类器官研究揭示大脑天生预置“操作系统”

来源：科技日报

科技日报北京11月30日电 （记者张梦然）包括美国加州大学圣克鲁兹分校、操作系统约翰斯·霍普金斯大学以及德国、类器瑞士多家机构联合团队，官研福州市某某过滤设备厂借助名为类器官的究揭微型人脑组织模型，揭示了大脑天生预置“操作系统”。示大生预发表在《自然·神经科学》上的脑天最新研究颠覆了传统认知，表明大脑最早的操作系统神经元放电是以结构化模式进行的，且完全不依赖任何外部体验。类器这一发现暗示，官研大脑在人出生前就已预设了如何与世界互动的究揭基本“指令”。

人类长久以来一直在思索：思维究竟是示大生预何时开始形成的？大脑是天生就已配置好，还是脑天思维模式仅随着对周围世界的感官体验而逐渐形成？大脑的运作方式类似于计算机，依赖神经元的操作系统福州市某某过滤设备厂电信号“放电”来进行信息传递。然而，类器这些信号何时开始产生一直难以深入研究，官研因为早期发育中的人脑被保护在母体的子宫内，无法直接观测。

在这项研究中，团队引导干细胞发育成脑组织，然后使用类似计算机芯片的专用微电极阵列来记录其电活动。在观察脑组织从干细胞自我组装成能够处理感官信息，并最终产生语言和意识思维的复杂结构的过程中发现，在发育的最初几个月内，远在人脑能够接收和处理视觉、听觉等复杂外部感官信息之前，其内部细胞就已经开始自发地发出具有特定模式的电信号。这些信号的模式，与处理感官信息时所表现出的特征模式惊人地相似。

团队在观察类器官中单个神经元的放电活动时发现，即使没有接收任何来自外部世界的感官输入，神经元网络也能够自发地产生复杂且具有时间序列特征的放电活动。这强烈暗示了活体大脑的神经结构中，存在着一种固有的、由基因编码决定的发育蓝图。

了解类器官能够自发地产生活体大脑的基本神经结构，为更好地理解人类神经发育、神经系统疾病以及环境毒素对大脑的影响开辟了多种可能性。这些模型具备捕捉复杂神经动力学的基础能力，而这些动力学很可能与某些发病机制密切相关。未来，团队将在临床前层面探索开发新的化合物、药物疗法或基因编辑工具。

【总编辑圈点】

种子还深埋于土壤中时，就具备破土而出的“潜力”。这不是种子后天“学会”的，而是生命进化写入基因的底层程序。同理，人脑在发育之初，神经元就可以自发地发出复杂的电信号，与世界进行初步互动，为后续处理更复杂的外部感官信号做准备，这也是人类基因的底层编码决定的。也就是说，新生婴儿的大脑并非白纸一张，而是带着基因为人脑预设的“出厂设置”。这一发现，有助于科学家更好地理解人脑发育机制，并有望为利用基因编辑等手段治疗先天性神经疾病提供启发。