במחקר חדש עולה כי מדענים יצרו מוח זעיר במעבדה שיצרו רשתות מורכבות והפיקו גלי מוח דומים לאלה שנורו על ידי המוח המתפתח של תינוק אנושי מוקדם.
הרעיון לגדל מוחות זעירים במעבדה אינו חדש; החוקרים עושים זאת כמעט עשור. אך מרבית המחקרים השתמשו במוחות המיני האלה או ב"אורגנואידים "כדי ללמוד מבנה בקנה מידה גדול.
לדוגמה, קבוצה אחת פיתחה מיני מוח שיכולים לגדל כלי דם, כך דווח בעבר Live Science. קבוצה אחרת חשפה מיני מוח לנגיף הזיקה כדי להבין כיצד זה עלול להוביל לראשים קטנים באופן חריג או למיקרוצפאליה.
אולם במצבים כמו אוטיזם, סכיזופרניה, הפרעה דו קוטבית ואפילו דיכאון, "המוח שלם והבעיה מסתמכת על פעולות הרשת", אמר הכותב הבכיר במחקר אליסון מווטרי, פרופסור חבר במחלקה לרפואה סלולרית ומולקולרית ו מנהל התוכנית לתאי גזע באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו. זו הפעם הראשונה שהמוח שגדל במעבדה מייצר רשתות מורכבות של נוירונים שהפיקו גלי מוח חזקים.
לשם כך, Muotri וצוותו קצרו תאי גזע אנושיים - שיכולים להשתנות לכל סוג תאים שניתנו להם ההוראות הנכונות - שמקורם בעור ובדם של אנשים. החוקרים חשפו תאי גזע אלה להוראות כימיות שיהפכו את התאים לתאי מוח.
לרוב, תאים אלה יצרו תאי אבות עצביים, תאים ספציפיים למוח שיכולים להתפשט ולהוליד סוגים רבים של תאי מוח. לאחר חודשיים עד חמישה במנת מעבדה, תאי אבות אלה יוצרים נוירונים גלוטמטריים, תאי מוח שהם "מעוררים", או כאלה המפיצים מידע.
לאחר כארבעה חודשים המוח המיני הפסיק ליצור נוירונים מעוררים והתחילו לייצר אסטרוציטים. תאי מוח אלה עוזרים לעצב סינפסות, את הפערים בין תאי מוח שבהם מעבירים מידע, או כימיקלים מוחיים. לבסוף, תאי אבות החלו לייצר נוירונים מעכבים, המרווים את פעילות המוח, או מונעים מעצבי עצב להעביר מידע. זה היה הרגע בו "הפעילות מתחילה להיות מורכבת יותר, מכיוון שכעת אנו מאזנים עירור ועיכוב", אמר מווטרי.
בעוד התאים התחלקו ונבדלו, הם החלו בסופו של דבר "להתארגן באופן עצמאי למשהו שדומה לקליפת המוח האנושית", אמר מווטרי. קליפת המוח היא השכבה החיצונית של המוח, הממלאת תפקיד חשוב בתודעה.
למעשה, "מוח המיני" לא נראה כמו גרסאות זעירות של מוח אנושי. במקום זאת, הם כתמים לבנים וכדוריים שצפים במרק האדמדם בו הם גדלים, אמר מווטרי. הם גדלו לקוטר של 0.2 סנטימטרים בלבד (0.5 סנטימטרים), אך הרשתות העצביות שלהם המשיכו להתפתח במשך תשעה עד 10 חודשים לפני שהפסיקו, הוא אמר.
לאורך צמיחת המוח המיני השתמש הצוות בסט אלקטרודות זעירות המתחברות לנוירונים כדי למדוד את פעילות המוח. החוקרים גילו כי בסביבות חודשיים, העצבים במוח המוח החלו לירות אותות ספורדיים, כולם באותה תדר. לאחר חודשיים נוספים של התפתחות, המוח ירה איתותים בתדרים שונים ובאופן קבוע יותר, מה שמעיד על פעילות מוחית מורכבת יותר, אמר Muotri.
בעוד שמחקרים קודמים הראו שמוח מיני המיוצר במעבדה עלול לייצר ירי של תאי מוח, החוקרים דיווחו כי הם יורים בסביבות 3,000 פעמים בדקה, אמר Muotri. עם זאת, במחקר זה, הנוירונים ירו קרוב ל -300,000 פעמים בדקה, שהיא "קרובה יותר למוח האנושי", אמר.
לאחר מכן הצוות השתמש באלגוריתם של למידת מכונה כדי להשוות את הפעילות המוחית של מוחות המיני הללו לזו של תינוקות אנושיים מוקדמים. החוקרים הכשירו את תוכניתם ללמוד את גלי המוח שנרשמו אצל 39 פגים בגילאי 6 עד 9 וחצי חודשים.
לאחר מכן הזינו המדענים את דפוסי הגל המוח ממוח המיני אלגוריתם ומצאו כי לאחר 25 שבועות של התפתחות מיני מוחית, הוא כבר לא יכול היה להבדיל את הנתונים המגיעים מהמוח האנושי מהנתונים הנובעים מהמוח שגדל המעבדה. "זה מתבלבל ונותן את אותו הגיל לשניהם", מה שמרמז שמוח המיני והמוח האנושי גדלו והתפתחו באופן דומה, אמר Muotri.
מחקר זה מראה "כי אתה יכול ליצור מערכות ניסוי ניתנות לשחזור בהן תוכל להתייחס לתהליכים שהם כה בסיסיים להתפתחותו של בן אנוש", אמר ד"ר תומאס הרטונג, מנהל המרכז לחלופות לבדיקת בעלי חיים של ג'ונס הופקינס. שעבד גם על פיתוח מיני מוח במעבדה אך לא היה חלק מהמחקר.
"אי הנגישות של המוח העוברי היא אחת הסיבות לכך שהמודלים הללו מציעים משהו שונה", אמר. "אבל זה אומר גם שיש לך הזדמנויות מוגבלות מאוד לומר את הדבר האמיתי." בעוד שאותות ה- EEG דומים לאותם של תינוקות טרם המניין, הם מעט כבולים בתזמון, הוסיף.
בעוד שעובר אנושי קשור לאם ובכך מקבל אותות מבחוץ, המוח שגדלו במעבדה אינו קשור לשום דבר. הרטונג אמר כי "לתאים אלה אין קלט או פלט. הם אינם יכולים לזהות שום דבר שקורה בעולם. אז הם "בהחלט לא" מודעים.
על זה יסכימו רוב המדענים, אבל "קשה לומר", אמר מווטרי. "אנחנו מדעני המוח אפילו לא מסכימים מה המדידות שניתן לעשות כדי לחקור בפועל כדי לבדוק אם הם מודעים או לא."
המוח האנושי מעביר את האותות שלו כדי לעזור לנו לקיים אינטראקציה עם הסביבה שלנו. לדוגמא, אנו מסתכלים על באג, העיניים שולחות אותות לתאי מוח, שמאותתים זה לזה ומיידעים אותנו שאנחנו רואים באג.
אז למה המוחות הגדלים במעבדה שולחים איתותים? על מה הם יכולים לדבר? "זו שאלה שאנחנו לא מכירים, כי המוח העוברי הוא באמת קופסה שחורה," אמר מווטרי. נראה כי מרבית האותות בשלבים המוקדמים הללו כוללים הוראות ל"חוט עצמי ", או להתחבר זה לזה, אמר.
בכל מקרה, הוא אמר שהוא מקווה שמחקרים כאלה יעזרו לנו להבין כיצד חיווט מוחי מוקדם מוליד את המוח המורכב שלנו, ומה קורה כאשר החיווט ההוא משתבש.
Muotri וצוותו אמרו כי כעת הם מקווים לעורר את האורגנואידים במוח עוד יותר כדי לבדוק אם הם יכולים להתפתח מעבר לתשעה עד 10 חודשים. החוקרים מעוניינים גם לדגמן הפרעות מוחיות, למשל על ידי יצירת אורגנואידים במוח עם תאים שנלקחו מילדים עם אוטיזם, כדי להבין כיצד רשתות המוח שלהם מתפתחות.
הממצאים פורסמו היום (29 באוגוסט) בכתב העת Cell Stem Cell.
