Organoizi cerebrali sunt modele 3D, cultivate în laborator, concepute pentru a imita creierul uman. Oamenii de știință le cresc în mod normal din celule stem, convingându-le să formeze o structură asemănătoare creierului. În ultimul deceniu, acestea au devenit din ce în ce mai sofisticate și acum se pot replica mai multe tipuri de celule cerebralecare poate comunica unul cu altul.
Acest lucru i-a determinat pe unii oameni de știință să se întrebe dacă organoizii creierului ar putea vreodată să aibă rezultate constiinta. Kenneth Kosikun neuroștiință de la Universitatea din California, Santa Barbara, a explorat recent această posibilitate într-un articol de perspectivă. Live Science a vorbit cu Kosik despre modul în care sunt fabricați organoizii creierului, cât de asemănători sunt cu creierul uman și de ce crede că conștiința organoidelor creierului nu este probabil în curând.
Legate de: În primul rând, „minicreierul” crescut din țesutul cerebral fetal
EC: Ce sunt organoizii creierului și cum le produc oamenii de știință?
Kenneth Kosik: Un organoid cerebral este fabricat din celule stem. Puteți să luați orice persoană și să le transformați, să zicem, fibroblastele pielii în celule stem și apoi să le diferențiați în neuroni. Este vorba despre celulele stem – celulele stem sunt numite „pluripotente”, deoarece pot face orice celulă din organism.
Am petrecut destul de mult timp înainte de apariția tehnologiei organoide, luând celule stem pluripotente induse de om și inducându-le într-o matrice bidimensională pentru a analiza diferențierea neuronală.
Deci asta ne duce la jumătatea drumului. Dar ne duce doar până la două dimensiuni. Și apoi marea perspectivă, care a venit de la Yoshiki Sasai în Japonia şi Madeline Lancastera fost să ia acești neuroni care începeau să se diferențieze – celule relativ devreme în dezvoltare – și să-i pun într-o picătură de ceea ce se numește Matrigel – un gel care poate fi lichid sau solid, în funcție de temperatură.
Deci celulele sunt în această picătură și apoi se întâmplă magia. În loc să crească în două dimensiuni, încep să crească în trei dimensiuni. Mă fascinează absolut faptul că atunci când biologia începe să exploreze a treia dimensiune, apare o biologie foarte nouă. Cu siguranță, în două dimensiuni, acești neuroni care creșteau puteau realiza o diversitate foarte mare de tipuri de celule, dar nu au realizat nici un fel de anatomie interesantă.
Odată ce cresc în trei dimensiuni, încep să formeze relații unul cu celălalt, tipuri de structură și anatomie, care au o asemănare foarte slabă cu creierul. Și chiar subliniez cuvântul „loose”, pentru că există oameni care folosesc o denumire greșită pentru organoizii creierului și le numesc „minicreier”. Nu sunt deloc creier. Sunt organoizi – adică ca creierul.
O întrebare care ne interesează foarte mult și sunt multe laboratoare este că, dacă organoizii sunt ca creierul, în ce măsură seamănă cu creierul și în ce măsură diferă? Și diferă mult de creier, așa că trebuie să fii foarte atent la interpretările organoidelor. Nu toată lumea crede că organoizii vor fi informative pentru neuroștiință, deoarece ceea ce găsim într-un organoid poate fi o suprainterpretare. Dar, pe de altă parte, [it] formează o structură tridimensională care are un anumit grad de laminare [formation of layers of cells within tissue]are aceste rozete în care, din centrul rozetei, puteți vedea progresiv celulele devenind mai mature pe măsură ce dezvoltarea progresează, ceea ce este foarte asemănător cu ceea ce se întâmplă în creier.
EC: Există încă organoizi cerebrali care captează cu exactitate întregul creier?
KK: Nu există organoid care să captureze întregul creier. Există abordări care încearcă să capteze mai mult din creier decât, să zicem, doar singura parte la care probabil lucrăm noi și alte laboratoare. Acestea se numesc „asambloizi”. [Scientists] luați celule stem și diferențiați-le pe o cale care poate face un pic mai ventral [front part of the] creier, sau puțin mai dorsal [back part of the] creierul și le pun împreună, le contopesc, astfel încât să obțineți o fuziune mai cuprinzătoare – o reprezentare mai largă, ar trebui să spun, a anatomiei creierului.
Există și alte moduri de a face organoizi care sunt puțin mai nediscriminatori. Ele nu direcționează celulele stem spre dorsal și ventral, le pun pe toate împreună. Asta e multe din ceea ce facem. Acestea au fost tehnicile care au fost create de Lancaster. Și în acest caz, părerea mea este că atunci când o faci așa, obții o reprezentare mai largă a tipurilor de celule. Asta câștigi, dar sacrifici acuratețea anatomică pentru că atunci când faci un ansamblu, anatomia nu este grozavă. Dar atunci când o faci fără a face diferențiere către dorsal și ventral și le pui toate cap la cap, anatomia devine și mai problematică.
EC: După cum ați făcut aluzie, acești organoizi sunt similari cu creierul uman, dar există câteva diferențe fiziologice cheie. Le poți explica?
KK: Așadar, o asemănare imediată este că observați o mulțime de creșteri.
(Nota editorului: Kosik se referă la faptul că, atunci când un organoid este conectat la electrozi, acest lucru declanșează vârfuri electrice, sau semnale, transmise între neuroni.)
Este destul de remarcabil, iar la baza acesteia se află noțiunea, care este probabil ceea ce mă intrigă cel mai mult, că toată această activitate este spontană: ea apare doar pe baza asamblarii neuronilor.
Și acum ne putem uita la relațiile acelor vârfuri. Când faci asta, poți pune întrebarea, ei bine, dacă văd neuronul A declanșându-se, care este probabilitatea să văd neuronul B declanșându-se? Mă voi uita la relațiile binare dintre toate și o fac cu filtrul pe care atunci când neuronul A se declanșează, mă voi uita doar când un alt neuron se declanșează în 5 milisecunde. De ce 5 milisecunde? Pentru că acesta este timpul în care este nevoie pentru ca transmiterea să aibă loc în sinapsă. (Nota editorului: O sinapsa este decalajul dintre doi neuroni.)
Și când facem asta, puteți vedea că formează o rețea. Conectezi A și B, apoi conectezi C și D și apoi A și C. Puteți vedea că neuronii vorbesc între ei și acest lucru apare spontan.
Acesta este un exemplu al modului în care un organoid face ceva care se va asemăna spontan cu ceea ce se întâmplă în creier.
În felul în care privesc un organoid, este un vehicul care are capacitatea de a codifica experiența și informațiile dacă această experiență ar fi disponibilă pentru el – dar nu este. Nu are ochi, urechi, nas sau gură – nu vine nimic. Dar ideea aici este că organoidul poate stabili organizarea spontană a neuronilor săi, astfel încât să aibă capacitatea de a codifica informații, când și dacă devin disponibile. Asta e doar o ipoteză.
EC: Crezi că organoizii creierului vor atinge vreodată conștiința?
KK: Deci acolo lucrurile devin puțin misterioase. Cred că astfel de întrebări sunt bazate pe acest termen pe care oamenii au foarte greu să-l definească: conștiință.
[Based on currently fashionable theories of consciousness] Aș spune: „Nu, nici măcar nu se apropie”.
Legate de: Mini model de creier embrionar uman și măduva spinării crescute în laborator
EC: Ați vorbit despre faptul că organoizii au demonstrat o oarecare capacitate de a codifica informații, dar nu au experiența necesară pentru a face acest lucru în primul rând. Ce s-ar întâmpla dacă, ipotetic, un organoid al creierului uman ar fi transplantat într-un animal? Ar putea atunci să dobândească conștiința?
KK: Să descompunem asta. Înainte de a fi transplantat într-un animal, unii oameni ar spune că animalul are deja conștiință și unii ar spune [it does] nu. Deci, imediat, intrăm în această dificultate despre unde în regnul animal începe conștiința? Așadar, să reformulam întrebarea. Dacă apoi ați lua un animal, care poate avea sau nu un anumit grad de conștiință și ați transplanta într-un organoid uman, ați conferi conștiință acelui animal sau ați spori conștiința sau chiar ați obține ceva care seamănă cu conștiința umană în animalul? Nu știu răspunsul la niciuna dintre aceste întrebări.
Putem face acești hibrizi acum – deci este o întrebare bună. Dar evaluarea conștiinței acum, din cauza tuturor problemelor legate de ce este conștiința, va fi încă o întrebare deschisă.
Legate de: Ar putea mini-organele crescute în spațiu să fie „luna noastră canceroasă”?
EC: Avem o idee despre intervale de timp aproximative — este conștiința ceva care s-ar putea întâmpla în viitorul apropiat, după, să zicem, un anumit număr de ani, sau este încă nesigur în acest moment?
KK: Tehnologia se mișcă foarte repede. Un loc în care putem începe să împingem granița este așa-numitul cyborgi, sau interfețe organoide. Aceasta ar fi o direcție care ar putea fi interesantă. Poate un pic spre conștiință, dar cu atât mai mult spre dezvoltarea implementării abilităților umane într-unul dintre aceste sisteme sintetice.
EC: Vă puteți gândi la beneficii și dezavantaje evidente ale acestor organoizi care pot atinge conștiința?
KK: Știm atât de puține despre afecțiunile neuropsihiatrice. Medicamentele neuropsihiatrice sunt dezvoltate fără a înțelege vreo fiziologie profundă. Toate acestea s-ar putea face, cred, cu organoizi. Cred că, ca modele de boală, ar putea fi foarte, foarte util [for them to achieve consciousness].
Starea de vis pe care o am este să le dezvolt ca sisteme de calcul, deoarece, în acest moment, pentru a face tipurile de calcule foarte costisitoare care sunt necesare pentru ChatGPT și multe dintre aceste modele mari de limbaj, acestea necesită sute de milioane de dolari pentru a se dezvolta. Au nevoie de o fermă de servere de energie pentru a le menține. Pur și simplu rămânem fără putere computerului. Cu toate acestea, creierul face multe din aceste lucruri cu 20 de wați. Așadar, un mare interes pentru mine este: „Pot organele, dacă nu se rezolvă, să contribuie la cerințele uriașe pe care le facem sistemului energetic, exploatând modul extrem de eficient în care creierul și, probabil, organoidul, se poate descurca. informație?”
Nota editorului: Acest interviu a fost editat și condensat.