这张实验室小鼠大脑的侧面图显示了从人类移植物（用绿色和红色荧光蛋白着色）延伸到小鼠大脑（用蓝色着色）的神经纤维。比例尺= 1毫米。

S.斯坦福大学帕卢卡实验室研究人员开发了一种新方法，将数百万个人类脑细胞植入小鼠体内，作为为研究神经退行性疾病创建更好的科学模型的一种方式。

科学家利用遗传工具，培育出缺失大部分大脑皮质的小鼠--大脑的最外层，涉及推理、记忆和意识。然后，他们用实验室培养的人脑细胞替换了很大一部分缺失的小鼠细胞，创造出具有人类神经元的小鼠，这些神经元可以被改变以接近研究人员渴望研究的人脑状况。

斯坦福大学精神病学和行为科学教授、该论文的高级作者Sergiu Pajeca表示：“在过去的二十年里，人们一直在寻求在人体之外建立人脑模型。”发表在《自然》杂志上。“这不会取代我们以前拥有的所有模型，但它将为我们提供接触人脑功能的其他方面的机会，否则这些方面将很难研究。“帕卢卡说，这项研究是在强有力的道德监督下进行的，并推动了研究的发展。与此同时，外部研究人员指出，这一进展引发了有关其可能走向何方的重大问题。

华盛顿州西雅图艾伦研究所执行副总裁兼脑科学主任曾洪奎表示，“这确实是一项比培养皿更强大的技术，可以研究人类神经元以及人类大脑回路如何在更自然的环境中形成”。他没有参与这项研究。

但她补充道：“展望未来，如果不是担忧的话，也会有一些考虑因素”--例如在更大、寿命更长的动物中使用这项技术的影响。

为人类神经元创造空间虽然这不是人类脑细胞第一次被植入小鼠体内，但这项新的努力成功地连接了比以前更多的人类细胞。

帕卡说，以前的尝试受到了持久的生物学的限制。人类脑细胞的发育至少比老鼠慢20倍。

这意味着正常发育的老鼠的神经元形成了一个快速的网络，比掉进去的人类细胞更有竞争力。“当人类细胞设法延伸几毫米时，小鼠细胞已经形成了大部分连接，大脑发育关闭，”帕卡说。

该团队通过培育缺失大脑特定部分的基因工程小鼠来解决这个问题。他说：“我们认为，通过以一种非常精确、非常干净的方式去除小鼠神经系统的部分，我们可以为人类细胞提供更多连接的机会。”

令他们惊讶的是，他们培育的小鼠仍然非常“它们实际上有相当好的运动能力，”帕穆卡说，“它们在记忆任务方面做得不好……[但是]当你观察这些动物时，你无法判断它们缺少一半的大脑容量。"

艾伦研究所的Keng说，实验的这一部分表明了发育大脑的显着适应性。失去大脑皮质（负责高级大脑功能）的动物预计不会在具有挑战性的任务中表现出色。然而，这些小鼠利用大脑的剩余部分开发了替代策略。“令人惊讶的是，这种动物能够适应，”她说，“看到这一点真是令人难以置信。“更人性化的实验室小鼠大脑接下来，研究团队在耗尽的小鼠大脑中添加了小块人类神经元。

“我们轻轻地把它们，通过一个非常快速，简单的程序，进入老鼠神经系统的空白空间，”帕斯卡尔卡说。“几天之内，细胞开始分裂和扩张。在几周到几个月内，它们将基本上生长，成为血管化，并在很大程度上占据了现有的空间。"

大脑被填满的老鼠在记忆任务和与其他老鼠的互动方面表现得更好。“许多存在于[耗尽]小鼠中的缺陷现在不存在于这种动物中，”他说，“所以看起来人类皮层细胞可能有助于恢复这些失去的功能。“但是有人脑细胞的小鼠和普通的、未改变的小鼠之间有一些关键的区别，这对研究人脑状况是个好兆头，"帕卡说。

例如，具有人类脑细胞的小鼠在大脑缺氧后无法正常行走。但普通老鼠的情况并非如此，它们对低氧条件有很强的适应力。他说，这种更像人类的反应表明，改变后的小鼠可能是与低氧有关的大脑状况的更好模型，如脑瘫，智力残疾和癫痫性脑病。

“希望，它将是令人难以置信的强大的解决疾病的问题和发展的治疗方法，说：”帕斯卡尔卡。

随着这项技术变得越来越复杂，伦理问题也越来越复杂。研究人员强调，这不是一个完整的大脑移植;在实验中，他们去除了大约1400万个小鼠神经元，并添加了大约400万个实验室培养的人类皮层神经元。

由此产生的小鼠仍然缺乏其他重要类型的脑细胞，研究人员故意没有添加这些细胞，而且它们的人类神经元也没有形成典型的外脑。“皮质通常被精心组织成层。但在这里，当我们把细胞放进去时，它们并不知道上下到底在哪里，”帕穆卡说。“他们未能更大规模地组织起来。“由于植入物的生长速度与人类节奏相符，该模型最适合于某些在人类早期发育中开始的疾病。”事实证明，发育的时间是很保守的……即使我们将它们放在发育更快的动物身上，”他说。

杜克大学法学院法学与哲学教授尼塔·法拉尼（Nita Farahany）表示，其中一些限制反映了研究人员出于道德原因而做出的故意选择，她曾担任外部道德委员会的无薪成员，该委员会帮助指导了这项工作的进展。

例如，研究人员选择在人类脑细胞长到大约六个月大时停止实验--在它们能够在小鼠大脑中形成被人类发育研究人员认为是意识标志的连接之前。法拉尼说：“他们试图在意识标志或意识事实出现之前停止这项研究。”她同意这一选择。

“但这条线本身就是一条你可能会开始怀疑的线，”她补充道。“如果动物有潜力或正在发展意识，你会在动物发展意识之前停止研究吗？它是否有我们会分配给它的不同利益或权利？"

老鼠拥有人类脑细胞这一事实是否应该改变它的治疗和考虑方式？“我们对待它是否比对待传统小鼠更加谨慎？我想可能是这样，”法拉尼说。“我的直觉是在这样的研究中谨慎行事，而不是更加纵容。艾伦研究所的曾表示：“随着这些实验沿着预期的道路继续进行，例如在猪或非人类灵长类动物等大型动物身上尝试类似的程序，道德考虑将会增加。“因为这些动物的寿命要长得多，人类神经元可以存活更长时间，并且可以形成功能上更有意义的回路--但我认为道德问题也变得更大、更严重，”她说。

法拉尼说，这些类型的担忧伴随着进行尖端研究。她说，该团队在尽可能以合乎道德的方式开展工作方面“非常深思熟虑”。尽管如此，“这让我们进入了新的灰色地带，没有明确的道德准则或规范，”她说。

她说，通过这篇文章，研究人员向公众展示了该模型的下一步。现在，轮到社会介入了。