2019年8月29日

机器学习算法无法将这些实验室迷你脑与早产儿区分开

脑类器官(也称为小脑)是一种3-D细胞模型,代表实验室中人脑的各个方面。脑类器官帮助研究人员追踪人类发育,揭示导致疾病的分子事件并测试新疗法。当然,它们不是完美的复制品。脑类器官没有复制认知功能,但是研究人员可以检查类器官的物理结构或基因表达随时间或由于病毒或药物而变化的方式。

加州大学圣地亚哥分校的研究人员现已接受 更进一步,实现了前所未有的神经网络活动水平-可以通过多电极阵列记录的电脉冲。研究小组利用来自早产三个半月的婴儿的数据,开发了一种算法,可以根据脑电图预测年龄。该算法然后读取实验室生成的 类器官的配置方法相同,并为其指定了年龄。

九个月大的大脑类器官的电脉冲模式显示出与足月(妊娠40周)的早产婴儿相似的特征。

这些新的优化的大脑类器官,在2019年8月29日发行的 细胞干细胞可能使研究人员有可能研究并非由生理变化引起或未引起明显生理变化,而是涉及脑细胞网络活动障碍(例如自闭症或癫痫病)的精神疾病。对于其中许多条件,没有相关的实验室或动物模型。

加州大学圣地亚哥分校圣地亚哥分校的儿科学与细胞和分子医学教授,合著者Alysson R. Muotri博士说:“我们最初不敢相信它-我们以为我们的电极出现了故障。” “由于数据如此惊人,我认为许多人对此表示怀疑,这是可以理解的。” Muotri领导了这项研究,由加州大学圣地亚哥分校社会科学系认知科学副教授Bradley Voytek博士进行。

脑类器官的构造始于一个可能令人惊讶的来源:成人皮肤样本。在实验室中,研究人员将皮肤细胞转化为诱导性多能干细胞(iPSC)。像大多数干细胞一样,借助适当的分子因子混合物,iPSC可以定向为专门用于任何细胞类型。在这种情况下,它们成为脑细胞,例如神经元和神经胶质的不同类型。

在圣地亚哥加州大学,脑类器官被用于产生第一个直接的实验证据,证明巴西寨卡病毒可以 造成严重的出生缺陷 并将现有的HIV药物重新用于稀有的用途, 遗传性神经疾病。 Muotri和小组最近还向他们的大脑发送了类器官 国际空间站 测试微重力对大脑发育的影响-以及地球以外人类生命的前景。

在最新研究中,Muotri及其同事优化了大脑类器官构造的每个步骤。例如,他们从 ,而不是大多数协议中使用的细胞团。他们还调整了促使大脑细胞组织形成的因素的精确时机和集中度。他说,这不是一个秘密的要素或创新,而是随着时间的推移有几处改进。

优化在蜂窝多样性和蜂窝网络活动方面获得了回报。例如,研究小组检测到了一种特定的灵长类特异性神经元,称为皮质GABA能神经元,这种神经元以前从未在实验室培养皿中产生过。据Muotri说,这些 在复杂的神经网络中扮演重要角色。

为了测量细胞网络的活动,研究人员在多电极阵列上生长了新近优化的脑器官。电极捕获并记录电脉冲,这些电脉冲在EEG读数中以波和尖峰的形式出现。有了新的协议,大脑的类器官就从每分钟产生3,000个峰值到每分钟300,000个峰值。

在人类中,随着脑细胞连通性的发展,振动随着年龄而变化。刚出生的婴儿大脑在电活动高峰之间往往有休息时间(无波动)。随着大脑的发展,那些安静的时期越来越短。随着时间的推移,尽管水平有所变化,但大脑的活动却变得恒定。这些脑震荡模式通常与人类的认知和疾病状态相关。

Muotri和团队比较了他们的大脑 公开收集了39个早产儿,妊娠24至38周以及出生后几周的567个EEG记录的电子模式。从最初的几天到九个月,大脑的类器官产生了类似水平的电活动,遵循类似的模式:安静时间更少,频率更高 .

穆特里说,经常有人问他这项工作的伦理意义,并提出诸如“我们离重建人类大脑太近了吗?”的问题。他解释说,这些大脑类器官在很多方面与人脑有很大不同。例如,它们比成人的大脑小几倍。他们没有半球或血管。而且它们没有被保护性头骨包围或与其他组织相连。

Muotri说:“即使是婴儿,它们的功能也远不及完整的皮质。” Muo​​tri说,他也是加州大学圣地亚哥分校干细胞计划的负责人,也是桑福德再生医学联盟的成员。 “实际上,我们还没有一种方法可以衡量意识或情感。”

Muotri的大脑类器官可以在实验室中生存数年,但其活动在9个月后达到稳定。他说,可能有许多原因,包括缺乏血管或需要其他神经元才能继续成熟。

Muotri说,更好的大脑类器官可以在实验室中复制人的大脑,研究人员需要依靠动物模型和胎儿组织来更好地了解和治疗人类疾病的人也就越少。

他说:“我们的工作尚未取代对人类胎儿脑组织进行研究的需求,但它作为一种潜在的替代方法非常有吸引力。”



引文: 机器学习算法无法区分这些实验室迷你脑和早产儿(2019年8月29日) 2020年10月17日检索 from //xasqxhb.com/news/2019-08-machine-algorithm-distinguish-lab-mini-brains.html
本文件受版权保护。除了出于私下学习或研究目的进行的任何公平交易外, 未经书面许可,不得复制部分内容。内容仅供参考。

用户评论