植入动物的人脑类器官首现视觉刺激反应

科技日报实习记者 张佳欣

据近日出版的《自然·通讯》杂志，一个由工程师和神经科学家组成的团队首次证明，植入小鼠体内的人脑类器官与动物的皮层建立了功能连接，并对外部感官刺激作出反应。植入的类器官对视觉刺激的反应方式与周围组织相同，由于结合了透明石墨烯微电极阵列和双光子成像的创新实验装置，研究人员能够在几个月内对其进行实时观察。

研究人员开发了将透明石墨烯制成的微电极阵列与双光子成像相结合的实验，双光子成像是一种可以为厚度达一毫米的活组织成像的显微技术。图片来源：大卫·贝洛特/加州大学圣地亚哥分校

此前，还没有研究能够证明，植入小鼠大脑皮层的人脑类器官能够共享相同的功能特性，并以相同的方式对刺激作出反应。这是因为用于记录大脑功能的技术是有限的，仅持续几毫秒的活动通常都难以记录。

美国加州大学圣地亚哥分校电气和计算机工程系教员杜伊古·库祖姆领导的研究团队此次开发了将透明石墨烯制成的微电极阵列与双光子成像相结合的实验技术，解决了这个问题。双光子成像是一种可对厚度达一毫米的活组织成像的显微技术。

加州大学圣地亚哥分校的博士生麦迪逊·威尔逊是这项研究的第一作者，研究表明，将人脑有机化合物植入老鼠体内，已经建立了与动物皮质的功能连接，并对外部感官刺激做出反应。图片来源：大卫·贝洛特/加州大学圣地亚哥分校

通过在移植的类器官上放置一组透明石墨烯电极，研究人员能够实时记录植入的类器官和周围宿主皮层的神经活动。使用双光子成像，他们还观察到小鼠血管长入人脑类器官，为植入物提供必要的营养和氧气。

研究人员将一种光学白光LED作为视觉刺激应用于植入人脑类器官的小鼠，同时这些小鼠处于双光子显微镜下。他们观察到类器官上方电极通道中的电活动，表明类器官对刺激的反应方式与周围组织相同。电活动通过功能连接从植入类器官区域中最接近视觉皮层的区域传播。

研究人员希望，新研究装置将成为一个独特的平台，全面评估类器官作为大脑发育和疾病模型的作用，并研究它们作为神经假体恢复丢失、退化或受损大脑区域功能的效果。