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克隆大脑是否能够实现？答案似乎近在眼前

科技 05-19 来源：

Via：愚木混株CDD20

以下为朗读小姐姐全文音频

作者 | Sara Reardon

翻译 | 棉花熊

改写 | 刘子涵

审校 | 酷炫脑主创

朗读 | 鸽仔

美工 | 老雕虫

编辑 | 加薪

实验室可以制造出有意识的大脑吗？科学家们正在应对来自伦理与技术的双重考验。

在Alysson Muotri的实验室里，数百个芝麻大小的微型人脑漂浮在皮氏培养皿中，发出电流活动的火花。这些被称为类脑器官的微小结构是从人类干细胞中培养出来的，已经成为许多研究大脑特性的实验室中常见的固定装置。Muotri是加州大学圣地亚哥分校的神经学家，他为他的神经系统研究开发了一些不同寻常的方法。他将类脑器官与行走机器人连接起来，用尼安德特人基因修改它们的基因组，将它们发射到国际空间站的轨道上，并用它们作为模型来开发更像人类的人工智能系统。像许多科学家一样，Muotri暂时转向研究新冠，使用类脑器官来测试药物对冠状病毒的作用。

但有一项实验比其他实验更受关注。2019年8月，Muotri的团队在《Cell Stem Cell》杂志上发表了一篇论文，文中提及了人类大脑类器官的创造，这些器官产生了类似于早产儿的协调活动波。研究小组停止实验之前，这样的活动波持续了好几个月。

这种全脑协调的电活动是有意识大脑的特征之一。该团队的发现导致伦理学家和科学家提出了一系列道德和哲学问题，即是否应该允许类器官达到这种高级发展水平——“有意识的”类器官是否有资格获得其他细胞团没有的特殊待遇和权利，意识是否可能从零开始创造。

许多神经学家和生物伦理学家已经在思考无身体、有自我意识的大脑的概念。就在几个月前，耶鲁大学的一个团队宣布，他们至少部分恢复了几小时前被杀死的猪的大脑的生命。通过从猪头骨中取出大脑并注入化学混合物，研究人员恢复了神经元的细胞功能和它们传输电信号的能力。

人造大脑

其他实验，比如在小鼠大脑中添加人类神经元的努力，也引起了一些质疑：一些科学家和伦理学家认为，这些实验不应该被允许。

这些研究为一场辩论搭建了舞台，辩论的一方希望避免意识的创造，另一方则认为复杂的类器官是研究和测试人类疾病治疗方法的一种手段。Muotri和其他许多神经科学家认为，人类大脑的类器官可能是了解自闭症和精神分裂症等人类特有疾病的关键，这些疾病是不可能在小鼠模型中被详细研究的。Muotri说，为了实现这个目标，他和其他人可能需要有意地创造“意识”。

研究人员一直在呼吁制定一套类似于动物研究的指导方针，以指导对类脑器官和其他可能实现意识的实验的人道使用。2020年6月，美国国家科学院、工程学院和医学院开始了一项研究，旨在概述与类脑器官和人兽嵌合体相关的研究的潜在法律和伦理问题。

对实验室培养的大脑的担忧也突出了一个问题:神经科学家还没有确立一致的方法来定义和测量意识。如果没有一个有效的定义，伦理学家担心，在一项实验超出界限之前就没有合适的理由阻止它。

目前的一系列实验可能会加速这个问题的出现。英国苏塞克斯大学的认知神经学家 Anil K. Seth说，如果科学家们确信类器官已经获得了意识，他们可能需要尽快在这是如何发生的理论依据上达成一致。但是，他说，如果一个人支持的理论认为类脑器官是有意识的，而另一个人不那么认为，那么目前在意识实现人工创造领域的信心就会消失。“信心很大程度上取决于我们相信什么理论。这是一个循环。”

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创造一个有意识的系统可能比定义它容易得多。为了不同的目的，研究人员和临床医生对意识有许多不同的定义，但很难将它们综合成一个简洁的、可操作的定义，用来确定实验室培养的大脑的状态。

医生通常根据植物人患者对疼痛或其他刺激的反应，例如是否眨眼或畏缩，来评估他们的意识水平。例如，利用脑电图(EEG)读数，研究人员还可以测量大脑在受到电脉冲刺激时的反应。有意识的大脑会比无意识的大脑表现出更复杂、更不可预测的电活动，无意识的大脑则会以简单、规则的模式做出反应。

但这样的测试可能不足以探测一个人是否缺乏意识。在对昏迷或植物人的大脑成像研究中科学家发现，没有反应的人会表现出一些让人联想到意识的大脑活动——比如当被要求思考走路时大脑运动区域的活动。

无论如何，对意识的标准医学测试很难应用于培养皿中培养的脑细胞或脱离身体的动物大脑。当Muotri提出他的类脑器官的放电模式就像在早产儿身上看到的那样复杂时，人们不确定这是怎么回事。一些研究人员认为，早产儿的大脑活动不够复杂，不足以被归为有意识的。而且类脑器官不会在疼痛刺激下眨眼或退缩，所以它们无法通过意识的临床测试。

相比之下，刚被杀的猪的完整大脑更有可能拥有意识所必需的结构，以及由动物活着时的记忆和经历所创建的神经通路。哈佛大学的哲学家和神经伦理学家Jeantine Lunshof说:“想象一个充满了这一切的大脑，很难想象大脑会是空的。他们在思考方面能做什么，我不知道，但肯定不是零。”像耶鲁大学的研究小组所做的那样，让一个死亡的大脑恢复到有生命的样子，也许有可能恢复一定程度的意识——尽管科学家们煞费苦心地使用化学阻断剂来阻止整个大脑的活动，以避免这种情况。

研究人员也同意，他们需要认真对待这些研究提出的可能性。2019年10月，加州大学圣地亚哥分校举行了一场约12名神经科学家和哲学家、学生和公众成员参加的会议，目的是为未来的实验建立和公布一个一致的伦理框架。但这篇论文被推迟了几个月，部分原因是几位作者对意识的基本要求无法达成一致。

研究这个问题的科学家和伦理学家说，到目前为止，还没有人在实验室里创造出意识。但他们在问自己应该注意什么，以及意识的哪些理论可能是最相关的。例如，根据整合信息理论，意识是大脑中神经元网络连接密度的产物。相互作用的神经元越多，意识程度就越高——一个被称为phi的量。如果phi值大于零，则认为该生物体是有意识的。

根据这个理论，大多数动物都能到达这个标准。Christof Koch是《科学美国人》的顾问委员会成员，也是艾伦脑科学研究所MindScope项目的首席科学家，他怀疑现有的任何类脑器官都不能达到这个门槛，但他承认未来的技术也许能做到。

Via：《家有儿女》

其他相互竞争的意识理论需要感官输入或大脑多个区域的协调电模式。例如，一个被称为全球工作空间理论的想法，假设大脑的前额叶皮层是一台计算机，负责处理感觉输入并解释它们以形成一种存在感。由于类脑器官没有前额皮质，不能接收输入，所以它们不能有意识。剑桥大学的发育生物学家Madeline Lancaster说:“在没有输入和输出的情况下，神经元可能会相互交流，但并不一定意味这等同于任何类似人类思维的东西。”

然而，将类脑器官与器官连接起来可能是一项相当简单的任务。2019年，Lancaster的团队在老鼠的脊柱和背部肌肉旁边培育了人类的类脑器官。当来自人体器官的神经与脊柱连接时，肌肉开始自发收缩。

大多数类脑器官的构造都是为了复制大脑的一个部分——大脑皮层。但是，如果它们发育足够长，并且有合适的生长因子，人类干细胞会自发地重建大脑的许多不同部分，然后这些部分开始协调它们的电活动。在2017年发表的一项研究中，哈佛大学的分子生物学家Paola Arlotta诱导干细胞发育成由许多不同细胞类型组成的类脑器官，包括视网膜中发现的光敏细胞。当暴露在光线下时，类脑器官中的神经元开始放电。但事实上，就算这些细胞是活跃的，也并不意味着类脑器官可以看到和处理视觉信息。Arlotta说，这仅仅意味着它们可以形成必要的回路。

Arlotta和Lancaster认为他们的类脑器官太原始，无法保持意识，因为他们缺乏必要的解剖结构来创造复杂的脑电图模式。不过，Lancaster承认，高级类脑器官很大程度上取决于我们如何定义它们。她说:“如果你认为苍蝇是有意识的，那么可以想象，类脑器官也可能是有意识的。”

Lancaster和大多数其他研究人员认为，像恢复了活力的猪大脑这样的东西比类脑器官更有可能获得意识。由神经科学家Nenad Sestan领导的研究小组对猪的大脑进行了研究，他们试图找到让器官恢复活力的新方法，而不是创造意识。研究人员能够让单个或一组神经元放电，并小心地试图避免产生广泛的脑电波。尽管如此，当Sestan的团队成员看到其中一个大脑中似乎有协调的脑电图活动时，他们立即停止了这个项目。即使在一位神经学专家证实这种模式与意识不一致之后，研究小组还是将大脑麻醉作为一种预防措施。

Sestan还联系了美国国立卫生研究院，寻求如何进行实验的指导。包括Lunshof和凯斯西储大学生物伦理学家 Insoo Hyun在内的该机构神经伦理学小组对这项工作进行了评估，同意Sestan应该继续对大脑进行麻醉。但是专家组还没有制定出更全面的规定，也没有常规地要求对类脑器官的提案进行生物伦理评估，因为专家组成员认为意识不太可能出现。美国国立卫生研究院也没有对意识下一个定义。“它非常灵活，每个人都有自己的意思，” 生物伦理学家Hyun表示，“如果不清楚我们讨论的是否是同一件事，这对讨论本身来说是个大问题。”

Via：《克隆人》

一些人认为，在任何实验室维持的大脑中，试图识别意识都是徒劳的。“鉴于我们不理解意识，我们对这些脑细胞团能思考或感知的评价都没有什么意义，” 比利时列日大学的神经学家Steven Laureys在大脑成像技术的基础上开创了一些测量植物人意识状态的方法。“我们不应该太傲慢，”他说，“进一步的研究应该非常谨慎地进行。”

Laureys和其他人指出，类脑器官的体验很可能与早产儿、成人或猪的体验非常不同，而且不能直接进行比较。此外，类脑器官的结构可能太小，无法准确测量其活动，因此类脑器官和早产儿大脑的脑电图模式之间的相似性可能仅仅是巧合。其他研究类脑器官的科学家也警告说，不要随意假设类脑器官的活动模式与意识之间的联系。

“这个系统不是人类的大脑，”斯坦福大学的神经学家Sergiu Pasca说，“它们是由神经元构成的。神经元有电活动，但我们必须仔细考虑如何比较它们。”Muotri希望他的器官系统至少在某些方面能与人类大脑相媲美，这样他就能研究人类疾病并找到治疗方法。他的动机是私人的：他十几岁的儿子患有癫痫和自闭症。“他在努力生活。”Muotri说。类脑器官是一个很有前途的研究方向，因为它们再现了大脑线路的最早阶段，而在人类胚胎发育过程中，这是不可能被研究的。但他说，在没有完全功能的大脑的情况下研究人类大脑疾病，就像研究不产生胰岛素的胰腺一样。“为了实现这一目标，我需要一个真正类似人类大脑的大脑器官模型。我可能需要一个有意识的器官。”

Muotri说他不知道用哪个定义来决定一个器官是否达到意识。他说，在某种程度上，类脑器官甚至可能帮助研究人员回答有关大脑如何产生意识状态的问题。例如，加州大学圣地亚哥分校的数学家Gabriel Silva正在研究Muotri的类脑器官的神经活动，以开发一种描述大脑如何产生意识的算法。他的项目由微软提供部分资金，其目标是创造一个像人类意识一样工作的人工系统。

目前，美国和欧洲都没有禁止研究人员创造意识的规定。美国国家科学院小组于2021年4月发布了一份报告，概述了最新研究以及它认为的适当监督。成员们就是否需要征得人们的同意才能将他们的细胞发育成类脑器官，以及如何人道地研究和处理类脑器官等问题进行了讨论。国际干细胞研究协会也发布了类脑器官研究指南，但没有提到意识方面的问题，因为它认为这方面的科学还没有到位。

Hyun说，美国国立卫生研究院的神经伦理委员会还没有看到任何创建复杂的、有意识的类脑器官的提案，这些提案将需要新的指导方针。Muotri说，他也不知道还有谁在故意创造有意识的类脑器官，尽管从某些定义来看，一个足够复杂的类脑器官可能会偶然达到那种状态。

尽管如此，Muotri和其他人说，他们欢迎一些更严格的指导方针。这些措施可能包括要求科学家证明他们使用的类脑器官的数量是合理的，只将它们用于无法通过其他方式完成的研究，限制可能对类脑器官本身造成的伤害，以及在实验结束后人道地处理它们。

提前提出这样的建议将有助于研究人员权衡创造有意识实体的成本和收益。许多研究人员强调，这样的实验有可能产生重要的见解。Lancaster说:“确实有一些清醒的人患有神经障碍，但没有治疗方法。”“如果我们真的因为哲学思想实验而停止所有这些研究，”她补充说，“那将对真正需要一些新治疗方法的人非常不利。”然而，治疗方法仍然可以在用小鼠干细胞或普通动物模型制成的类脑器官中进行测试。这样的实验还可以为有关人类类脑器官使用的伦理讨论提供信息。例如，Hyun希望看到研究人员将老鼠和活老鼠的类脑器官的脑电图模式进行比较，这可能表明人类类脑器官对人类大脑的再现有多大好处。

在Muotri看来，研究人体器官和使用实验室老鼠没有什么区别。“我们研究的是有意识的动物模型，没有任何问题，”他说。“我们需要向前迈进。说实话，如果人们都能意识到这一点，我认为他们就认为这实际上没什么大不了的。”