我們能從類腦器官中學到什么？

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實驗室培育的大腦類器官可以算作“人類大腦的簡化版仿制品”嗎？這是個生物問題，也是技術問題，更是倫理問題。

作為一片充滿未知與潛力的新興領域，類腦研究正做著人腦不能做的實驗，觀察人腦里不可見的信號，觸及人類不曾設想的倫理邊界。

比如，有科學家通過大腦類器官模型理解胎兒發(fā)育過程以及包括自閉癥在內的認知障礙，也有倫理學家拋出“怎樣的類器官會產(chǎn)生意識”和“類器官能否感知痛苦”這類問題。

生命仿制長廊

哈佛大學生物學家保拉·阿洛塔(Paola Arlotta)的實驗室里有條特別的無窗長廊。長廊里一排排的存放架上盡是細胞培養(yǎng)多孔板，每個孔里都盛著粉紅色液體，孔底則沉淀著數(shù)十顆胡椒粒大小的半透明細胞團塊。每天都有專人派至此地檢視情況。

多孔板里存放著重要內容

這些精心安置的團塊由神經(jīng)元和其他大腦特有細胞聚集而成，細胞數(shù)量達兩百萬級別。科研人員每次巡查時，會仔細確認細胞團是否健康及營養(yǎng)是否充足。

阿洛塔博士表示：“一年級新生禁入走廊，只有經(jīng)驗豐富者可踏足此地，因為耗費多年心血建立的研究成果可能因失誤毀于一旦。”

長廊里最古老的團塊已存活7年之久。它的起源故事發(fā)生在2018年：阿洛塔團隊利用志愿者捐贈的皮膚細胞，通過特定化學誘導劑使其轉化為常見于胎兒大腦的祖細胞。這些祖細胞通過分裂和分化等過程產(chǎn)生神經(jīng)元及其他腦細胞類型。神經(jīng)元會延伸出神經(jīng)突起，它們細長如枝條，彼此纏繞，釋放著電脈沖——就像人類大腦中軸突所做的那樣。

就規(guī)模而言，單塊細胞團包含的神經(jīng)元數(shù)量可能多過蜜蜂的整個大腦。不過阿洛塔始終強調此類團塊絕不可等同于真正的生物大腦，“大腦類器官”或“類腦器官”才是最恰當?shù)拿?/p>

“類腦器官與大腦本質不同，前者作為簡化模型，展現(xiàn)出某些近似后者的特征，但在更多方面，二者存有顯著差異。”

——保拉·阿洛塔

那么，在相似的方面，類腦與大腦能有多像？程度超乎想象。阿洛塔團隊近期發(fā)布了一份關于長期培養(yǎng)類器官的研究報告。報告稱：

培育工作于2018年啟動，而這些類器官自開始生長以來，其神經(jīng)元的行為表現(xiàn)就與胎兒大腦如出一轍，連基因的開/關模式都高度近似。隨著時間推移，發(fā)育數(shù)月的類器官神經(jīng)元達到了與新生兒大腦相當?shù)某墒於龋辉略聫湍昴辏惸X不斷刷新存活時間紀錄，也持續(xù)發(fā)育成熟——培養(yǎng)五年后的神經(jīng)元成熟度已相當于幼兒園兒童的。

阿洛塔感嘆：“其實我們從未預料能培育如此之久。”

類腦黑箱里的倫理謎題

大腦類器官研究領域興起不過數(shù)年，但其發(fā)展勢頭迅猛，成果日新月異。

有些科學家正運用類腦器官追蹤胎兒體內細胞的發(fā)育與遷移規(guī)律；也有人借此觀察糖類等化合物如何影響腦部發(fā)育；更有團隊收集自閉癥等疾病患者的皮膚細胞，嘗試通過培育類腦來探究基因突變如何改變神經(jīng)元特性。

阿洛塔贊嘆這是“前所未有的全新科學分支”，同時也提示其潛藏的倫理風險。2025年11月初，她與另外16位科學家聯(lián)合發(fā)文，呼吁建立全球性的大腦類器官研究監(jiān)管體系，以確保該領域始終不偏離倫理軌道。

保拉·阿洛塔

斯坦福大學神經(jīng)科學家塞爾吉烏·帕斯卡(Sergiu Pa?ca)也是該評論文章的作者。在他看來，監(jiān)管措施的制定必須基于類腦的真實特征，而非人類期待或害怕它會擁有怎樣的特征。

帕斯卡提到了多家試圖以類器官為核心開發(fā)AI計算機的初創(chuàng)公司。這些企業(yè)正大肆宣傳所謂“類器官智能”(organoid intelligence)技術。例如，一所名為“生物黑箱”(Biological Black Box)的美國企業(yè)聲稱正構建“新型計算生命體”。這就是炒作大于實干的典型。用帕斯卡的話說：“將智能賦予培養(yǎng)皿里的細胞是荒謬的。”

另一位作者、生物倫理學家玄仁洙(Insoo Hyun)則希望大家意識到“類腦意識起點”的倫理難點。

培育出大規(guī)模類腦陣列后，這個結構會否自發(fā)產(chǎn)生過于“人類”的腦特征？比如意識的從無到有？如果說意識起源于某種生物結構，類腦必定是頭號選項。假如它真形成了意識，人類又該如何直面類腦意識的存在，怎樣判斷意識起點的位置？

10年前，首批大腦類器官開始成長，上述種種哲學探討似乎還遙不可及。當時大多科學家都沉浸于實驗成功的驚喜之情。

隨后新成果傳播擴散，越來越多研究者自學大腦類器官培養(yǎng)技術。阿洛塔就是其中一位緊抓風口的弄潮兒，相信類腦有望重塑腦科學。

在阿洛塔實驗室里，研究人員正講解構建復雜腦結構所需培育的各類細胞

研究人員在顯微鏡下觀察類器官

阿洛塔與同行們摸索出了類器官批量制備的標準化方法。由此，無法在真實人腦上開展的大型實驗，可以放到類腦上研究了。通過此類實驗，科學家得以窺見腦細胞分化為各類神經(jīng)元的化學過程，觀察細胞在類器官內遷移、連接以及構建起能處理信息的神經(jīng)網(wǎng)絡。

當類腦模型被賦予自閉癥和痛覺

一些科學家正借助大腦類器官探尋自閉癥等疾病在孕期的起源線索。比如，加州大學圣地亞哥分校的神經(jīng)科學家莉莉婭·雅庫切娃(Lilia Iakoucheva)與同事利用自閉癥兒童捐贈的皮膚細胞培育大腦類器官，并發(fā)現(xiàn)類腦神經(jīng)元會偏離正常的遷移路徑。

雅庫切娃指出：“可以想見，神經(jīng)元未遷移至正確位置，將對胎兒大腦造成損傷，并導致孩子出生后遭遇某些自閉癥癥狀。”

蒂莫西綜合征作為一種罕見的單基因神經(jīng)發(fā)育障礙，是已知導致自閉癥的遺傳病因之一。帕斯卡團隊發(fā)現(xiàn)，該病會導致某些神經(jīng)元連接錯誤。而在2024年，他們又發(fā)表研究聲稱，針對類器官模型注射特定藥物后，其神經(jīng)元異常得到了修正。目前該藥物正在動物體內作安全性測試，預備進入臨床試驗；或許2026年初就會有人類患者注射此藥。

蒂莫西綜合征雖破壞力強，但作用機制簡單。那些更復雜的自閉癥問題往往源于大腦不同區(qū)域間的神經(jīng)回路紊亂。為解析此類復雜疾病，科學家正嘗試將多個類器官組裝成微型網(wǎng)絡，即所謂的“類組裝體”(assembloid)。

塞爾吉烏·帕斯卡的實驗室正致力于將多個類器官連接成微型網(wǎng)絡

2025年4月，帕斯卡與同事發(fā)文介紹了用于研究痛覺信號傳導的類組裝體的詳細信息。針對四處構成痛覺通路的神經(jīng)區(qū)域，他們培育出由四部分類器官組成的類組裝體。

有趣的是，當感覺神經(jīng)元暴露于辣味分子后，產(chǎn)生的信號會沿著類器官的鏈條傳遞——四處區(qū)域的神經(jīng)元甚至出現(xiàn)了同步放電現(xiàn)象。隨后，團隊培養(yǎng)了攜有會導致痛覺高敏感的基因的類組裝體，并發(fā)現(xiàn)該基因使同步活動顯著增強。

神經(jīng)元與計算機的融合

印第安納大學生物醫(yī)學工程師郭峰在七年前首次接觸大腦類器官時便思考：“除了用于理解人腦發(fā)育，類腦還能做什么？我們可以觀察它處理信息的過程嗎？那時沒人知道這行不行。”

為探尋答案，他與同事開發(fā)出Brainoware系統(tǒng)用以研究類器官。系統(tǒng)包含向類器官傳遞電信號的線路，以及能監(jiān)測類器官響應產(chǎn)生的電活動的設備。

在2023年的實驗中，郭峰團隊運用Brainoware系統(tǒng)實現(xiàn)了基礎形態(tài)的人工智能。他們采集8名志愿者朗讀兩個不同元音的音頻，將其轉換為電信號傳輸給腦類器官。收到刺激的類器官發(fā)出響應信號，研究人員則訓練計算機將這些響應信號解析為被朗讀的元音。經(jīng)過兩天訓練，系統(tǒng)在元音解碼方面表現(xiàn)出色。

郭峰

目前團隊正致力于提升Brainoware的性能。已有成果包括單臺可容納6個相互連接的類器官的迷你設備，其尺寸如手機。郭峰等人計劃擴大規(guī)模，實現(xiàn)數(shù)百個神經(jīng)元簇的協(xié)同運作。

大腦類器官會痛苦嗎？

郭峰也正與玄仁洙合作，共同探討“當Brainoware系統(tǒng)如預期般發(fā)展后可能引發(fā)哪些倫理問題”。

一種可能是，類腦產(chǎn)生了意識。當然，它的意識必定為簡化版，并非我們腦中860億神經(jīng)元復雜連接所產(chǎn)生的那種。

2024年，數(shù)百名科學家聯(lián)合簽署宣言，指出包括蜜蜂在內的許多動物“擁有意識體驗的現(xiàn)實可能性”。若蜜蜂有意識，那神經(jīng)元規(guī)模更大的類器官計算機會如何？已有生物倫理學家開始相關探索，也有反對者認為2024年宣言的推論為時過早。

此外，玄仁洙還強調了“痛苦”問題，即類器官會否承受痛苦？目前的類組裝體似乎結構太過簡單，不足以感受痛苦。帕斯卡團隊的痛覺類組裝體雖能對特定分子產(chǎn)生電信號反應，但無法感知不適。

如玄仁洙所言，更應關注的或許是記憶，是體驗的連續(xù)性。理論上，更龐大復雜的類組裝體有可能記住痛覺信號并害怕其重現(xiàn)。

阿洛塔及其哈佛團隊在設計新實驗時總要考量上述種種可能。她實驗室里存活7年的類器官已經(jīng)證明，即便無外界刺激，它們仍能發(fā)育成熟。目前團隊正嘗試賦予類器官以類視網(wǎng)膜細胞，從而提供光刺激體驗。

在顯微鏡下，阿洛塔實驗室正構建具有光敏神經(jīng)元的類器官。這種感官刺激可能促進類器官進一步成熟

雖不確定會發(fā)生什么，但阿洛塔推測感官刺激將促使類器官結構更趨復雜，存活更久。

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