脑科学“黑科技”——看看有巨大的潜力的“狠活”

目前全世界有20%的人经受着神经系统紊乱的影响，其中一半和心理健康相关，影响近10亿人。对此目前主要的治疗方式是药物治疗和心理治疗，但患者往往需要长时间的治疗才能产生效果。

早在两千多年前，苏格拉底、柏拉图就开始探讨心理过程的本质，希波克拉底提出大脑是思维的器官。但之后的许多个世纪里，人们对大脑的认知一直停留在感性层面，直到16世纪首次从科学角度对大脑结构进行描述，脑科学发展进入新的时代。

培育"碟中脑"

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最近，澳大利亚科学家Brett Kagan博士公布了一项科研成果，在实验里培养多年的一堆脑细胞，被发现有“感知力”，还能学会玩简单的电子游戏，其学习能力远超人工智能。如果技术进一步发展，人类是否能用一堆脑细胞“组装”出一个全新的大脑？这个“迷你大脑”，即是采集一些能发育成大脑的胚胎干细胞，让它们在实验室里培养和发育，看能不能拥有大脑的部分功能。

最终，这一团脑细胞在培养皿里开始发育，又经过几年的精心培育，最终发育成了一团包含80万个脑神经元的“迷你大脑”，正式命名为“碟中脑”（Dish Brain）。这团鲜活的脑细胞放在一个特质的碟子里，尺寸相当于一只黄蜂的大脑，和包含140多亿神经元的普通人脑相比，显然是小太多了。

同时他还强调，他和团队成员都不会试图造一个具有“自我意识”的大脑出来，因为技术上达不到，也违反科学伦理。他们的短期目标只是通过研究“迷你大脑”的发育，找出小头畸形症和老年痴呆症等脑科疾病的根源…

多组学图谱

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类器官中的每个细胞都有超过20000个基因，而且每个类器官又由数千个细胞组成。因此，产生一个巨大的矩阵。利用人类干细胞在受控培养环境中生成复杂的大脑类器官（Brain Organoids）为理解人脑发育的机制开辟了新的途径。

为了分析所有这些海量多维数据并预测基因调控机制，研究人员开发了一个框架程序Pando，它结合了多组学数据和转录因子结合位点的预测，以推断描述类器官发育的整个基因调控网络。

2022年10月5日，瑞士苏黎世联邦理工学院的研究团队在 Nature 上发表了题为：Inferring and perturbing cell fate regulomes in human brain organoids 的研究论文。该研究建立了人类大脑类器官发育的多组学图谱，首次证明转录因子 GLI3 参与了人类前脑模式的形成。该研究为如何利用人体模型系统和单细胞技术重建人类发育生物学提供了框架。

基因递送到大脑

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一直以来，研究人员在尝试不同的方法将基因递送到大脑中，以治疗脑肿瘤、神经退行性疾病等中枢神经系统疾病。但由于血脑屏障（BBB）的存在，导致向大脑递送基因成为一种挑战。

近日，圣路易斯华盛顿大学 Chen Hong 副教授团队在 eBioMedicine 期刊发表了题为：Incisionless targeted adeno-associated viral vector delivery to the brain by focused ultrasound-mediated intranasal administration 的研究论文。

该研究在首次在小鼠模型中验证了团队之前开发的聚焦超声鼻内递送（FUSIN）方法，证实了FUSIN能够突破血脑屏障（BBB），将腺相关病毒载体（AAV）通过鼻腔高效递送到大脑。这一递送效率比其他递送方法效果更好，对身体其他器官的影响最小。

Chen Hong 团队在几年前就开始应用聚焦超声鼻内递送（FUSIN），2018年使用FUSIN递送了金纳米颗粒，2021年在脑肿瘤模型中验证了效果。FUSIN是通过鼻腔向大脑给药，能够绕过血脑屏障，最大限度减少所要递送的药物与身体其他部位的接触。

脑机接口技术

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清华大学生物医学工程系洪波教授分享了“元脑（Meta Brain）”的新兴概念和他的团队在这个领域上所做的相关工作。“你也许很难想象无数美丽的数学公式能够解释人类大脑的运作机理。”元脑的构想是利用脑机接口技术建立大脑的动态数字模型，来帮助提升理解大脑的功能运作，重现生理、病理过程，最终达到应用目的。

而元脑得以快速发展的机遇则是乘上了前沿技术发展的快车，包括神经影像学、脑电生理和计算机技术等，无一不在助阵元脑研究的深入。洪波教授介绍了许多科学家在脑数字重建上做过的工作，如静态元脑、动态激发元脑，乃至于动态的癫痫大脑。这些脑数字重建的点滴工作都在为构建未来的疾病数字大脑、数字孪生大脑夯实基础。

在脑机接口技术不断发展的过程中，其中最大的争议是来自伦理的风险。脑科学领域的伦理讨论声音有很多，支持者和反对者各自都有站得住脚的立场。在未来，如果脑机接口技术得到了大规模应用，人的大脑或意识能被潜伏、探测甚至远程侵入的风险增高，可能会造成严重的社会问题。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1747617518917743903

https://m.thepaper.cn/baijiahao_20377908

https://m.thepaper.cn/baijiahao_20422955

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。