在人类已知的认知领域中，人类的大脑是宇宙中最复杂的结构之一。

人的中枢神经系统构造最为复杂，特别是大脑半球的皮层获得高度的发展，成为神经系统最重要和高级的部分，保证了机体各器官的协调运动，以及机体与外界环境的协调。

但是，对于如此重要的一个生命器官，我们人类却知之甚少。

2013年9月，奥地利科学家Knoblich JA.领导的研究团队在《自然》杂志撰文称，他们利用干细胞成功在体外培育出首个人“迷你大脑”，这种在培养液中培育出的神经组织团最终生长成与第九周胎儿的大脑相似的结构。

培养皿中的迷你大脑

确切地说，研究人员培育出的“迷你大脑”只能算作是一种“类脑器官”。

这是人类第一次尝试在实验室条件下重现大脑这一最为复杂器官的产生过程。借助于这种只有豌豆大小的类器官，科学家能够解答与大脑发育以及最初发育阶段出现的紊乱有关的一系列重大问题。

在此之前，研究人员已经利用人类干细胞培育出了类似人眼的结构，甚至还培养出了类似大脑皮层的神经组织。

这 一次，科研人员先利用人胚胎干细胞和诱导多能干细胞培育出神经干细胞，在将其培育成胚胎的外胚层后，研究人员将这种外胚层组织放置到一种特制的微小凝胶滴 上使其生长，然后转移至旋转生物反应器中继续培养。几个星期后，研究人员在培养瓶里发现了深色的色素细胞，这些细胞看起来和眼组织早期发育时的情况一样。 而且，这种类器官脑组织结构已经发育出了可辨认的前脑、中脑和后脑等胎儿大脑的典型结构。科研人员还发现了外脑室下区，这种脑组织结构只有人类大脑才有， 而小鼠大脑是没有的。

但是，“迷你大脑”的整个结构并不像一个大脑。显微镜下，这种类脑组织虽然可以辨识出彼此相互作用而又离散的大脑区域，但是没有任何成熟的生理结构。“迷你大脑”缺少9周大人类胚胎大脑的一些确定特征，例如与运动有关的小脑。此外，在这种类似大脑的结构中，研究人员也没有发现对记忆至关重要的海马状突起。

在体外培养条件下，迷你大脑最多存活了10个月。在2月时达到了最大尺寸，大约4mm左右。之所以不能再长大，研究人员分析称，体外培养的迷你大脑组织缺乏血管组织，营养和氧气不能到达培养大脑的中央。此外，缺乏诱导大脑成熟的生长信号，也是迷你大脑结构不完整和无法继续生长的原因之一。

研究人员还发现，从小头畸形患者的皮肤获取的干细胞培养形成的细胞团块不如来源于健康人的皮肤干细胞培养形成的细胞团块大。通过对该线索进行追踪，研究人员发现小头畸形患者皮肤干细胞培育成的细胞团中，神经干细胞过早分化，导致正常大脑生长所需的祖细胞数量大大减少。

意义深远

“迷你大脑”的培育标志着科学家首次成功以“三维”形式复制出了人脑组织的形成过程。

《Nature Methods》、《Cell》、《NatureReviews Neuroscience 》、《Cell Stem Cell》、《Science》等知名杂志均在第一时间为Lancaster, M.A.的研究论文配发了评论，对这一开创性研究给予了高度评价。

“迷你大脑”可能会改变人们对神经系统疾病发病机制的认识，该模型可用于多种神经系统疾病的相关研究，特别是对于神经系统的少见病和罕见病的研究意义重大。

路透社报道称，“迷你大脑”有助于更好地了解人类大脑发育的过程，也有助于确定精神分裂症等疾病的发病机制。

旧金山加州大学的神经生物学家Arnold Kriegstein认为，该研究结果是之前关于小头畸形发育理论的一个力证。

加州大学的神经生物学家Clive Svendsen 表示，在培养皿中用干细胞培养出大脑是一项开创性的研究，虽然要培养出功能成熟的大脑可能还需要几年时间，但是该研究培养出的豌豆大小的神经丛对研究人类神经系统疾病是非常有意义的。

英国帝国理工学院临床神经科学教授保罗•马修斯说，“迷你大脑”有望成为“了解大脑发育障碍原因的全新工具，也可用于试验可能的治疗方法”。

英国约翰•拉德克利夫医院神经科医生扎米勒•卡德尔说，“迷你大脑”的培养成功令人兴奋，能协助人类了解大脑发育、研究疾病成因和研发新药。

尽管此次培育出来的迷你大脑只有豌豆大小，但该研究的首席科学家Knoblich JA.认为，“迷你大脑”的大小无关紧要，培养“迷你大脑”的目的不是制造完整的人脑，而是分析人类大脑组织的发育过程，创造可用于研究一些疾病发病机制的生物模型。

更为重要的是，利用诱导多能干细胞培育“迷你大脑”没有任何伦理问题。

应用前景

人类大脑的形成始于一些结构相对简单的组织，却能迅速发育成自然界已知最为复杂的结构之一，其中的具体过程对科学界而言仍属未知。就人工培养真正人脑的前景，科研人员坦承仍前路漫漫。

面对脑科学界的这个最新突破，不少人认为，培育“迷你大脑”，然后取代患者受损部位脑组织不再是遥远的事。而Knoblich JA.对此却并不乐观：大脑是一个异常复杂的器官，各区域之间联系非常紧密，因此很难通过置换的方式修复任何特定部位。相比之下，一种更可行的方式是，直接将干细胞植入患者大脑，让它们自行修复。但即便这能行得通，植入干细胞的不确定性生长也是一个巨大的风险。

在欧洲，脑科学研究之所以一直“高烧不退”，是因为欧洲约三分之一的人口会患上与脑有关的疾病。随着社会老龄化程度加深，这一数字还将上升。未来十年，欧盟将投入10亿欧元支持人脑工程项目。与美国奥巴马政府的“脑计划”不同，欧盟的人脑工程更强调实用性，主要针对脑结构、功能和机理进行研究，利用信息技术建立大脑的工作模型，为治疗大脑疾病提供新的诊治方案。

人类大脑的复杂程度远超出我们的想象，即使在科技日新月异的今天，人类对大脑的认识仍然有许多未知领域。人类距离制造出真正的大脑仍有漫漫长路，但可以肯定的是，科学家让我们实现远离精神分裂症、孤独症、抑郁症等影响全球数以百万计人的疾病的梦想，又向前迈了一步。

(作者：刘荣军、白蕊)

参考文献：《Cell Stem Cell》2013;13:377-378