Laboratorijoje išaugintose smegenyse užfiksuoti žmonėms būdingi impulsai

Šie tyrimai gali padėti geriau suprasti neurologinius sutrikimus ir atsakyti į itin svarbius klausimus apie smegenų pilkosios medžiagos vystymąsi.

Nėra aišku, ar šios žirnio dydžio smegenys yra sąmoningos. Už šį proveržį atsakinga tyrėjų grupė laikosi nuomonės, kad atsakymas į šį klausimą yra neigiamas, mat stebima smegenų elektrinė veikla panaši į būdingą neišnešiotiems kūdikiams.

Vis dėlto patikimo atsakymo tyrėjai negali pateikti, todėl kyla abejonių, ar tokie tyrimai yra etiški.

Vadinamieji „cerebriniai organoidai“, susiformavę iš suaugusiųjų kamieninių ląstelių, yra tyrinėjami jau maždaug dešimtmetį, bet anksčiau nebuvo žinoma atvejų, kad juose susiformuotų veikiantys neuroniniai tinklai.

„Jeigu manęs prieš penkerius metus būtumėte paklausę, ar manau, kad smegenų organoide kada nors susidarys pažangus tinklas, gebantis generuoti smegenų osciliaciją – būčiau atsakę „ne“, – naujienų agentūrai AFP sakė Kalifornijos universiteto San Diege biologas Alyssonas Muotri (Elisonas Muotris).

Žurnale „Cell Press“ paskelbtame A. Muotri ir jo bendradarbių straipsnyje sakoma, kad šį proveržį lėmė du veiksniai. Pirmasis jų – geresnės procedūros kamieninėms ląstelėms auginti, įskaitant optimizuotos sudėties terpę ląstelių pasėliams.

Antrasis faktorius iš pradžių atrodė keistas, bet taip pat intuityvus: tiesiog suteikti laiko neuronams vystytis, panašiai kaip vystosi įsčiose bręstančio vaisiaus smegenys.

„Ankstyviausios žmonių nervinės sistemos vystymosi stadijos yra užkoduotos mūsų genome“, – aiškino A. Muotri.

Tyrėjų grupė maždaug prieš du mėnesius pastebėjo, kad jų auginamuose cerebriniuose organoiduose pradeda reikštis smegenų bangos.

Šis pradžių šie signalai pasireikšdavo retai ir būdavo visuomet to paties dažnio. Tokia elektrinė veikla būdinga labai menkai subrendusioms žmogaus smegenims.

Tačiau organoidams augant pradėta fiksuoti skirtingų dažnių bangų, o signalai atrodė tampantys reguliaresni, todėl buvo galima daryti išvadą, kad jų neuroniniai tinklai toliau vystosi.

Vėliau tyrėjai palygino savo auginamų smegenų bangų ypatumus su žmonių smegenų veikla ankstyvuoju raidos etapu. Tam buvo panaudotas savaiminio mokymosi algoritmas ir duomenys, surinkti tiriant 39 neišnešiotų kūdikių smegenų aktyvumą.

Ši programa sėkmingai nuspėjo, kiek savaičių vystėsi mokslininkų tiriami organoidai, todėl keliama prielaida, jog jų raidos pobūdis yra panašus į smegenų, bręstančių natūralioje aplinkoje.

Klausimas, kada naujagimiai tampa sąmoningi, taip pat pats sąmonės apibrėžimas tebėra mokslininkų debatų tema.

2013 metais buvo paskelbtas straipsnis apie vieną Prancūzijoje atliktą tyrimą. Kūdikių smegenų aktyvumą tyrę mokslininkai padarė išvadą, kad mažyliai maždaug nuo penkių mėnesių amžiaus pradeda galvoti apie jiems rodomus veidų atvaizdus. Atrodo, kad maždaug nuo šio amžiaus vaizdiniai pradeda išlikti kūdikių laikinoje „darbinėje atmintyje“. Šį gebėjimą tyrėjai laiko jutiminės sąmonės požymiu.

Pritaikymas ir etika

Anksčiau menkiau išsivystę organoidai buvo naudojami modeliuoti, kas nutinka smegenims, kai jos paveikiamos patogenų, tokių kaip Zikos virusas, galintis sukelti apsigimimus.

Smegenų neuronų tinklų pakitimai taip pat lemia virtinę neurologinių sutrikimų, tokių kaip autizmas, epilepsija ir net psichiatriniai sutrikimai, nors smegenys tokiais atvejais gali atrodyti normaliai fiziškai išsivysčiusios.

Augindami cerebrinius organoidus iš žmonių, sergančių šiomis ligomis, kamieninių ląstelių mokslininkai gali geriau modeliuoti šiuos sutrikimus ir galbūt kada nors rasti būdų juos išgydyti.

Be to, tyrėjai ieško atsakymų į kai kuriuos bendro pobūdžio klausimus. A. Muotri sakė, kad organoidų vystymasis po 9–10 mėnesių sustoja dėl kol kas neaiškių priežasčių.

„Man tai įdomu. Keliu klausimą, ar taip nutinka, kad neturime kraujagyslių sistemos, leidžiančios giliau pernešti maistingąsias medžiagas, ar tiesiog todėl, kad nevykdome stimuliacijos“ jutiminės informacijos pavidalu, pridūrė mokslininkas.

Jis išreiškė viltį, kad pavyks patikrinti abi hipotezes.

Atsakydamas į klausimą, ar smegenų organoidai gali būti sąmoningi, A. Muotri sakė manąs, kad sąmonė jiems nebūdinga, nes šių darinių raidos stadija yra pernelyg ankstyva.

„Tačiau jeigu manęs paklaustumėte, iš kur tai žinau, turėčiau pasakyti, kad neturiu įrodymų jokiam atsakymui, nes vis dar nežinome, kaip aptikti sąmonę kitose sistemose“, – pridūrė jis.

„Kadangi toliau artėjame prie žmogiškų smegenų, kils įvairių klausimų dėl etikos“, – pripažino A. Muotri. Pasak jo, turėtų būti susitarta dėl šio pobūdžio tyrimų ribojimų ir priežiūros.