自从维也纳的科学家们发现如何利用干细胞制造出微小的人类脑组织团块以来，四年间，这项技术取得了长足的进步。
这些最先进的人类脑类器官——大小不超过一颗小扁豆，而且直到现在都只存在于试管中——会像真正的大脑一样产生电活动。它们会产生新的神经元，就像完全发育成熟的大脑一样。它们还发育出人类大脑皮层的六层结构，大脑皮层是负责思考、语言、判断和其他高级认知功能的区域。
这些微型准大脑正在彻底改变人类大脑发育和疾病（从阿尔茨海默病到寨卡病毒）的研究，但对培养最真实、最发达的脑类器官的迫切追求，已使研究人员陷入了未知的伦理困境。和该领域几乎所有专家一样，宾夕法尼亚大学的神经科学家洪军宋（音译）表示，他“不认为培养皿中的类器官可以思考”，“但这是一个我们需要讨论的问题。”
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑订阅我们屡获殊荣的新闻报道以支持我们： 订阅。 通过购买订阅，您将有助于确保未来能够继续产出关于塑造当今世界的发现和想法的具有影响力的报道。
本周末之后，这些讨论将变得更加紧迫。在一次神经科学会议上，两组研究人员将报告将人类脑类器官植入实验室大鼠和小鼠的大脑中，这增加了这种有组织、功能性的人体组织在啮齿动物体内进一步发育的可能性。另外，另一个实验室向STAT证实，他们已将人类脑类器官连接到血管，这是为其提供血液供应的第一步。
如果类器官要长大，这是必要的，这可能也是它们模拟完全成熟的大脑并展示自闭症、癫痫和精神分裂症等疾病如何发展的唯一途径。但是，脑类器官的“血管化”也引发了令人不安的伦理问题，此前，该实验室暂停了相关工作，甚至没有尝试进行。
阅读更多：“培养皿中的微型大脑”比以往任何时候都更复杂。这引发了疑问
西雅图艾伦脑科学研究所所长克里斯托夫·科赫说：“我们正在进入一个全新的领域。科学发展如此迅速，伦理学跟不上。”
监管也跟不上：尽管美国国立卫生研究院暂停资助将人类干细胞植入脊椎动物早期胚胎的研究，但没有禁止植入人类类器官的禁令，而且几乎没有实验室以外的人充分了解正在发生的事情，以便呼吁成立一个委员会来研究哪些应该允许，哪些不应该允许。
在之前未报道的将人类脑类器官植入实验室啮齿动物的实验中，大多数移植的类器官存活了下来，其中一个病例至少存活了两个月，这是根据在华盛顿特区举行的神经科学学会年会上提交的两篇论文的摘要得出的结论。更值得注意的是，植入小鼠体内的人类类器官与啮齿动物的循环系统相连，这是首次报道的血管化。索尔克研究所的弗雷德·“拉斯蒂”·盖奇带领的团队（他是世界上最杰出的神经生物学家之一）表示，来自人类脑类器官的成熟神经元向“宿主小鼠大脑的多个区域”发送了轴突，轴突是神经元之间传递电信号的“导线”。
在小鼠狭小的空间里（只有人类大脑的千分之一），人类脑类器官不可能达到甚至儿童大脑的大小，这几乎肯定会限制其复杂程度。斯坦福大学的法学学者和生物伦理学家汉克·格里利说：“这些小家伙不会说‘你好’。”但他表示，快速的进展正在引发“你是否正在创造某种类似人类的东西，你必须认真对待，并给予它尊严和尊重——并弄清楚这到底意味着什么”的问题。
这些问题在17年前就出现了，当时格里利的一位斯坦福同事提议将人类干细胞植入小鼠大脑，以观察当干细胞转化为神经元时会发生什么；这个实验尚未进行。但伦理共识是，如果小鼠大脑中的人类神经元比例非常小，以至于移植不会使小鼠产生人类意识或增强智力，那么这可能是可以接受的。
盖奇发送给神经科学会议的实验摘要没有具体说明他和同事植入小鼠体内的人类脑类器官的大小；他告诉STAT，他不能谈论这项工作，因为他已将其提交给期刊。摘要也没有说明索尔克研究团队是否测试了小鼠的能力或行为的变化。黑斯廷斯中心的生物伦理学家约瑟芬·约翰斯顿说，如果人类类器官引起此类变化，将引发深刻的伦理担忧。
她说：“这提出了一些非常有趣的问题，即是什么在伦理上允许我们首先对小鼠进行研究——也就是说，它们不是人类。如果我们给它们人类的脑类器官，这对它们的智力、意识水平，甚至它们的物种身份会产生什么影响？”
在另一项计划在神经科学会议上提出的研究中（有21篇关于脑类器官的论文），宾夕法尼亚大学的神经外科医生艾萨克·陈博士领导的研究人员将人类脑类器官植入11只成年大鼠的大脑中，特别是次级视觉皮层。该结构处理视觉信号，例如，确定眼睛所看到的事物的颜色和方向。
陈在一次采访中说，2毫米的类器官存活了至少两个月，并显示出人类轴突向大鼠大脑的“广泛”生长。一些轴突生长了多达1.5毫米，与胼胝体相连，胼胝体是连接左右大脑半球的神经元束。当科学家将光照射到大鼠的眼睛上，或刺激与视觉相关的大脑区域时，植入的类器官中的神经元会放电。这表明人类脑组织已在功能上与大鼠的大脑整合。
陈希望有一天，类器官可以用于治疗脑损伤、中风，甚至精神分裂症和自闭症。科学家们长期以来一直希望使用神经元注射（本质上是细胞浆）来治疗帕金森病。
陈说：“我的兴趣在于修复大脑”，他怀疑植入已经组织化、结构化并显示电活动的组织（脑类器官）可能会效果更好。他说：“大脑是一个非常有秩序的结构。因此，具有现有结构和内在电路的植入物可能会更有效地与受损的大脑整合并修复它。”
他和他的同事讨论了将人类脑类器官植入大鼠的伦理问题，包括动物是否可能变得过于像人类。他说：“人们警告的一些事情仍然是科幻小说。目前，类器官非常粗糙，我们可能会降低”大鼠的大脑功能。
伦理学家认为，“现在不是问题”并不意味着“永远不是问题”。蒙特利尔麦吉尔大学的生物伦理学家乔纳森·金梅尔曼说，人类脑类器官植入引起的一个担忧是，“类器官功能性地整合到动物的中枢神经系统中，原则上可以改变动物的行为或需求”。 “因此，任务是仔细监测是否发生此类变化。”他补充说，如果人类的植入物赋予动物“更高的感知能力或心理能力”，那么它可能会遭受更大的痛苦。
它会感觉像一个被困在啮齿动物身体里的人类吗？因为索尔克和宾夕法尼亚大学的实验都使用了成年啮齿动物，所以它们的大脑不再发育，不像对胎儿啮齿动物大脑进行植入的情况。金梅尔曼在谈到植入成年啮齿动物大脑时说：“很难想象在这样的情况下，类似人类的认知能力（如意识）是如何出现的。”陈对此表示赞同：他说他的实验“产生具有比正常‘脑力’更强的动物的风险要小得多”，因为人类类器官进入“已发育大脑的特定区域”。
事实上，意识是否已被排除在外，是一个争论的话题。艾伦研究所的科赫说，类器官需要比今天的更先进才能体验意识，包括具有密集的神经连接、不同的层和其他神经结构。但如果这些和其他进展发生，他说，“那么这个问题就非常重要：这片大脑皮层是否感觉到了什么？”当被问及脑类器官是否可以在没有感觉器官和其他感知世界的方式的情况下获得意识时，科赫说，它会体验到与人类和其他动物不同的东西：“它提出了一个问题，它对什么有意识？”
许多研究脑类器官的科学家认为，由于这些结构没有与外部世界相连，其复杂性将永远受到限制。宾夕法尼亚大学的宋说：“这不是在培养皿中生长的大脑。我们之所以成为我们，是因为我们有经验，而脑类器官没有感觉输入。”
由于围绕脑类器官研究的竞争甚至保密，该领域的几位领导者直到STAT对此进行描述后才知道其他人取得了什么成就。例如，与宋的假设相反，据报道，另一位领先的科学家已将培养皿中的脑类器官与视网膜细胞连接起来，视网膜细胞可以感知光线，从而产生视觉。
一位与该科学家讨论过视网膜工作的学者说：“很难知道这有什么意义。类器官正在经历什么体验，我们又如何弄清楚这一点？”
另一个有望产生更大、更像大脑的类器官的步骤是将几个类器官融合在一起。今年 5 月，维也纳分子生物技术研究所的尤尔根·克诺布里奇领导的科学家们（他领导了最初创建 3D 脑类器官的研究）报告说，他们将一个模拟人类前脑顶部的类器官与一个模拟底部的类器官融合在一起，并让连接神经元从一个延伸到另一个，这是“模拟不同大脑区域之间复杂相互作用”的一大步，他和他的同事们报告说。
宋（Song）说，即使脑类器官“像乐高积木一样连接起来”，我们仍然面临“尺寸问题”：在没有血液供应的情况下，这些结构无法生长到足以模拟完全发育的大脑的程度。
阅读更多：在一个推动生物学边界的实验室里，一位嵌入式伦理学家时刻监督着科学家们
但这个障碍也可能会被突破。今年九月，哈佛医学院的乔治·丘奇（George Church）——正是他推迟了给脑类器官提供血液供应的尝试——在一个小型会议上表示，他的实验室已经实现了脑类器官的血管化。与索尔克研究所和宾夕法尼亚大学通过移植到啮齿动物大脑中实现血管化的实验不同，丘奇的类器官是在实验室培养皿中生长的。他和他的同事利用制造血管的（内皮）细胞培养了血管系统。“我们可以生成具有整合内皮组织的脑类器官，这种组织形成管状结构，我们可以诱导这些管状结构萌发”进入脑类器官生长的营养液中，丘奇实验室的遗传学家约翰·阿赫（John Aach）说。
“下一步是让液体流过这些管道，”阿赫说，将氧气和营养物质输送到类器官深处，并将这些管道连接到一个类似心脏的泵上。否则，“你无法将它们培养得很大，并且在尝试让类器官发育出更成熟的细胞类型和结构方面会受到阻碍。”丘奇的实验室“已经越来越接近这个目标，”他说，“但我们还没有最终实现。”
这很可能只是时间问题。血液流动将使脑类器官阵列更有可能存活、生长和发育。“人们正在谈论连接三到四个，”斯坦福大学的格里利（Greely）说。“但是，如果你可以连接 1000 个呢？那将接近小鼠大脑中的细胞数量，”这引发了在实验室培养皿中培育出具有认知甚至情感能力的人类大脑类器官的遥远前景。
“在未来的某个时候，”格里利说，“你所构建的东西可能会有权得到某种尊重。”明年是玛丽·雪莱的《弗兰肯斯坦》出版 200 周年纪念，他指出：“我认为这个故事与我们正在讨论的事情相关。”