인간이 인간의 뇌를 만들수 있다면 엄청난 생명체의 변화가 일어난다. 원하는 아이의 두뇌를 만들수가 있다면 수명연장에서는 고령화인구의 뇌를 대체할 수 있는 기회가 될 수 있고 이로인해 모든 신체의 역할이 젊어질 수 있게된다. 뇌를 만들수 있다면 거대한 신산업이 부상하게되며 수명의 연장이 아니라, 죽음의 죽음을 이야기 할 수 있다. 뇌가 늙어가면서 질병들이 발생하는데, 뇌를 자꾸 새롭게 만들어 버리면 되는 것이다.

뉴런은 집단적 무리이다. 각 뉴런이 개별적으로 정보를 수신, 처리 및 전달하지만, 전기 스파이크는 진동하는 활동의 파도에 함께 녹일 때만 의미가 있다. 오케스트라처럼 노트는 각 뉴런 물질에서 연주되었다. 그러나 특정 방식으로 동기화 할 때만 단일 음표가 사고, 기억 및 행동의 음악으로 변환된다.

과학자들은 동물을 연구함으로써 아주 어린 뇌, 즉 여전히 자궁에 있는 뇌조차도 성숙함에 따라 점차적으로 신경 진동을 생성한다는 것을 알고 있었다. 이 동시성을 방해하는 유전자 돌연변이는 멜로디를 약화시켜 자폐증, 간질 또는 정신 분열증을 포함한 신경 발달 문제를 일으킨다. 그러나 이러한 아이디어는 발달 된 인간 태아의 뇌를 모니터링 하는 것이 불가능하기 때문에 교육받은 추측으로 남아 있다.

 

입증 된 대안이 있다면?

이번 주에 UCSD Harvard의 협력은 대안과 과학적으로 획기적인 문제와 완전히 문제가 있는 것 사이에 그 의미가 널리 퍼져 있음을 발견했다. 그들의 해결책은 미니 브레인, 배아 줄기 세포에서 자란 완두콩 크기의 오르가노이드 또는 피부와 iPSC라고하는 다른 성숙한 세포에서 변형 된 줄기 세포이다. 뇌 오가 노이드는 발달 궤적에서 인간 태아의 뇌를 모방하지만, 우리가 알 수 있는 한, 그들은 의식이나 사고가 아니다.

 

문제? 연구팀은 처음으로 미니 뇌가 성숙함에 따라 고도로 동기화 된 신경 진동을 발생 시킨다는 것을 보여주었다. 그들은 임의의 활동 물결이 아니다. 이 팀은 기계 학습을 사용하여 이러한 활동 패턴을 24 세 미만의 미숙아에서 측정 한 것과 비교했다. 하나는 미니 뇌와 직접, 다른 하나는 EEG를 사용한 두피를 통해 측정이 다르더라도 시간이 지남에 따라 네트워크 전기 활동이 나타나는 방식에 놀랍도록 유사했다.

 

연구팀은 이러한 오가노이드가 태아의 뇌 조직에 대한 연구를 대체 할 수 있기를 희망하며, 이는 훨씬 윤리적으로 논란의 여지가 있다. 브래들리 보이텍 (Bradley Voytek) 박사와 함께 연구를 진행 한 앨리슨 무오트리 (Alysson Muotri) 박사는 실험실에서 미니 뇌가 우리 자신을 모의 실험할수록 뇌에서 가장 당혹스러운 장애를 해결하기 위해 동물 모델에 의존 할 필요가 줄어들 것이라고 말했다.

 

의식 고양?

실수하지 말라. 팀은 접시에서 인간의 두뇌를 키우지 않았다.

 

미니 뇌는 뇌의 가장 바깥 쪽 영역인 피질과 비슷하지만 태아 후기에도 평균적인 인간 두뇌보다 몇 배 더 작다. Muotri아기 조차도 기능적으로 완전한 피질과는 거리가 멀다.

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그럼에도 불구하고 Cell Stem Cell에 발표 된 새로운 연구는 사람들에게 일시 중지를 시작해야 한다. 미니 뇌가 신경 발달 연구자들의 마음을 사로 잡은 이유는 인간 태아의 뇌와 유사하기 때문이다.

 

이러한 오가 노이드를 요리하는 많은 요리법이 있지만, 대부분 피부 세포를 줄기 세포로 다시 변형시켜 접시에서 자라게 하고, 회전하는 생물 반응기 내에서 작은 세포질 공을 성숙시키는 것을 포함한다. 과학자들은 미니 뇌가 성장할 수 있는 혈관이 부족하기 때문에 이 연구에서와 같이 9 개월이 상당히 합리적일 수 있는 정도를 점점 더 밀고 있다. 내부 혈액 공급이 없으면 내부 코어가 결국 시들어 죽어 미니 뇌를 내부에서 밖으로 파괴한다.

 

그들의 한계에도 불구하고, 수백 개의 연구는 미니 뇌가 유전자 프로파일과 세포 구성에서 2 기 태아 뇌와 유사하다는 것을 종합적으로 보여준다. 대뇌 피질을 모방하기 위해 만들어진 특정 유형인 대뇌 오가 노이드는 심지어 우리 자신의 두뇌에서 볼 수 있는 적층 된 다층 구조를 개발하기 시작한다. 미니 뇌의 뉴런은 기능적인 시냅스를 형성하여 하나의 다른 다운 스트림 파트너를 활성화시킨다. 일부는 빛에 노출되었을 때 활동으로 불꽃을 일으켜 기초 망막을 모방한다.

 

그러나 지금까지 미니 뇌 내부의 윙윙 거리는 전기 활동이 정보를 전달한다는 것은 아무도 확실하게 입증하지 못했다. 이는 이해가 되지 않는 임의의 버스트 일 수 있다. 그리고 지난달 일본에서 미니 뇌가 자라서 세포를 접시에 해부하여 자발적으로 네트워크를 형성했다는 보고가 있었다. 연구팀은 완전히 충격을 받아 미니 뇌의 뉴런이 학습하는 방식과 유사한 방식으로 활동을 동기화 할 수 있다는 징후를 발견했다.

 

당시 과학자들은 해부되지 않은 전체 미니 뇌에 대해서도 비슷한 결과가 나올지 알지 못했다. 새로운 연구는 그렇다.

 

동기의 춤

한 번에 이 질문에 대답하기 위해 이 팀은 각각 여러 개의 채널을 가진 64 개의 전극 위에 대뇌 오가 노이드를 성장 시켰다. 미니 뇌가 점진적으로 발달하는 동안, 팀은 뇌 밖에서 두개골 내부로 뇌파를 움직이는 것과 유사한 전기적 활동을 추적 할 수 있었다. 그들은 또한 기록을 파기 위해 성숙한 진동을 분석하는 데 주로 사용되는 수많은 도구를 가져 왔다.

 

초기 프로 파일링은 미니 뇌가 신경 진동을 유발하는 기본 성분인 흥분성 및 억제성 뉴런을 포착했음을 확인했다. 그들은 함께 뇌 활동 수준을 확인하기 위해 전화를 구성한다. 그러나 다이얼이 제자리에 고정되어 있지 않고 두 뉴런 유형의 상대 활성화 수준을 변경하는 등 다이얼을 돌리면 네트워크 활동이 조정된다.

 

여기에 미친 부분이 있다. 접시 안에 2 개월이 되자 마자 미니 뇌는 산발적인 버스트에서 매우 동기적이고 틀에 박힌 네트워크 활동을 시작했지만 여전히 조용한 시간을 많이 보냈다. 4 개월이 지났을 때, 파열은 물결 모양의 파도와 유사하게 리듬 활동으로 변형되었다. 6 개월이 지났지만 완두콩 보다 작기 때문에 미니 뇌는 일반적으로 신경망에서 기능적 통신을 제안하는 전기 서명을 보여주기 시작했으며, 활동 중단 시간이 크게 줄었다.

 

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이전에는 살아있는 미니 뇌의 전체에서 이 수준의 전기적 정교함을 본 적이 없다. Muotri 박사는 처음에는 믿을 수 없었다. 전극이 오작동한다고 생각했다.

 

이러한 신호의 의미를 자세히 알아보기 위해 팀은 기계 학습으로 전환했다. 24 주에서 36 주 사이의 조산아로부터 EEG 패턴에 대해 훈련 된 AI 알고리즘은 그 뇌파를 오가 노이드에서 측정 된 것과 비교하도록 요청 받았다. 사과 대 사과 경기는 아니다. 뇌파는 두개골에서 모이기 때문에 조직 바로 바깥에 위치한 전극을 사용하여 측정한 뇌의 활동 패턴을 완전히 반영하지는 않는다.

 

그러나 결과는 훈련 데이터뿐만 아니라 놀랍게도 유사했다. 허위 긍정 (기계 학습 용어에서 과적 합이라고 함)을 줄이기 위해 팀은 EEG 데이터만 사용하여 알고리즘을 교육하고 검증했다. 이것은 미니 뇌의 데이터를 테스트하기 전에 알고리즘을 보지 못하도록저장했다. 결론? AI preemies와 미니 뇌의 데이터 세트에서 강력한 네트워크 동기 성을 감지했으며, EEG를 사용하여 신생아 연령을 예측하도록 훈련 된 알고리즘이 미니 뇌의 개발 타임 라인을 확실하게 예측할 수 있도록 상관 관계가 있었다.

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윤리적 진퇴양난

팀은 황홀하다. 미니 뇌는 유효한 신경 과학 연구 모델이며, 특히초기 신경 발달 동안 뇌 네트워크의 기능적 활동의 성숙에 대해 말했다. 적절한 동물 모델. 수백만의 사람들이 혜택을 볼 수 있다.

 

이러한 진동의 의미는 여전히 미스터리이며 팀은 가설을 세우고자 하지 않았다. 뇌와 달리 미니 뇌는 외부 센서 (, , , 피부)와 연결되어 데이터를 가져 오지 않으므로 신경이 생성하는 신경 활동은 오케스트라로 구성되는 뉴런을 반영한다. 그들이 "할리킨화하고 있는가?"당신의 추측은 다른 것만큼 좋다.

 

분명한 것은 접시에서 정교하고 성숙한 두뇌를 모방하는 것에 점점 더 가까워지고 있다는 것이다. 미니 뇌가 의식적이라고 말할 수는 없다. 미니 뇌가 성인 뇌보다 백만 배 더 작다. 그러나 Muotri는 신체 외부의 감정을 측정 할 수 있는 완전히 정의 된 방법이 아직 없음을 인정한다.

 

Muotri내 동료 중 일부는 '아니, 이런 일은 절대 의식하지 않을 것'이라고 말한다. "지금은 확실하지 않는다."

 

이미지 출처 : Muotri Lab – UCTV.

입력 : 2019.09.11 09:43    출처 : https://singularityhub.com/2019/09/08/lab-grown-minibrains-show-activity-similar-to-babies-brains/
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