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實(shí)驗(yàn)室培育的大腦類器官可以算作“人類大腦的簡(jiǎn)化版仿制品”嗎？這是個(gè)生物問題，也是技術(shù)問題，更是倫理問題。

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

比如，有科學(xué)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(nèi)的認(rèn)知障礙，也有倫理學(xué)家拋出“怎樣的類器官會(huì)產(chǎn)生意識(shí)”和“類器官能否感知痛苦”這類問題。

生命仿制長(zhǎng)廊

哈佛大學(xué)生物學(xué)家保拉·阿洛塔(Paola Arlotta)的實(shí)驗(yàn)室里有條特別的無窗長(zhǎng)廊。長(zhǎng)廊里一排排的存放架上盡是細(xì)胞培養(yǎng)多孔板，每個(gè)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(xì)胞團(tuán)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(nèi)容

這些精心安置的團(tuán)塊由神經(jīng)元和其他大腦特有細(xì)胞聚集而成，細(xì)胞數(shù)量達(dá)兩百萬級(jí)別?？蒲腥藛T每次巡查時(shí)，會(huì)仔細(xì)確認(rèn)細(xì)胞團(tuán)是否健康及營(yíng)養(yǎng)是否充足。

阿洛塔博士表示：“一年級(jí)新生禁入走廊，只有經(jīng)驗(yàn)豐富者可踏足此地，因?yàn)楹馁M(fèi)多年心血建立的研究成果可能因失誤毀于一旦。”

長(zhǎng)廊里最古老的團(tuán)塊已存活7年之久。它的起源故事發(fā)生在2018年：阿洛塔團(tuán)隊(duì)利用志愿者捐贈(zèng)的皮膚細(xì)胞，通過特定化學(xué)誘導(dǎo)劑使其轉(zhuǎn)化為常見于胎兒大腦的祖細(xì)胞。這些祖細(xì)胞通過分裂和分化等過程產(chǎn)生神經(jīng)元及其他腦細(xì)胞類型。神經(jīng)元會(huì)延伸出神經(jīng)突起，它們細(xì)長(zhǎng)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(xì)胞團(tuán)包含的神經(jīng)元數(shù)量可能多過蜜蜂的整個(gè)大腦。不過阿洛塔始終強(qiáng)調(diào)此類團(tuán)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(dāng)?shù)拿?/p>

“類腦器官與大腦本質(zhì)不同，前者作為簡(jiǎn)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?！?/p>

——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(tuán)隊(duì)近期發(fā)布了一份關(guān)于長(zhǎng)期培養(yǎng)類器官的研究報(bào)告。報(bào)告稱：

培育工作于2018年啟動(dòng)，而這些類器官自開始生長(zhǎng)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(guān)模式都高度近似。隨著時(shí)間推移，發(fā)育數(shù)月的類器官神經(jīng)元達(dá)到了與新生兒大腦相當(dāng)?shù)某墒於?；月月?fù)年年，類腦不斷刷新存活時(shí)間紀(jì)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(dāng)于幼兒園兒童的。

阿洛塔感嘆：“其實(shí)我們從未預(yù)料能培育如此之久?！?/p>

類腦黑箱里的倫理謎題

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

有些科學(xué)家正運(yùn)用類腦器官追蹤胎兒體內(nèi)細(xì)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(tuán)隊(duì)收集自閉癥等疾病患者的皮膚細(xì)胞，嘗試通過培育類腦來探究基因突變?nèi)绾胃淖兩窠?jīng)元特性。

阿洛塔贊嘆這是“前所未有的全新科學(xué)分支”，同時(shí)也提示其潛藏的倫理風(fēng)險(xiǎn)。2025年11月初，她與另外16位科學(xué)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(lǐng)域始終不偏離倫理軌道。

保拉·阿洛塔

斯坦福大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家塞爾吉烏·帕斯卡(Sergiu Pa?ca)也是該評(píng)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(shí)特征，而非人類期待或害怕它會(huì)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(jì)算機(jī)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(shù)。例如，一所名為“生物黑箱”(Biological Black Box)的美國(guó)企業(yè)聲稱正構(gòu)建“新型計(jì)算生命體”。這就是炒作大于實(shí)干的典型。用帕斯卡的話說：“將智能賦予培養(yǎng)皿里的細(xì)胞是荒謬的?！?/p>

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

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

10年前，首批大腦類器官開始成長(zhǎng)，上述種種哲學(xué)探討似乎還遙不可及。當(dāng)時(shí)大多科學(xué)家都沉浸于實(shí)驗(yàn)成功的驚喜之情。

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

在阿洛塔實(shí)驗(yàn)室里，研究人員正講解構(gòu)建復(fù)雜腦結(jié)構(gòu)所需培育的各類細(xì)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(biāo)準(zhǔn)化方法。由此，無法在真實(shí)人腦上開展的大型實(shí)驗(yàn)，可以放到類腦上研究了。通過此類實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家得以窺見腦細(xì)胞分化為各類神經(jīng)元的化學(xué)過程，觀察細(xì)胞在類器官內(nèi)遷移、連接以及構(gòu)建起能處理信息的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)類腦模型被賦予自閉癥和痛覺

一些科學(xué)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(xué)圣地亞哥分校的神經(jīng)科學(xué)家莉莉婭·雅庫切娃(Lilia Iakoucheva)與同事利用自閉癥兒童捐贈(zèng)的皮膚細(xì)胞培育大腦類器官，并發(fā)現(xiàn)類腦神經(jīng)元會(huì)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(duì)胎兒大腦造成損傷，并導(dǎo)致孩子出生后遭遇某些自閉癥癥狀?！?/p>

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(dǎo)致自閉癥的遺傳病因之一。帕斯卡團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，該病會(huì)導(dǎo)致某些神經(jīng)元連接錯(cuò)誤。而在2024年，他們又發(fā)表研究聲稱，針對(duì)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(dòng)物體內(nèi)作安全性測(cè)試，預(yù)備進(jìn)入臨床試驗(yàn)；或許2026年初就會(huì)有人類患者注射此藥。

蒂莫西綜合征雖破壞力強(qiáng)，但作用機(jī)制簡(jiǎn)單。那些更復(fù)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(fù)雜疾病，科學(xué)家正嘗試將多個(gè)類器官組裝成微型網(wǎng)絡(luò)，即所謂的“類組裝體”(assembloid)。

塞爾吉烏·帕斯卡的實(shí)驗(yàn)室正致力于將多個(gè)類器官連接成微型網(wǎng)絡(luò)

2025年4月，帕斯卡與同事發(fā)文介紹了用于研究痛覺信號(hào)傳導(dǎo)的類組裝體的詳細(xì)信息。針對(duì)四處構(gòu)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(dāng)感覺神經(jīng)元暴露于辣味分子后，產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)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(tuán)隊(duì)培養(yǎng)了攜有會(huì)導(dǎo)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(dòng)顯著增強(qiáng)。

神經(jīng)元與計(jì)算機(jī)的融合

印第安納大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師郭峰在七年前首次接觸大腦類器官時(shí)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(shí)沒人知道這行不行?！?/p>

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(hào)的線路，以及能監(jiān)測(cè)類器官響應(yīng)產(chǎn)生的電活動(dòng)的設(shè)備。

在2023年的實(shí)驗(yàn)中，郭峰團(tuán)隊(duì)運(yùn)用Brainoware系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)形態(tài)的人工智能。他們采集8名志愿者朗讀兩個(gè)不同元音的音頻，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給腦類器官。收到刺激的類器官發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，研究人員則訓(xùn)練計(jì)算機(jī)將這些響應(yīng)信號(hào)解析為被朗讀的元音。經(jīng)過兩天訓(xùn)練，系統(tǒng)在元音解碼方面表現(xiàn)出色。

郭峰

目前團(tuán)隊(duì)正致力于提升Brainoware的性能。已有成果包括單臺(tái)可容納6個(gè)相互連接的類器官的迷你設(shè)備，其尺寸如手機(jī)。郭峰等人計(jì)劃擴(kuò)大規(guī)模，實(shí)現(xiàn)數(shù)百個(gè)神經(jīng)元簇的協(xié)同運(yùn)作。

大腦類器官會(huì)痛苦嗎？

郭峰也正與玄仁洙合作，共同探討“當(dāng)Brainoware系統(tǒng)如預(yù)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(shí)。當(dāng)然，它的意識(shí)必定為簡(jiǎn)化版，并非我們腦中860億神經(jīng)元復(fù)雜連接所產(chǎn)生的那種。

2024年，數(shù)百名科學(xué)家聯(lián)合簽署宣言，指出包括蜜蜂在內(nèi)的許多動(dòng)物“擁有意識(shí)體驗(yàn)的現(xiàn)實(shí)可能性”。若蜜蜂有意識(shí)，那神經(jīng)元規(guī)模更大的類器官計(jì)算機(jī)會(huì)如何？已有生物倫理學(xué)家開始相關(guān)探索，也有反對(duì)者認(rèn)為2024年宣言的推論為時(shí)過早。

此外，玄仁洙還強(qiáng)調(diào)了“痛苦”問題，即類器官會(huì)否承受痛苦？目前的類組裝體似乎結(jié)構(gòu)太過簡(jiǎn)單，不足以感受痛苦。帕斯卡團(tuán)隊(duì)的痛覺類組裝體雖能對(duì)特定分子產(chǎn)生電信號(hào)反應(yīng)，但無法感知不適。

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

阿洛塔及其哈佛團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)時(shí)總要考量上述種種可能。她實(shí)驗(yàn)室里存活7年的類器官已經(jīng)證明，即便無外界刺激，它們?nèi)阅馨l(fā)育成熟。目前團(tuán)隊(duì)正嘗試賦予類器官以類視網(wǎng)膜細(xì)胞，從而提供光刺激體驗(yàn)。

在顯微鏡下，阿洛塔實(shí)驗(yàn)室正構(gòu)建具有光敏神經(jīng)元的類器官。這種感官刺激可能促進(jìn)類器官進(jìn)一步成熟

雖不確定會(huì)發(fā)生什么，但阿洛塔推測(cè)感官刺激將促使類器官結(jié)構(gòu)更趨復(fù)雜，存活更久。

資料來源：

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