Conforme os pesquisadores a estudar o cérebro humano de forma isolada do corpo

A revista Nature publicouA ética da experimentação com tecido cerebral humano robin 17 principais neurocientistas, onde os cientistas discutiram o progresso no desenvolvimento dos modelos do cérebro humano. Temores de especialistas são os seguintes: provável no futuro próximo, o modelo será tão avançada que eles iriam jogar não só a estrutura, mas também o cérebro humano funciona.

É possível criar um "in vitro" um pedaço de tecido nervoso, tem consciência? Os cientistas sabem a estrutura do cérebro de animais em grande detalhe, mas não foi encontrado até agora, que tipo de estrutura "Encode" a mente e como medir a sua presença quando se trata do cérebro isolado ou similar.

O cérebro no aquário

"Imagine que você acordou em um tanque de isolamento isolado - em torno não há nenhuma luz, nenhum som, nenhuma estímulos externos. Só sua consciência, pendurado no vazio ".

Esta imagem representam a si mesmos especialistas em ética, comentando um comunicado da Yale University neurocientista Nenad Sestao (Nenad Sestan) que sua equipe conseguiu dentro de 36 horas para manter o cérebro de porco isolado no "ao vivo" condição.

mensagemOs investigadores estão mantendo cérebros de porcos vivos fora do corpo experiência bem sucedida foi feita em uma reunião do Comité dos Institutos Nacionais de Saúde Ética no final de março deste ano. De acordo com o cientista, usando um sistema de bomba com aquecidos intitulado BrainEx e substituto sintético para o sangue, os investigadores suportado circulação de fluidos e fornecimento de oxigênio para centenas de animais isolados cérebro, condenado à morte num matadouro em um par de horas antes do experimentar.

A julgar pela actividade de biliões de neurónios individuais conservação, os corpos permaneceram vivos. No entanto, os cientistas não podem dizer se os cérebros de porco em conserva, colocados no "aquário", sinais de consciência. A ausência de atividade elétrica, um método padrão comprovada utilizando um eletroencefalograma, Sestao convencido de que "o cérebro ou não está preocupado com nada." É possível que um animal cérebro isolado em um estado de coma, que, em particular, podia contribuir para a lavagem dos componentes da sua solução.

Os detalhes dos autores não divulgar o experimento - eles estão preparando uma publicação em uma revista científica. No entanto, mesmo nas partes mais pobres Sestao relatar que despertou grande interesse e muita especulação sobre o desenvolvimento da tecnologia. Aparentemente, a preservação do cérebro não é tecnicamente muito mais difícil do que qualquer outro conservação de órgãos para transplante, tal como o coração ou rins.

Isto significa que, teoricamente, podem ser armazenadas em um estado mais ou menos natural e do cérebro humano.

Isolados cérebro poderia ser um modelo bom, por exemplo, para o estudo de drogas: porque as restrições regulamentares existentes se aplicam aos seres humanos, e não sobre os órgãos individuais. No entanto, do ponto de vista ético, este levanta uma série de perguntas. Mesmo a questão da morte cerebral continua a ser uma "zona cinzenta" para os investigadores - apesar da existência de formais critérios médicos, há um número de estados semelhantes de que um retorno à vida normal mais possível. O que podemos dizer sobre a situação, quando dizemos que o cérebro ainda está vivo. E se isolado do corpo o cérebro continua a ser mantido em todos ou alguns dos sinais de identidade própria? Então é possível imaginar a situação descrita anteriormente neste artigo.

Onde se situa a consciência

Apesar do fato de que até 80-s do século XX existia entre os cientistas defensores da teoria do dualismo que separa a alma do corpo, no nosso tempo, até mesmo os filósofos, dedicada ao estudo da psique, concordamos que toda a consciência que chamamos é gerada pelo cérebro material (história da questão pode ser lido em mais detalhe, por exemplo, neste capítuloOnde está a consciência: os antecedentes e perspectivas de investigação do livro pelo Prêmio Nobel Eric Kandel "In Search of Memory").

Além disso, com as técnicas atuais, como a ressonância magnética funcional, os cientistas pode ver a que tipo de áreas do cérebro são ativadas durante a execução específica mentais exerce. No entanto, o conceito de consciência como um todo é muito efêmero, e os cientistas ainda não chegaram a acordo se é um conjunto de processos que ocorrem no cérebro, ou ele é codificado atender a certos correlatos neurais.

Ele diz em seu livro, Kandel, em pacientes com hemisférios cirurgicamente separados da consciência cérebro, como se fosse dividido em dois, cada um dos quais recebe uma visão independente do mundo.

Estes e outros casos de prática neurocirúrgica indicam pelo menos o fato de que não é necessária a existência da consciência da integridade do cérebro como uma estrutura simétrica. Alguns estudiosos, incluindo o descobridor da estrutura do DNA, Francis Crick, que no final da vida tornou-se interessado em neurociência, acredita-se que a presença da consciência é determinada pelas estruturas específicas no cérebro.

Talvez seja certa cadeia neural, e pode ser o caso em apoio das células cerebrais - astrócitosQue uma pessoa tem, em comparação com outros animais, é bastante especializada. De qualquer forma, antes da modelação de estruturas cerebrais indivíduo humanos in vitro ( "In vitro"), ou mesmo in vivo (Como parte do cérebro animal) cientistas já chegaram.

Acorde no biorreator

Não se sabe quanto tempo se trata de experimentos em cérebros inteiros extraídos do corpo humano - primeiros especialistas em neurociência e ética devem concordar sobre as regras do jogo. No entanto, em laboratórios em placas de Petri e biorreatores já estão sendo cultivadasO aumento das culturas cerebrais tridimensional humanos "Mini-cérebro" que imitam a estrutura do "grande" o cérebro humano ou um departamento específico.

Durante o desenvolvimento embrionário dos seus órgãos são formados de acordo com certos estágios de certos genes incorporados no programa de acordo com o princípio da auto-organização. Não é excepção e do sistema nervoso. Os investigadores descobriram que, se uma cultura de células estaminais utilizando certas substâncias para induzir a diferenciação em células nervosas tecido, isto conduz a rearranjos espontâneas em cultura de células, semelhantes aos que ocorrem durante a morfogénese do tubo neural embrião.

"Padrão" induzido deste modo as células estaminais se diferenciam para acabar nos neurónios do córtex cérebro, mas por adição de moléculas de sinalização externos numa placa de Petri podem ser preparados, por exemplo, células mesencéfalo, striatum ou da medula espinal. Descobriu-se que no copo podem ser cultivadasUm mecanismo intrínseco de corticogenesis a partir de células estaminais embrionárias Esta casca, assim como no cérebro, que consiste em várias camadas de neurónios e astrócitos, contendo auxiliares.

É claro que as culturas bidimensionais são altamente modelo simplificado. O princípio da auto-organização do tecido nervoso tem ajudado os cientistas a saltar rapidamente para estruturas tridimensionais chamados organelas esferóides e cerebral. No processo de organização do tecido pode ser afectado por mudanças nas condições iniciais, tais como a densidade inicial da cultura e da heterogeneidade das células, e factores exógenos. Modulando a atividade de certas vias de sinalização, você pode até conseguir a formação de estruturas avançadas de organelas como a cúpula óptica com epitélio retinal, ágildiversidade de células e de rede dinâmica em Organóides cerebrais fotossensível humanos à luz.

Utilizando um vaso de processamento e factores de crescimento especiais cientistas permitidos receber direccionalmenteModelagem de desenvolvimento cortical humano in vitro utilizando células estaminais pluripotentes induzidas humano cerebral organ�de correspondente prosencéfalo (hemisférios) casca, o desenvolvimento das quais, de acordo com a expressão de genes marcadores e corresponde ao desenvolvimento fetal do primeiro trimestre.

A cientistas de Stanford conduziu Serghiou Pask (Sergiu Pasca) desenvolveramneurónios corticais funcionais e astrócitos de células estaminais pluripotentes humanas em cultura 3D maneira de crescer nódulos que simulam parte frontal do cérebro diretamente na placa de Petri. O tamanho de tais "cérebro" de cerca de 4 milímetros, mas após 9-10 meses de cura neurónios corticais e astrócitos correspondem nesta estruturaHumana Astrocyte Maturação capturado em 3D Cerebral Cortical esferóides Derivado pluripotentes Stem Cells nível de desenvolvimento pós-natal, ou seja, o nível de desenvolvimento do bebê logo após o nascimento.

Importante, as células estaminais para crescer estas estruturas podem ser tomadas a indivíduos específicos, tais como doentes com doenças determinadas geneticamente do sistema nervoso. Um sucesso a engenharia genética sugerem que os cientistas em breve será capaz de observar in vitro o desenvolvimento do cérebro Neanderthal ou denisovtsa.

Em 2013, pesquisadores do Instituto de Biotecnologia Molecular da Academia Austríaca de Ciências publicou um artigoCerebral Organóides desenvolvimento do modelo humano cérebro e microcefaliaDescrevendo o cultivo em um biorreator dos dois tipos de células-tronco, "o cérebro em miniatura", imitando a estrutura do cérebro humano como um todo.

Organelo diferentes zonas correspondem a diferentes partes do cérebro: a parte de trás, do meio e da frente e "prosencéfalo" até mostrou uma maior diferenciação em partes ( "Hemisfério"). O que é importante, neste mini-cérebro, cujo montante também não é mais do que alguns milímetros, os pesquisadores observaram sinais de atividade, particularmente as flutuações na concentração de cálcio dentro de neurónios, que são indicativos da sua excitação (para detalhes desta leitura experimento lata aqui).

O objetivo dos cientistas tem sido não apenas para reproduzir a evolução do cérebro in vitroMas também para estudar os processos moleculares que levam à microcefalia - anomalias de desenvolvimento, que ocorrem em particular durante a infecção do embrião vírus Zika. Para este trabalho os autores levantaram a mesma mini-cérebro de células do paciente.

Apesar dos resultados impressionantes, os pesquisadores estavam confiantes de que essas organelas são incapazes de perceber qualquer coisa. Em primeiro lugar, neste cérebro contém cerca de 80 bilhões de neurônios e suas organelas crescido por ordens de magnitude menor. Assim, o mini-cérebro simplesmente não fisicamente capaz de realizar plenamente as funções do cérebro.

Em segundo lugar, devido à natureza de "in vitro" algumas das suas estruturas estavam localizados em forma muito caótica e irregular, ligações não-fisiológicos uns com os outros. Se a algo mini-cérebro e pensei que era claramente algo incomum para nós.

A fim de resolver o problema da interação entre os departamentos, os neurocientistas têm proposto para o cérebro modelo em um novo nível, que foi nomeado "assembloidy". Para a sua formação primeiro crescidos separadamente organelos correspondentes a porções separadas do cérebro, e em seguida, eles são fundidos.

Esta abordagem, os cientistas têm usadoAssembléia de esferóides humanos prosencefálicas funcionalmente integrados para estudo como a crosta construído os interneurónios os chamados, que aparecem após a formação da maior parte dos neurónios pela migração da vizinha prosencéfalo. Assembloidy derivada de dois tipos de tecido nervoso, permitiram examinar violações de migração interneurônio em pacientes com epilepsia e autismo.

Acorda no corpo de outra pessoa

Mesmo com todas as melhorias possíveis "cérebro in vitro" severamente limitados por três condições fundamentais. Em primeiro lugar, eles não têm um sistema vascular que permite a entrega de oxigênio e nutrientes para as estruturas internas. Por esta razão, o tamanho dos mini-cérebros se limitam a difusão de moléculas através do tecido. Em segundo lugar, eles não têm nenhum sistema imune, fornecida por células microgliais: normal, estas células migram para dentro do sistema nervoso central a partir do exterior. Em terceiro lugar, em termos de estrutura, aumentando na solução, não existe qualquer microambiente específica fornecida pelo corpo, o que limita o número de moléculas de sinalização introduzindo-o. A solução para estes problemas seria a criação de um modelo animal quimérico o cérebro.

Em recente trabalhoum in vivo modelo de Organóides cerebrais humanas funcionais e vascularizados Cientistas americanos do Instituto Salk liderada por Fred Gage (Fred Gage) que descreve a integração da organela cerebral humana (ou seja, mini-cérebro) no cérebro do rato. A fim de fazer isso, os investigadores construíram primeiro para o ADN da proteína fluorescente verde de genes em células estaminais para o destino do tecido nervoso em desenvolvimento pode ser observado com um microscópio. A partir destas células foram cultivadas durante 40 dias organelas que depois implantados na cavidade no córtex retrospl�ico rato imunodeficiente. Depois de três meses, 80 por cento dos animais capturados no implante.

cérebros ratos quiméricos foram analisados ​​por oito meses. Verificou-se que as organelas, que podem ser facilmente distinguidos pelo brilho de uma proteína fluorescente, com sucesso sinapses integrados, formou uma extensa vasculatura, os axônios cresceram e formaram com processos nervosos O cérebro do mestre. Além disso, a partir do hospedeiro no implante movido células microgliais. Finalmente, os investigadores confirmaram a actividade funcional dos neurónios - eles mostraram actividade e cálcio flutuações eléctricos. Assim, o "mini-cérebro" humano tornou-se plenamente parte do cérebro do rato.

Surpreendentemente, o comportamento de ratinhos a integração experimental da peça de tecido nervoso humano não é afectada. No teste para a aprendizagem espacial cérebro do rato quimérico mostraram os mesmos resultados que a de ratos normais, e diferiam ainda pior memória - os pesquisadores explicaram isso pelo fato de que eles têm feito para a implantação de um buraco na casca hemisférios.

No entanto, o objetivo deste trabalho não estava recebendo rato inteligente com a consciência humana e a criação de in vivo modelo de organelas cerebrais pessoa está equipado com uma rede de vasos e microambiente para várias aplicações biomédicas.

O experimento foi um tipo completamente diferente de putenxerto prosencéfalo por células progenitoras gliais humanos aumenta a plasticidade sináptica e aprendizagem em ratos adultos Cientistas do Centro de Translational neyromeditsiny da Universidade de Rochester em 2013. Como mencionado anteriormente, as células de medula auxiliares (astrócitos) humanos diferem de outras células animais, em particular, ratinhos. Por esta razão, os pesquisadores sugerem que os astrócitos desempenham um papel importante no desenvolvimento e manutenção das funções do cérebro humano. Para teste de como desenvolver um rato quimérico com astrócitos do cérebro humano, os cientistas colocaram antecessores células acessórias no cérebro de embriões de camundongos.

Descobriu-se que nos astrócitos cerebrais humanos quiméricos trabalhar três vezes mais rápido do que o mouse. Além disso, os ratos quiméricos com cérebro eram muito mais inteligentes que a média em muitos aspectos. Eles pensam rápido, melhor treinado e focado no labirinto. Provavelmente ratos quiméricos não pensar como pessoas, mas poderia ter sido capaz de sentir o próximo estágio de evolução.

No entanto, para o estudo dos roedores cérebro humano muito longe do modelo ideal. O facto de que o tecido nervoso humano amadurece de acordo com alguns relógio molecular interna, e transferi-la para outro organismo não acelerar o processo. Tendo em conta que os ratos viveu por apenas dois anos, ea formação total do cérebro humano leva um par de décadas, quaisquer processos de longo prazo no formato de estudo do cérebro quimérico impossível. Talvez o futuro da neurociência ainda além cérebros humanos em aquários - para descobrir como não é ético, os cientistas só precisa aprender a ler mentes, e tecnologia moderna, ao que parece, em breve permitir que ele fazer.

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