νέα

Οι επιστήμονες αναπτύσσουν «μίνι εγκεφάλους» (γνωστοί και ως οργανοειδή εγκεφάλου) σε πιάτα Petri, ελπίζοντας να χρησιμοποιήσουν αυτές τις ομάδες εγκεφαλικών νευρικών κυττάρων για να προσομοιώσουν ορισμένες εγκεφαλικές λειτουργίες και να εμβαθύνουν και να αλλάξουν την κατανόησή μας για τη νευροανάπτυξη και τις ασθένειες του εγκεφάλου.

Εργάζονται σκληρά για να τους κάνουν περισσότερο σαν ανθρώπινους εγκεφάλους και έχουν σημειώσει ιδιαίτερα γρήγορη πρόοδο τα τελευταία χρόνια νευρώνες στον ανθρώπινο εγκέφαλο Ένας τρόπος δημιουργίας νέων ενεργών εγκεφαλικών κυμάτων έχουν παρατηρηθεί σε εγκεφαλικά οργανοειδή, και αυτή η συντονισμένη ηλεκτρική δραστηριότητα σε όλο τον εγκέφαλο είναι ένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του εγκεφάλου.

Επομένως, ένα ερώτημα γίνεται επείγον, θα οδηγήσουν τελικά αυτά τα εγκεφαλικά οργανοειδή στη συνείδηση; Οι επιστήμονες αναζητούν απαντήσεις.

Γράφτηκε από τον Xiaoye

Στη δεκαετία του 1980, η Αμερικανίδα φιλόσοφος Hilary Putnam πρότεινε το περίφημο πείραμα σκέψης «εγκέφαλος σε μια δεξαμενή». Λιγότερο από μισό αιώνα αργότερα, οι βιολόγοι μπόρεσαν να αναπτύξουν πραγματικούς «μίνι εγκεφάλους σε δεξαμενή» - εγκεφαλικά οργανοειδή - σε εργαστηριακά πιάτα.(οργανοειδή του εγκεφάλου)。

Αν και αυτό είναι ένα σύμπλεγμα εγκεφαλικών νευρικών κυττάρων πλάτους μόνο λίγων χιλιοστών, μπορεί ήδη να προσομοιώσει ορισμένες εγκεφαλικές λειτουργίες. Και, σύντομα καταλήξαμε σε ένα σημαντικό ερώτημα: θα μπορούσαν τέτοια εγκεφαλικά οργανοειδή να παράγουν συνείδηση;

Η έρευνα για τα οργανοειδή του εγκεφάλου προχωρά με ταχείς ρυθμούς

οργανοειδή(οργανοειδές)που ονομάζονται και μικροοργανάκια(μίνι-όργανο)Όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι ένα μικροσκοπικό μοντέλο παρόμοιο με ένα πραγματικό όργανο. Είναι αυτοοργανωμένο μέσω τρισδιάστατης καλλιέργειας πολυδύναμων βλαστοκυττάρων ή ενηλίκων κυττάρων. Είναι πολύ παρόμοιο με τη δομή των ανθρώπινων οργάνων λειτουργίες του μιμούμενου οργάνου.

Η προέλευση των οργανοειδών μπορεί να εντοπιστεί πίσω στο 1907, όταν ο HV Wilson, καθηγητής ζωολογίας στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας, δημοσίευσε μια εργασία[1], αποκαλύπτοντας ότι τα μηχανικά διαχωρισμένα σπογγώδη κύτταρα μπορούν να επανασυναρμολογηθούν και να αυτο-οργανωθούν σε νέα σφουγγάρια που έχουν επίσης φυσιολογικές λειτουργίες ζωής.

Μέχρι τη δεκαετία του 1950, άλλοι επιστήμονες είχαν πραγματοποιήσει τα ίδια πειράματα χρησιμοποιώντας άλλα ζωικά κύτταρα, δείχνοντας ότι τα κύτταρα των σπονδυλωτών είχαν την ικανότητα να αυτοοργανώνονται. Τα κύτταρα τυλίγονται Εφόσον παρέχεται κατάλληλο περιβάλλον καλλιέργειας, τα κύτταρα θα εκτελούν τα καθήκοντά τους και θα αυτοοργανώνονται για να σχηματίσουν οργανοειδή.[2]。

Η τεχνολογία βλαστοκυττάρων είναι ένα άλλο κλειδί για την άνθηση της ανάπτυξης των οργανοειδών. Στη δεκαετία του 1980, η ομάδα του πρώην Σοβιετικού επιστήμονα AJ Friedenstein διεξήγαγε μια σειρά πειραμάτων αιχμής και ανακάλυψε έναν τύπο βλαστοκυττάρων οστεοβλαστών στο μυελό των οστών.[3]ή στρωματικά βλαστοκύτταρα μυελού των οστών[4], μπορεί να δημιουργήσει μια ποικιλία οστικών ιστών μέσω πειραμάτων in vivo[5]. Στη δεκαετία του 1990, ο Arnold Caplan, καθηγητής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Case Western Reserve στις Ηνωμένες Πολιτείες, το μετονόμασε σε μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα.(Μεσγχυματικό Βλαστοκύτταρο, MSC)[6], και τελικά αυτός ο τίτλος έγινε γενικά αποδεκτός από την ακαδημαϊκή κοινότητα. Το MSC επιβεβαιώθηκε[7]Είναι ένα πολυδύναμο βλαστοκύτταρο με ικανότητα αυτοανανέωσης και πολυκατευθυντικής διαφοροποίησης. Μπορεί να μετατραπεί σε διάφορους τύπους κυττάρων και έχει ευρεία κλινική αξία.

Επίσης στη δεκαετία του 1980, ο καθηγητής Τζέιμς Τόμσον, αναπτυξιακός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον, αφοσιώθηκε επίσης σε αυτόν τον τομέα για μεγάλο χρονικό διάστημα, διερευνώντας τις δυνατότητες των βλαστοκυττάρων στα πρωτεύοντα. Μέχρι το 1998, χρησιμοποίησε δωρισμένα ανθρώπινα έμβρυα για να κατασκευάσει την πρώτη σειρά ανθρώπινων εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων στον κόσμο.[8]. Το 2007, συνεργάστηκε με την ομάδα της Shinya Yamanaka στο Πανεπιστήμιο του Κιότο στην Ιαπωνία και προκάλεσε επιτυχώς ανθρώπινα ενήλικα κύτταρα σε πολυδύναμα βλαστοκύτταρα.(iPSC)[9]. Τα κύτταρα iPSC έχουν τη δυνατότητα να πολλαπλασιάζονται επ' αόριστον in vitro. Δεν μπορούν μόνο να εκφράζουν δείκτες βλαστοκυττάρων σε εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, αλλά έχουν επίσης τη δυνατότητα να διαφοροποιούνται σε κύτταρα ή ιστούς των τριών βλαστικών στοιβάδων.[10]。

Σε αυτό το σημείο, όλα είναι έτοιμα Η ταχεία ανάπτυξη στους τομείς των αυτο-οργανωτικών ιδιοτήτων και των βλαστοκυττάρων έχει δώσει νέα ζωτικότητα στην έρευνα των οργανοειδών.[11], εντερικά οργανοειδή[12], ο αμφιβληστροειδής, ο προστάτης, ο πνεύμονας, ο νεφρός, ο μαστός, τα οργανοειδή του εγκεφάλου κ.λπ. έχουν καλλιεργηθεί με επιτυχία το ένα μετά το άλλο Τα οργανοειδή έχουν γίνει ένα καυτό ερευνητικό θέμα με την ταχεία ανάπτυξή τους. Το 2013, τα οργανοειδή αναφέρθηκαν από το Science（Επιστήμη）Το περιοδικό κατονόμασε τις δέκα κορυφαίες τεχνολογίες της χρονιάς[13]. Άλλα 10 χρόνια αργότερα, στην πρόβλεψή του για τις «Top Ten Global Breakthrough Technologies» το 2023, το MIT Technology Review προέβλεψε ότι καθώς οι ερευνητές εξερευνούν πώς να σχεδιάζουν πολύπλοκους ιστούς από την αρχή, να αναπτύσσουν προσαρμοσμένα όργανα σε εργοστάσια και να σχεδιάζουν την κατασκευή οργάνων, η τεχνολογία θα ωριμάζει στα επόμενα 10-15 χρόνια.

Μεταξύ πολλών οργανοειδών, τα οργανοειδή του εγκεφάλου είναι ένα ιδιαίτερα πολύχρωμο κεφάλαιο. Για εκατοντάδες χρόνια, η αποκάλυψη των μυστηρίων της ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου και των νευρολογικών ασθενειών ήταν μια σημαντική πρόκληση στους τομείς της επιστήμης του εγκεφάλου και της ιατρικής , αλλά και προσπαθώντας να χρησιμοποιήσω ΙΙ Οι μέθοδοι διαστάσεων χρησιμοποιούνται για την καλλιέργεια νευρώνων του ανθρώπινου εγκεφάλου για την ανάλυση των μηχανισμών σχετικών ασθενειών. Ωστόσο, για ζωικά μοντέλα, λόγω διαφορών στα είδη, τα εργαστηριακά μοντέλα εγκεφάλου ζώων δεν μπορούν να προσομοιώσουν πλήρως την πολυπλοκότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου και τα πειραματικά αποτελέσματα μπορεί να μην είναι πλήρως εφαρμόσιμα στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Η χωρική δομή, η πολυπλοκότητα των τύπων κυττάρων, οι αλληλεπιδράσεις και το μικροπεριβάλλον των δισδιάστατων νευρώνων που αναπτύσσονται σε ένα τρυβλίο καλλιέργειας απέχουν επίσης πολύ από εκείνα του τρισδιάστατου ανθρώπινου εγκεφάλου.[14]。

Τα εγκεφαλικά οργανοειδή απλώς αναπληρώνουν τις παραπάνω ελλείψεις. Το 2008, ο Ιάπωνας βιολόγος βλαστικών κυττάρων Yoshiki Sasai(Yoshiki Sasai)Ανακάλυψη ομάδας[15], οι νευροσφαίρες που προέρχονται από αυθόρμητη οργάνωση βλαστοκυττάρων μπορούν να παράγουν δομές που μοιάζουν με φλοιό, συμπεριλαμβανομένων των προγονικών κυττάρων του φλοιού και των λειτουργικών νευρώνων. Το 2013, ο Jürgen Knoblich από το Ινστιτούτο Μοριακής Βιοτεχνολογίας της Αυστριακής Ακαδημίας Επιστημών και η Madeline Lancaster, αναπτυξιακή βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Cambridge στο Ηνωμένο Βασίλειο, ανέφεραν στο Nature（Φύση）Δημοσιευμένα έγγραφα[16], ανέφερε τα πρώτα τρισδιάστατα οργανοειδή του εγκεφάλου που προέρχονται από ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα Η ομάδα χρησιμοποίησε τη βιογέλη μήτρας για να προσομοιώσει τον ιστό που περιβάλλει τον εγκέφαλο και χρησιμοποίησε έναν περιστρεφόμενο βιοαντιδραστήρα για να βοηθήσει την απορρόφηση θρεπτικών συστατικών και τη διάχυση οξυγόνου σε μια τέτοια συνεχή τρισδιάστατη καλλιέργεια αιωρήματος. Με την προσθήκη αυξητικών παραγόντων που προάγουν τη νευρική ανάπτυξη, επιτεύχθηκε τελικά μια περαιτέρω βελτιωμένη οργανοειδής καλλιέργεια εγκεφάλου, η οποία περιέχει πολλαπλές ανεξάρτητες και αλληλεξαρτώμενες δομές της περιοχής του εγκεφάλου παρόμοιες με τον πρόσθιο εγκέφαλο, το χοριοειδές πλέγμα, τον ιππόκαμπο και τον προμετωπιαίο λοβό.

Στη συνέχεια, επιστήμονες σε όλο τον κόσμο συνέχισαν να εξερευνούν διάφορα οργανοειδή του εγκεφάλου που σχετίζονται με την περιοχή του εγκεφάλου. Άλλοι επιστήμονες προσπαθούν να συγκεντρώσουν δύο ή και πολλαπλά οργανοειδή περιοχής του εγκεφάλου για να σχηματίσουν «οιονεί συγκροτήματα»(συναρμολογοειδή), για περαιτέρω προσομοίωση της ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου, της μετανάστευσης νευρώνων και άλλων διεργασιών υπό πραγματικές συνθήκες. Για παράδειγμα, ένα άρθρο του 2019 που δημοσιεύτηκε στο Cell Stem Cells（Βλαστοκύτταρο κυττάρων）Άρθρα σε περιοδικά[17]Συνδέστε τα θαλαμικά οργανοειδή με τα οργανοειδή του φλοιού για να προσομοιώσετε τη διαδικασία αμφίδρομης προβολής των νευρώνων μεταξύ του θαλάμου και του φλοιού. Εκτός από τη συναρμολόγηση πολλαπλών περιοχών του εγκεφάλου, υπάρχουν και μελέτες[18]Συναρμολογώντας εγκεφαλικά οργανοειδή με μη νευρωνικά οργανοειδή όπως ο μυϊκός ιστός και παρατηρώντας τη νεύρωση των νεύρων σε άλλους ιστούς, λάβαμε αποτελέσματα παρόμοια με εκείνα του πραγματικού ανθρώπινου σώματος.

Ένα απλό διάγραμμα της ανάπτυξης της τεχνολογίας των οργανοειδών εγκεφάλου, πηγή: 10.1038/s41392-022-01024-9[19]

Διαφορές από τον πραγματικό εγκέφαλο

Στην πραγματικότητα, τα οργανοειδή του εγκεφάλου έχουν μόνο μερικά χιλιοστά πλάτος και είναι συστάδες κυττάρων παρόμοια με αυτά του εγκεφάλου. Ως μίνι μοντέλο που αναπτύσσεται στο εργαστήριο, έχει πλεονεκτήματα που δεν έχουν άλλες μέθοδοι έρευνας εγκεφάλου. Για παράδειγμα, όταν τα ηλεκτρόδια συνδέονται με εγκεφαλικά οργανοειδή, μπορούν να ενεργοποιήσουν σηματοδότηση μεταξύ των νευρώνων, μιμούμενοι αυθόρμητα έναν πραγματικό εγκέφαλο.

Λοιπόν, είναι τα οργανοειδή του εγκεφάλου μικροσκοπικές εκδοχές πραγματικών εγκεφάλων; Αυτό δεν συμβαίνει και τα τρέχοντα εγκεφαλικά οργανοειδή δεν ταιριάζουν ακριβώς με τους πραγματικούς εγκεφάλους.

Πρώτον, το πιο σημαντικό μειονέκτημα των οργανοειδών του εγκεφάλου είναι ότι σταματούν να αναπτύσσονται μετά από μερικά χιλιοστά, επειδή δεν υπάρχουν αιμοφόρα αγγεία που να παρέχουν οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά. Διαφορετικά από τους φυσικούς βιολογικούς ιστούς, η ανάπτυξη των οργανοειδών του εγκεφάλου εξαρτάται από το θρεπτικό διάλυμα που διεισδύει στο πιάτο καλλιέργειας Αφού αναπτυχθούν σε ένα ορισμένο μέγεθος, όταν τα θρεπτικά συστατικά είναι ανεπαρκή, η ανάπτυξη σταματά και τα κύτταρα αρχίζουν να πεθαίνουν από το κέντρο. Ήδη όταν μεγαλώνουν σε κάτι σαν Ο πραγματικός εγκέφαλος πέθανε με τραγικό θάνατο πολύ πριν το κάνει αυτό. Ως εκ τούτου, διάφορες ομάδες προσπαθούν να βρουν τρόπους για την ανάπτυξη αιμοφόρων αγγείων σε οργανοειδή του εγκεφάλου, την καλλιέργεια αγγειοποιημένων οργανοειδών και τη σύντηξή τους με οργανοειδή του εγκεφάλου ή τεχνητά ανοιχτά κανάλια σε οργανοειδή του εγκεφάλου για να επιτρέψουν την έγχυση περισσότερων θρεπτικών ουσιών σε αυτά[20]。

Δεύτερον, σε αντίθεση με τους πραγματικούς εγκεφάλους, τα εγκεφαλικά οργανοειδή στερούνται αισθητηριακής εισροής από το περιβάλλον περιβάλλον, το οποίο είναι ένα από τα απαραίτητα κλειδιά για την ανάπτυξη των εγκεφαλικών κυκλωμάτων. Τα οργανοειδή του εγκεφάλου δεν έχουν μάτια για να δουν, αυτιά για να ακούσουν, μύτη για να αναγνωρίσουν μυρωδιές και στόμα για γεύση. Απομονωμένα σε ένα τρυβλίο Petri, τα οργανοειδή του εγκεφάλου δεν είναι σε θέση να κωδικοποιήσουν αυτόνομα την εμπειρία και τις πληροφορίες χωρίς αισθητηριακή είσοδο.[21]

Μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature το 2020 προβάλλει μια σχετικά συγκρατημένη άποψη[22], δηλώνοντας ότι τα ευρέως χρησιμοποιούμενα μοντέλα εγκεφάλου οργανοειδών δεν είναι σε θέση να αναπαράγουν βασικά χαρακτηριστικά της πραγματικής ανάπτυξης και οργάνωσης του εγκεφάλου, πόσο μάλλον να προσομοιώσουν τα πολύπλοκα εγκεφαλικά κυκλώματα που απαιτούνται για πολύπλοκες εγκεφαλικές ασθένειες και τη φυσιολογική γνωστική λειτουργία. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ένας από τους λόγους πίσω από αυτό είναι η «κρίση ταυτότητας» των οργανοειδών κυττάρων: τα οργανοειδή κύτταρα του εγκεφάλου δεν μπορούν κανονικά να διαφοροποιηθούν σε μοναδικούς κυτταρικούς υποτύπους, και μια «χορτηγία» διαφόρων γονιδίων μπορεί να βρεθεί σε εντελώς διαφορετικούς τύπους κυττάρων, επιτρέποντας την Αναπτυξιακή ο προγραμματισμός έχει μπερδευτεί. Ένας άλλος λόγος είναι ότι η μέθοδος εργαστηριακής καλλιέργειας προκαλεί «στρές» στα κύτταρα: όλα τα οργανοειδή μοντέλα του εγκεφάλου εκφράζουν ασυνήθιστα υψηλά επίπεδα γονιδίων απόκρισης κυτταρικού στρες, προκαλώντας ανώμαλη κυτταρική συμπεριφορά και παραγωγή μη φυσιολογικών πρωτεϊνών, προκαλώντας τελικά την αποτυχία των οργανοειδών κυττάρων[23, 24]。

Η διαδικασία ανάπτυξης του πραγματικού εγκεφάλου είναι σαν μια συμφωνία. Διάφορα όργανα παίζουν ταυτόχρονα και συνεργάζονται μεταξύ τους υπό τον συντονισμό του μαέστρου για να εκτελέσουν μια όμορφη και αρμονική σύνθετη κίνηση. Για να φτάσουν τα οργανοειδή του εγκεφάλου σε τέτοιο επίπεδο πολυπλοκότητας, οι οργανοειδείς επιστήμονες μόλις έκαναν το πρώτο βήμα.

Τα οργανοειδή του εγκεφάλου θα δημιουργήσουν συνείδηση;

Αν και τα οργανοειδή του εγκεφάλου εξακολουθούν να είναι πολύ μακριά από τους πραγματικούς εγκεφάλους, αυτό δεν εμποδίζει τους επιστήμονες να σκεφτούν εκ των προτέρων μια ερώτηση: Θα παράγουν τελικά συνείδηση ​​τα «εγκεφαλικά σε πιάτα Petri»;

Με βάση το τρέχον ερευνητικό τοπίο, οι περισσότεροι οργανοειδείς επιστήμονες του εγκεφάλου πιστεύουν ότι τα οργανοειδή του εγκεφάλου δεν θα αναπτύξουν και δεν μπορούν να αναπτύξουν μορφές συνείδησης.

Ο Λάνκαστερ, ο οποίος ήταν ο πρώτος που αναπτύχθηκε εγκεφαλικά οργανοειδή, πιστεύει ότι τα σημερινά εγκεφαλικά οργανοειδή είναι ακόμα πολύ πρωτόγονα για να παράγουν συνείδηση. Αν και τα οργανοειδή του εγκεφάλου «μπορεί να έχουν νευρώνες που επικοινωνούν μεταξύ τους απουσία εισόδου και εξόδου, αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα κάτι που μοιάζει με την κατάσταση του ανθρώπινου μυαλού».[25]Κατά την άποψη του Λάνκαστερ και των περισσότερων ερευνητών, η «αναζωογόνηση» των εγκεφάλων των νεκρών χοίρων είναι πιο πιθανό να παράγει συνείδηση ​​από τα οργανοειδή του εγκεφάλου.

Τον Ιούνιο του τρέχοντος έτους, ο Kenneth Kosik, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, δημοσίευσε ένα άρθρο στο Patterns（Μοτίβα）Ένα άρθρο γνώμης δημοσιεύτηκε στο περιοδικό[26], πρότεινε ότι η έρευνα για τα οργανοειδή του εγκεφάλου μπορεί τελικά να δημιουργήσει συνείδηση ​​στο εργαστήριο, αλλά αυτή η πιθανότητα δεν υπάρχει με βάση την τρέχουσα τεχνολογία ή ακόμα και την τεχνολογία στο εγγύς μέλλον.

Πρώτον, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, αν και τα σημαντικά ελαττώματα των εγκεφαλικών οργανοειδών υποδηλώνουν ότι δεν πληρούν ακόμη κανένα λειτουργικό ορισμό της συνείδησης, υπάρχουν ακόμα πολλά εμπόδια που πρέπει να ξεπεράσουν οι επιστήμονες προκειμένου να ξεπεράσουν αυτά τα ελαττώματα. Είναι ακόμη πολύ νωρίς για να πούμε εάν τα οργανοειδή θα οδηγήσουν στη συνείδηση.

Δεύτερον, οι φιλόσοφοι και οι επιστήμονες διερευνούν το ερώτημα "τι είναι η συνείδηση" εδώ και χιλιάδες χρόνια. Υπάρχουν διάφορες θεωρίες και εξακολουθεί να υπάρχει έλλειψη ενός παγκοσμίως αναγνωρισμένου ορισμού. Η σύγχρονη επιστήμη ταξινομεί τη συνείδηση ​​στην κατηγορία των επιστημονικών ζητημάτων και την εξηγεί από την οπτική γωνία των νευρικών μηχανισμών. Μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις τύπους θεωριών: θεωρίες ανώτερης τάξης(ΚΑΥΤΟ), παγκόσμια νευρωνική θεωρία χώρου εργασίας(GNWT), ολοκληρωμένη θεωρία πληροφοριών(IIT)και θεωρίες επανεισόδου και προετοιμασίας. Αυτές οι θεωρίες όχι μόνο διερευνούν το ζήτημα της συνείδησης γύρω από τον εγκέφαλο, αλλά υπογραμμίζουν επίσης τη σημασία της αλληλεπίδρασης μεταξύ του σώματος του υποκειμένου και του περιβάλλοντος, επηρεάζοντας διάφορες ικανότητες που απαιτούνται για τη συνείδηση: αναπαράσταση, αισθήσεις, αντίληψη κ.λπ. Ένα από τα πιο προφανή χαρακτηριστικά των εγκεφαλικών οργανοειδών είναι ότι είναι τελείως διαχωρισμένα από το σώμα και δεν έχουν ιστορικό φυσικής εμπειρίας, είτε στην κίνηση είτε στην αντίληψη. Ενώ τα πειράματα έχουν δείξει ότι η δραστηριότητα νευρικής πυροδότησης στα οργανοειδή του εγκεφάλου είναι παρόμοια με τον τρόπο που ο εγκέφαλος κωδικοποιεί πρότυπα που σχετίζονται με την εμπειρία, ένα πρόβλημα παραμένει: ένα πλαίσιο που μπορεί να κωδικοποιήσει την εμπειρία αλλά δεν έχει ιστορικό εμπειρίας.(οργανοειδή του εγκεφάλου)Μπορεί να προκύψει η συνείδηση; Θα υπήρχε συνείδηση ​​χωρίς περιεχόμενο;

Πίσω στο 2022, ήταν ο KosikΝαυτίλοςΕκτεταμένα άρθρα δημοσιευμένα σε περιοδικά[27]Προτάθηκε ότι ο σημαντικός λόγος για τον οποίο τα οργανοειδή του εγκεφάλου δεν έχουν συνείδηση ​​είναι ότι δεν διαθέτουν την βασική ιδιότητα -την ικανότητα να αφαιρούν αφαιρέσεις. Η συνείδηση ​​απαιτεί μια διαδικασία αφαίρεσης που βασίζεται σε συσχετισμούς μεταξύ των εντυπώσεων μας για τον αισθητηριακό κόσμο και της κινητικής ανατροφοδότησης. Όταν βλέπουμε ένα κόκκινο μήλο στο τραπέζι, ενεργοποιείται η ακόλουθη διαδικασία: το φως που ανακλάται από το αντικείμενο ενεργοποιεί τους φωτοϋποδοχείς στον αμφιβληστροειδή και στέλνει ένα σήμα στον εγκέφαλο αντικείμενο. Μετά από πολλά χρόνια εμπειρίας στον κόσμο, τα μοτίβα εκκένωσης που αντιστοιχούν στις λέξεις "κόκκινο" και "μήλο" έχουν δημιουργηθεί και τελικά "συνειδητοποιούμε" ότι υπάρχει ένα κόκκινο μήλο στο τραπέζι. Η δραστηριότητα νευρικής πυροδότησης των εγκεφαλικών οργανοειδών δεν σχετίζεται με τίποτα στην πραγματικότητα.

Φυσικά, υπάρχουν και επιστήμονες που έχουν θετικές απόψεις, ο Anil Seth, ένας γνωστικός νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Sussex στο Ηνωμένο Βασίλειο, δήλωσε σε ένα podcast του "Nature".[28]Ο Zhong είπε ότι δεν αποκλείει την πιθανότητα τα οργανοειδή του εγκεφάλου να παράγουν συνείδηση ​​Καθώς η πολυπλοκότητα των οργανοειδών του εγκεφάλου και η ομοιότητά τους με τον ανθρώπινο εγκέφαλο συνεχίζουν να αυξάνονται, είναι απολύτως δυνατό να έχουν συνείδηση ​​ακόμα κι αν η δομή τους δεν είναι εντελώς ισοδύναμη. στον ανθρώπινο εγκέφαλο.

Αν και οι περισσότεροι επιστήμονες έχουν αρνητική άποψη, μερικά ενδιαφέροντα πειράματα υποδηλώνουν ότι τα βασικά στοιχεία της συνείδησης μπορεί να έχουν προκύψει σταδιακά.

Στο εργαστήριο της νευροεπιστήμονας Alysson Muotri στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, εκατοντάδες πιάτα Petri περιέχουν εγκεφαλικά οργανοειδή στο μέγεθος του σουσαμιού που επιπλέουν μέσα τους. Χρησιμοποίησε διάφορες ασυνήθιστες μεθόδους για να χειριστεί εγκεφαλικά οργανοειδή και ένα από τα πειράματά του τράβηξε την προσοχή. Το 2019, η ομάδα του Moutri δημοσίευσε μια εργασία στο "Cell Stem Cells"[29]Αναφέρει τη δημιουργία εγκεφαλικών οργανοειδών που παράγουν συντονισμένα κύματα δραστηριότητας, παρόμοια με αυτά που παρατηρούνται στον εγκέφαλο των πρόωρων μωρών. Αυτή η συντονισμένη ηλεκτρική δραστηριότητα σε όλο τον εγκέφαλο είναι ένα από τα χαρακτηριστικά της συνείδησης, επομένως η ομάδα πιστεύει ότι τα οργανοειδή του εγκεφάλου μιμούνται ουσιαστικά τα πρώιμα στάδια της ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου. Ωστόσο, υπάρχουν και αμφιβολίες για αυτό το αποτέλεσμα, κυρίως επειδή τα εγκεφαλικά κύματα παρόμοια με αυτά των πρόωρων μωρών δεν σημαίνουν ότι τα εγκεφαλικά οργανοειδή μπορούν να εξισωθούν με τον εγκέφαλο του μωρού. Επιπλέον, τα εγκεφαλικά κύματα των μωρών είναι διαφορετικά από αυτά των ενηλίκων, παρουσιάζοντας συχνά πολύ ακατάστατες και ακανόνιστες διακυμάνσεις.

Ένας δίσκος με οργανοειδή εγκεφάλου στο εργαστήριο του Muotri Πίστωση: David Poller/ZUMA Wire, μέσω Alamy Live News

Την ίδια χρονιά, η Hideya Sakaguchi του Πανεπιστημίου του Κιότο (Hideya Sakaguchi)Η ομάδα αναφέρει στο περιοδικό Stem Cell Reports[30], οπτικοποίησε με επιτυχία τη δραστηριότητα του δικτύου και τις συνδέσεις μεταξύ μεμονωμένων νευρώνων σε φλοιώδη σφαιροειδή. Η ομάδα εντόπισε δυναμικές αλλαγές στη δραστηριότητα ιόντων ασβεστίου και ανακάλυψε ολοκληρωμένη δραστηριότητα μεταξύ κυττάρων που ήταν σε θέση να οργανωθούν σε συστάδες και να σχηματίσουν δίκτυα με άλλα κοντινά σμήνη. Εκδηλώσεις συγχρονισμένης νευρικής δραστηριότητας μπορεί να αποτελούν τη βάση μιας ποικιλίας σχετικών εγκεφαλικών λειτουργιών, συμπεριλαμβανομένης της μνήμης. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των ευρημάτων είναι ότι οι νευρώνες που αναπτύσσονται έξω από το σώμα πυροδοτούνται αυθόρμητα, κάτι που είναι ένας από τους τρόπους με τους οποίους οι νευρώνες αναπτύσσονται και δημιουργούν νέες συνδέσεις στον ανθρώπινο εγκέφαλο.

Αναπόφευκτα ηθικά ζητήματα

Η ακαδημαϊκή κοινότητα έχει διαφορετικές απόψεις για το θέμα της συνείδησης, αλλά οι επιστήμονες συνειδητοποιούν επίσης ότι είναι πολύ πιο εύκολο να δημιουργήσεις ένα συνειδητό σύστημα παρά να το ορίσεις. Ως αποτέλεσμα, η έρευνα για τα οργανοειδή του εγκεφάλου υπογραμμίζει ένα τυφλό σημείο: οι επιστήμονες δεν έχουν συμφωνημένο τρόπο να ορίσουν και να μετρήσουν τη συνείδηση.

Ακόμη και ο ίδιος ο Muotri παραδέχεται ότι δεν ξέρει ποιον ορισμό να χρησιμοποιήσει για να καθορίσει εάν ένα οργανοειδές έχει φτάσει σε συνειδητή κατάσταση. Επομένως, το εάν τα οργανοειδή του εγκεφάλου μπορούν να παράγουν συνείδηση ​​έχει γίνει η προσωπική θεωρητική προτίμηση των επιστημονικών ερευνητών, η οποία θα επηρεάσει τις προσωπικές μεθόδους και σκοπούς έρευνας.

Λοιπόν, προγραμματίστε εκ των προτέρων. Ο Anil Set πρότεινε ότι ελλείψει οποιασδήποτε σαφούς μεθόδου για την αξιολόγηση της συνειδητής κατάστασης των οργανοειδών, πρέπει να καθοριστεί προληπτικά ένα ηθικό πλαίσιο. Η Karen Rommelfanger, διευθύντρια του Προγράμματος Νευροηθικής στο Πανεπιστήμιο Emory στις Ηνωμένες Πολιτείες, συμφωνεί, λέγοντας ότι οι διαφορές μεταξύ της έρευνας για τα οργανοειδή του εγκεφάλου και άλλων οργανοειδών του σώματος δεν περιλαμβάνουν μόνο βιολογικές πτυχές, αλλά και ηθικές πτυχές. Ο Andrea Lavazza του Πανεπιστημίου της Παβίας στην Ιταλία πιστεύει ότι στο μέλλον, τα οργανοειδή μπορεί να επιδείξουν την ικανότητα να βιώνουν βασικές αισθήσεις όπως ο πόνος, επιδεικνύοντας έτσι αντίληψη και ακόμη και βασικές μορφές συνείδησης. Αυτό απαιτεί να εξετάσουμε εάν θα πρέπει να δοθεί ηθική υπόσταση στα εγκεφαλικά οργανοειδή και ποιοι περιορισμοί πρέπει να εισαχθούν για τη ρύθμιση της έρευνας[31]。

Αναφορές

[1] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jez.1400090305

[2] https://www.360zhyx.com/home-research-index-rid-74706.shtml

[3] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-2184.1987.tb01309.x

[4] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470513637.ch4

[5] https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1934590908001148

[6] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jor.1100090504

[7] https://www.science.org/doi/10.1126/science.284.5411.143

[8] https://www.science.org/doi/10.1126/science.282.5391.1145

[9] https://www.science.org/doi/10.1126/science.1151526

[10] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%AF%B1%E5%AF%BC%E6%80%A7%E5%A4%9A%E8%83%BD%E5%B9% B2%E7%BB%86%E8%83%9E

[11] https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ten.2006.12.1627

[12] https://www.nature.com/articles/nature07935

[13] https://www.science.org/content/article/sciences-top-10-breakthroughs-2013

[14] https://m.thepaper.cn/baijiahao_20603927

[15] https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(08)00455-4?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS193405905 %3Fshowall%3Dtrue

[16] https://www.nature.com/articles/nature12517

[17] https://www.cell.com/cms/10.1016/j.stem.2018.12.015/attachment/3c78ab81-5238-4756-ace6-4b73fa2292d6/mmc1.pdf

[18] https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)31534-8?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867342035thow

[19] https://www.nature.com/articles/s41392-022-01024-9#citeas

[20] http://www.news.cn/health/2023-02/03/c_1211724659.htm

[21] https://www.livescience.com/health/neuroscience/we-can-t-answer-these-questions-neuroscientist-kenneth-kosik-on-whether-lab-grown-brains-will-achieve-consciousness

[22] https://www.nature.com/articles/s41586-020-1962-0

[23] https://www.ucsf.edu/news/2020/01/416526/not-brains-dish-cerebral-organoids-flunk-comparison-developing-nervous-system

[24] https://theconversation.com/brain-organoids-help-neuroscientists-understand-brain-development-but-arent-perfect-matches-for-real-brains-130178#:~:text=Organoid%20cells% 20επίσης%20δεν,δεν%20ανακλάται%20στα%20τα%20οργανοειδή.

[25] https://www.kepuchina.cn/more/202011/t20201117_2842435.shtml

[26] https://www.cell.com/patterns/fulltext/S2666-3899(24)00136-3#%20

[27] https://nautil.us/what-the-tiny-cluster-of-brain-cells-in-my-lab-are-telling-me-246650/

[28] https://www.nature.com/articles/d41586-020-03033-6#MO0

[29] https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(19)30337-6

[30] https://www.cell.com/stem-cell-reports/fulltext/S2213-6711(19)30197-3

[31] https://link.springer.com/article/10.1007/s40592-020-00116-y

Ειδική υπενθύμιση

1. Εισαγάγετε το μενού "Στήλη Boutique" στο κάτω μέρος του δημόσιου λογαριασμού WeChat "Επιστροφή στα Βασικά" για να προβάλετε μια σειρά δημοφιλών επιστημονικών άρθρων για διαφορετικά θέματα.

2. Το "Back to Basics" παρέχει τη λειτουργία ανάκτησης άρθρων ανά μήνα. Ακολουθήστε τον επίσημο λογαριασμό και απαντήστε με το τετραψήφιο έτος + μήνας, όπως "1903", για να λάβετε το ευρετήριο άρθρου για τον Μάρτιο του 2019 κ.λπ.

Δήλωση πνευματικών δικαιωμάτων: Τα άτομα είναι ευπρόσδεκτα να αναδημοσιεύουν οποιαδήποτε μορφή μέσων ή ιδρύματος δεν επιτρέπεται να ανατυπώσουν ή να αποσπάσουν χωρίς εξουσιοδότηση. Για εξουσιοδότηση επανεκτύπωσης, επικοινωνήστε με το backend μέσω του επίσημου λογαριασμού WeChat "Hui Pu".