Kyle Bean/The Observer
以下為朗讀小姐姐全文音頻
作者 |Gabriel A. Silva
翻譯 |傅煦然
改寫 |Kar-K
審校 |酷炫腦主創
朗讀|鴿仔
美工|老鵰蟲
編輯 |吳湘蓉
你的大腦是獨一無二的。類器官就是在培養皿中培養出的你獨一無二大腦的一個迷你模型；單獨一份皮膚細胞就能培養出上千個這樣的類器官。
“你怎麼就不能理解我呢？！”
“我又不是你肚子裡的蛔蟲，我又沒有你的腦子，我怎麼知道你在想什麼。”
相信無數情侶都經歷過以上的對話——正所謂世上沒有真正的感同身受；但大家有沒有思考過這個問題：這個世界上會不會有人和我有著相同的大腦呢？地球的另一端會有能完全理解我的“另一個我”嗎？
今天我們給你一個確切的答覆：你的大腦和其他任何人的大腦都不一樣，從這個意義上出發，世界上不會有“另一個你”——你的大腦是獨一無二的。
基因像是規劃新城區的藍圖，提前為我們每個人都設計了一個結構相似的大腦；但是基因藍圖並沒有提前限定大腦裡的神經元們相互連接的模式。反之，神經元間的連結網絡會被很多隨機的環境因素所影響：譬如，或許是因為我和你家樓下的早餐店賣的粥不一樣，導致我們看到同一份八寶粥時，我垂涎千尺，而你只覺又甜又膩。換言之，你和這個世界的交互為你帶來了一個有著獨特的學習和信息處理功能的大腦。從這個意義出發，我們每個人在生物學上都是一個獨特的個體。
《聽見她說》
這就引出了一個問題：神經科學研究的對象正正就是大腦，科學家們該怎麼處理來自不同的大腦的數據呢？為了解決這個問題，神經科學家們有時候會對來自不同個體的、龐大的數據取平均值，通過實驗設計抹除一些因大腦獨特性而產生的個體化差異，以便於比較其他更為重要的差異。
比如說，為什麼你喜歡番茄而非橄欖？為什麼這種偏頭痛藥讓你頭暈犯困，而它對你的弟弟卻沒有影響？自閉症兒童的大腦和他們的兄弟姐妹有什麼不同之處？這些不同之處會如何影響他們的行為能力？關於自閉症社群裡有一個廣為流傳的說法：如果你見到一個有自閉症的人，你只是見到了眾多自閉症患者中一個獨一無二的個體——換言之，即便是同樣患有自閉症，自閉症患者間也存在著巨大的差異性。
神經科學家可以把你當成一個整體來研究你的認知、行為功能，也可以用功能性核磁共振（fMRI）和腦電圖（EEG）來研究你某個具體的腦區；但是依舊無法通過現有的技術得知哪些神經元連結是由你的獨特基因決定的、你的整個神經連結網絡，抑或是某兩個特定的神經元之間是如何互動的——這就導致了我們無法通過解讀你的大腦來完全掌握你的學習模式和行為能力。換言之，我們尚未明確“你之所以成為你”背後的神經生物學基礎。
然而，上述的技術壁壘有可能會被一項稱為“大腦類器官”(brainorganoids)的實驗技術所改變，這類研究通常會涉及到高級數學算法和先進計算機模型。Gabriel A. Silva是加州大學聖地亞哥分校的一名生物工程及神經科學教授，他的整個職業生涯都在研究大腦是如何編程、處理信息的。他近期與同事Alysson Muotri和微軟研究員Christopher White一同撰寫了一篇解釋類器官的評論文章。
“盤”中之腦：源於人類細胞的大腦類器官
大腦類器官技術最初是由笹井芳樹和同事在2013年研發的。他們發現神經結構可以從人類幹細胞中培養出來，但培養類器官卻不需要幹細胞，也不需要任何形式的人腦細胞；正是這個獨特之處使得類器官成為大腦研究方面一個前途無量的重要模型。
大腦類器官是一個圖釘大小的3D自組織結構，由大概250萬個神經細胞組成——這聽起來像是個很大的數字，但其實和組成成年人大腦的860億個細胞相比，它不過是九牛一毛。這些神經細胞可以由各種人類幹細胞培養而成，也可以由在培養皿(“盤”)中由經過基因重組的普通細胞得來，比如皮膚纖維原細胞或者從口腔裡刮下的頰上皮細胞。這個過程使得這些去分化的初始細胞變回類似胚胎狀的幹細胞形式。接著，這些幹細胞會分化成各種神經元以及其他神經系統中的細胞。這個在培養皿中去分化與再分化的過程完全由細胞自身的基因程序主導。
而由於培養皿裡的細胞是“你”的細胞，所以上述過程完全是按照“你”獨特的基因序列所發展的。這些三維的“盤”中細胞自發地組織成解剖學意義上的器官結構，能展示出你的大腦的發育過程。這些細胞的組成與成熟的神經元及其他腦細胞相似，不過其中也包括了一些尚未成熟的細胞。簡單來說，類器官就是在培養皿中培養出的你獨一無二大腦的一個迷你模型；單獨一份皮膚細胞就能培養出上千個這樣的類器官。
(Gabriel A. Silva st al., 2020)
類器官和一個真大腦的相似之處不止存在於結構和解剖學的層面。Muotri和合作夥伴最近發現，如果培育類器官的化學環境處於最佳狀態，它們可以足夠成熟，展現出一些傳遞電信號的活動，類似一個早產兒處於發育狀態的大腦。實際上，這些大腦活動相似到一定程度，以至於我們可以創造一種算法來識別出這些活動模式，這個算法也可以算出這個類器官的“年齡”和與之匹配的早產兒發育的年齡。
然而，雖然這些試驗結果聽起來很高級，但是大腦類器官遠不能達到一個成人大腦的成熟度，它們還不能被稱為“迷你大腦”。雖然類器官可以模擬大腦發育初期的結構和一些複雜的電信號，但是其中的細胞還非常不成熟，而且還沒有相應的血管給它們供血。我們只能把它當成大腦的一個模型，它能模擬大腦的一些重要特徵，這對科學研究非常有幫助；但是和所有模型一樣，它肯定比本體更侷限、更低級。
雖然類器官並沒有自主意識，但隨著這項技術的日益發展與完善，神經科學家們開始探討與之相關的倫理問題。由於它們能從簡單的皮細胞裡培養出來，並不需要人類的胚胎幹細胞，類器官的培養實際上並不存在任何倫理問題。
連結神經科學和臨床與認知研究
人類細胞培育出的大腦類器官能展示出每個人與眾不同的大腦發育模式。正因如此，科學家有機會把生物學研究、計算機模型運用到行為、認知和針對個人的臨床研究中；這是其他的實驗模型做不到的。我們可以同時研究由某人的細胞培育來的類器官和此人的認知測試以及臨床實驗，這個方法可以把每個個體神經生物方面的獨特性和認知臨床方面不同的表現聯繫在一起。
在加州大學聖地亞哥分校，研究者們正在嘗試把這種平行研究的方法運用到一個研究大麻二酚（CBD）對自閉症影響的實驗中。他們的主要目標，是探究在這些自閉症患者提供的類器官中，神經元之間的連結網絡是否支離破碎。研究者們試圖通過患者的實驗數據重組他們類器官的神經網絡，然後用這些重組數據來計算一個我們稱為“折射率”(refraction ratio)的比值。這個比值能反映出相較於每個神經元處理信息的時間，信息在神經元之間傳遞的速度是多少。他們發現真的神經元會參照這個比值把自己調整為最佳形狀，而不匹配的折射率會導致整個神經網信息傳遞的崩潰。
我們有理由相信，在不久的將來，與大腦類器官相關的平行研究方法會被應用在更多實驗中，幫助我們在臨床實踐中找到符合個人的最佳的治療和劑量方案，追求符合個人神經生物的獨特性的更好的臨床結果。試想在未來的某一天，醫生在給你開藥之前就通過類器官實驗預測出你對某種藥物的臨床反應——你再也不用吃那些讓你頭暈犯困的偏頭痛藥了，你的醫生藉助你的大腦類器官找到了一種讓你能繼續996打工人日常的藥。
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