尼安德特人大約在4萬年前滅絕了，但是由于尖端的科學(xué)，現(xiàn)在加利福尼亞州的一個實驗室里有一個充滿豌豆大小的穴居人腦的培養(yǎng)皿。

為什么研究人員培養(yǎng)和研究這些迷你大腦?他們說，原因是這些小的神經(jīng)腫塊可能揭示出為什么尼安德特人會消失，智人繼續(xù)征服這個星球的大部分地區(qū)。

加州大學(xué)圣地亞哥分校(UCSD)干細(xì)胞項目主任，研究負(fù)責(zé)人Alysson Muotri告訴Live Science， “尼安德特人很有吸引力，因為他們與我們分享了地球，現(xiàn)在我們實際上已經(jīng)有了遺傳證據(jù)。”

Muotri說，也許尼安德特人和人類大腦之間的遺傳差異可以解釋他們的死亡和我們的成功。換句話說，人類有可能取得巨大的技術(shù)進(jìn)步，因為我們擁有復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而尼安德特人卻沒有。

Muotri 于6月1 日在UCSD會議上發(fā)表了一項名為Imagination and Human Origins的研究，該研究尚未在同行評審的期刊上發(fā)表。

建立一個大腦

為了研究，Muotri和他的同事將尼安德特人(以前從化石骨骼中提取并由其他研究人員測序)的基因組與現(xiàn)代人類的基因組進(jìn)行了比較。在200種候選基因中，兩種物種之間存在顯著差異，研究人員決定只關(guān)注一種：一種稱為NOVA1的主基因表達(dá)調(diào)節(jié)因子。

Muotri說，NOVA1在神經(jīng)發(fā)育過程中高度表達(dá)，并與自閉癥和精神分裂癥等神經(jīng)疾病有關(guān)。NOVA1基因在人類和尼安德特人中非常相似 - 只有一個堿基對(或一對DNA“字母”)在兩者之間是不同的。

科學(xué)家已經(jīng)在實驗室中培養(yǎng)了稱為類器官的微型人體器官。Muotri說，為了培養(yǎng)迷你的尼安德特人大腦(研究人員稱之為Neanderoids)，他們使用被稱為CRISPR的基因編輯工具“Neanderthalize”人類多能干細(xì)胞，或者可以發(fā)育成體內(nèi)任何細(xì)胞的未成熟細(xì)胞。

然后，使用他們的內(nèi)部協(xié)議，“我們誘使干細(xì)胞變成腦類器官”，這個過程需要6到8個月，Muotri說?，F(xiàn)在已經(jīng)完全成長，尼安德羅德的尺寸約為0.2英寸(0.5厘米)，“因此，一旦它們成熟，你就可以用肉眼看到它們，”他說。

迷你大腦不能變大，因為它們沒有血管化，這意味著它們沒有血液供應(yīng)。相反，迷你腦細(xì)胞(每個腦中有多達(dá)400,000個)通過擴(kuò)散獲得營養(yǎng)。

“有可能在未來我們可以種植更大的類器官，”Muotri說。“我們正在努力通過在其中創(chuàng)造生物印刷的人造血管。”

鮮明的差異

人類實驗室培養(yǎng)的大腦通常是圓的，但尼安德羅德人不是。相反，尼安德特人的迷你大腦具有細(xì)長的管狀結(jié)構(gòu)，使它們具有類似爆米花的形狀，“Muotri說。

他指出，一些Neanderoid細(xì)胞在發(fā)育過程中也從源頭遷移得更快，這可以解釋不尋常的爆米花形成。

此外，Muotri補充說，Neanderoids沒有那么多的突觸連接或神經(jīng)元之間的連接，并且改變了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。他說，這些功能看起來類似于自閉癥患者種植的人類迷你大腦。但是，很難說這種相似性意味著什么，如果有的話，他說。

“相關(guān)并不意味著它們相似，”Muotri說。“我們現(xiàn)在只能在這個階段推測這一點。”

然而，研究仍處于早期階段，重要的是要注意該項目有一些局限性，德國萊比錫馬克斯普朗克進(jìn)化人類學(xué)研究所主任SvantePääbo說，他沒有參與這項研究。

“有機(jī)體遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法告訴我們成年人大腦的功能，”Pääbo 告訴“科學(xué)”雜志。Pääbo說，他和他的同事們也在努力制造迷你尼安德特人的大腦，這種方法有時會引入意想不到的突變。

即便如此，通過對照實驗“我非常希望我們能克服這些疑慮，”Pääbo告訴“科學(xué)雜志”，并補充說他希望將尼安德德人與黑猩猩或人類細(xì)胞產(chǎn)生的迷你大腦進(jìn)行比較。

下一步是什么

Muotri的團(tuán)隊正在解決另一個類似科幻的挑戰(zhàn)。他們?yōu)闄C(jī)器人設(shè)計了一種測量人類迷你大腦發(fā)出的電腦信號的方法。通過將機(jī)器人與迷你大腦連接起來，他們希望創(chuàng)建一個“學(xué)習(xí)反饋循環(huán)”，幫助大腦引導(dǎo)機(jī)器人探索周圍環(huán)境。

“最終，我們想要比較尼安德特人類[與機(jī)器人]以測試其學(xué)習(xí)能力，”穆特里說。

總之，類器官研究可以揭示哪些遺傳變異對人類成功至關(guān)重要。“通過系統(tǒng)地這樣做，我們將了解什么是使我們成為獨特人類的基因改變以及為什么他們被積極選擇，”Muotri說。