紧迫的伦理问题是,脑类器官是否有可能有一天感受到疼痛或产生意识——以及我们如何才能知道?
大约十年前,脑类器官问世时,还只是科学界的新鲜事物。这些由干细胞培育而成的豌豆大小的脑组织团块,模拟了人脑的某些部分,为研究人员提供了一个三维模型进行研究,而不是像以往那样,只能在培养皿中观察扁平的神经元层。
科学家们立即意识到它们很特别。这些微型大脑发育出了几乎所有类型的人类脑细胞,包括会产生电活动的神经元,这使得它们成为观察和研究人类大脑的绝佳工具——而无需使用大脑本身。
随着技术的进步和脑类器官的成熟,研究人员诱导它们生长出具有血管的结构层,大致模拟大脑皮层——大脑中负责推理、工作记忆和其他高级认知任务的区域。与此同时,研究人员也开发出了大脑其他区域的类器官。
利用人体皮肤细胞可以培育出微型大脑,并忠实地携带可能导致神经发育障碍( 例如自闭症)的基因突变。这些实验室培育的细胞团块还能提供近乎无限的可移植神经组织来源,理论上可以帮助中风或其他创伤事件后的大脑修复。早期研究表明, 移植到啮齿动物大脑中的类器官能够与原有脑细胞形成神经连接。
最近, 合成人将微型大脑与其他组织(例如肌肉或血管)结合起来。这些类似弗兰肯斯坦式的组装体展现了大脑如何控制身体机能,以及这些连接何时出现故障。
随着脑类器官变得越来越复杂,人们对其使用的伦理担忧也日益加剧。毕竟,它们由神经组织构成,而神经组织是我们大脑中记忆、情感、感觉和意识的基础。
需要明确的是,目前没有任何证据表明脑类器官能够思考或感受。它们绝非装在罐子里的“大脑”。但科学家们不能忽视它们最终可能发展出某种“感觉”(例如疼痛)的可能性,以及如果它们真的发展出这种感觉,会对它们的发育产生怎样的影响。
衰老类器官
哈佛大学的宝拉·阿洛塔(Paula Arlotta)是对此感到担忧的专家之一。作为该领域的专家,她的团队已经开发出能够让脑类器官存活长达七年的方法。每个比豌豆还小的脑组织块都富含多达两百万个神经元和其他人类脑细胞。
多年来对这些微型大脑的研究,让我们得以以前所未有的视角了解人类大脑的发育过程。我们的大脑需要近二十年才能成熟,与其他动物相比,这是一个异常漫长的过程。Arlotta及其同事在最近发表的一篇预印本论文中报告称,随着研究团队的类器官逐渐成熟,它们的神经连接和基因表达也发生了缓慢的变化。
在较老的类器官中,祖细胞——这些年轻的细胞可以分化成不同类型的脑细胞——会迅速决定它们最终会变成哪种类型的脑细胞。但在较年轻的类器官中,同样的细胞则需要时间来做出决定。随着这些团块在惊人的五年时间里不断生长,它们的神经元在形状、功能和连接方面都逐渐成熟,类似于幼儿园小朋友的神经元。
这些能够长期存活的类器官或许能够揭示大脑发育的奥秘。一些研究正在追踪不同细胞类型的起源以及它们如何分布于大脑中。另一些研究则利用自闭症患者或患有致命遗传性脑部疾病的患者的大脑组织构建类器官,以测试治疗方法。
人们对此感到无比兴奋。但与此同时,阿洛塔和其他专家最近撰写了一篇文章,力主成立一个全球监管委员会来指导这个新兴领域的发展。
思想的碰撞
科学家虽然始终将伦理道德放在首位,但他们的动力也来自于科学发现和寻找新的治疗方法。许多前景广阔的研究也引发了关于数据来源或知情同意的伦理担忧。以2018年臭名昭著的CRISPR婴儿丑闻为例。一位中国科学家非法且永久性地修改了胚胎中的基因,而随后出生的、携带这些DNA编辑的孩子对此却毫无发言权。
脑类器官带来了不同的挑战。随着它们变得越来越复杂,能够模拟大脑的细胞和结构组成,它们会不会开始感受到疼痛? 如果应用于生物计算机,它们会不会展现出智能的迹象?将人类的微型大脑植入动物体内是否符合伦理?实验表明,这些微型大脑会与宿主大脑融合,模糊人与动物之间的界限。那么,将实验室培育的脑组织植入人体又会如何呢?
今年11月,包括阿洛塔在内的专家、伦理学家和患者权益倡导者齐聚一堂,参加了由斯坦福大学法学教授亨利·格里利(Henry Greely)联合组织的会议。格里利教授专攻生物伦理学。此次会议并非旨在制定关于脑类器官的全面指导方针。但伦理问题贯穿了整个会议,研究人员在会上展示了该领域的最新成果,并探讨了未来的发展方向。
尤其引人注目的是斯坦福大学的塞尔吉乌·帕斯卡(Sergiu Pasca),他是本次会议的联合组织者之一。今年早些时候,他的团队将四个类器官连接成一条神经“疼痛通路”。该模型结合了感觉神经元、脊髓和皮层类器官,以及大脑中负责处理疼痛的部分。
科学家们将辣椒中那种能使舌头灼热的化学物质涂抹在人造组织的感觉面上。结果产生了同步的神经活动波,表明这种人造组织已经检测到了刺激并传递了信息。
这并非意味着它能感受到疼痛。感知疼痛只是其中的一部分。触发这种不适感需要第二条神经通路,而这些组装体恰恰缺乏这条通路。但这项实验以及其他一些实验都强调了监管的必要性。会议上提出的一个想法是创建一个类似于国际干细胞研究学会的全球性组织。
该委员会将追踪该领域的进展,并提供监督,以平衡科学价值和患者需求。会议期间,患者及其家属表达了希望,认为微型大脑有望带来新的疗法,尤其对那些患有罕见遗传疾病或严重自闭症的患者而言。
帕斯卡或许很快就能兑现这一承诺。他的团队正致力于研究蒂莫西综合征,这是一种罕见的遗传性疾病,会导致自闭症、癫痫,并常常引发致命的心脏病发作。去年,他们研发出一种基因改变分子,该分子在模拟该疾病的脑类器官中显示出疗效。这种疗法在啮齿动物模型中也有效,该团队计划明年提交临床试验申请。
为脑类器官研究划定界限需要全球合作。“我们需要持续的国际进程来监测和指导这个快速发展的领域,”阿洛塔、帕斯卡等人写道。虽然目前尚未达成任何普遍共识,但关于伦理的对话,包括与公众的讨论和互动,应该能够指导这个新兴领域的发展。
这篇文章《五岁儿童的大脑现在可以模仿幼儿园儿童的神经连接。是时候讨论伦理问题了》最初发表于SingularityHub 网站。