2020-03-31 15:18
系易信息有限公司330 人类皮质类固醇模型神经元
人类皮质类固醇模型神经元网络

从诱导的多能干细胞在培养皿中生长出的皮质类器官三维神经束和神经胶质束看起来很像小脑

尽管在这些球形结构中发现的基因表达,细胞类型和组织与发育中的皮层相似,但尚不清楚它们是否也是探索神经网络形成方式的合适模型

在今天(8月29日)发表在《细胞干细胞》上的一项研究中,研究人员表明,源自人类干细胞的类器官产生的脑波随着发展的进程变得越来越复杂

同步的神经活动可以被药物阻止,这是细胞相互交流并在微型大脑内形成功能性神经回路的信号

这组作者在类器官的神经模式和早产儿的大脑模式之间得出了相似之处,并指出它们是皮质类器官可以用于研究神经网络的证据,也许是在患有神经或精神疾病的患者的细胞中创建的类器官

该领域的其他人警告说,这些振荡真正意味着什么仍然是一个悬而未决的问题

斯坦福大学(stanford university)的电生理学家约翰·休格纳德(john huguenard)表示,从成纤维细胞中产生类器官的想法可以为我们提供针对患者的特定信息,这确实令人兴奋

我对他们所看到的活动的本质不太兴奋

这表明他们正在朝着正确的方向前进,但还远远不够

先前的研究表明,皮质类器官中的神经元能够在此发射

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的生物学家爱丽森·穆特里(alysson muotri)告诉《科学家》杂志,他最初怀疑这些类器官可以建立更复杂的神经网络,至少部分原因是它们缺少发育中的大脑中发现的某些细胞类型

为了探讨这个问题,他和他的团队从健康成年男子的成纤维细胞衍生的多能干细胞中生长出类器官,并验证了通常在皮质中发现的细胞类型被组织成类似于发育中的大脑的层

然后,他们将小脑接种在特殊的培养皿中,该培养皿包含用于记录神经活动的多电极阵列

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人脑组织器官的横截面muotri lab,ucsd

当他们的培养物大约两个月大时,研究人员开始发现在来来往往的电极阵列附近的多个神经元上,动作电位上出现了一些小的振荡性节律性尖峰

随着类器官的成熟,神经活动的频率和复杂性持续增加,并可能被阻断突触活性的药物所破坏,表明存在神经网络

接下来,作者研究了类器官脑电波与人脑之间可能存在的相似之处

他们使用来自24至38周龄早产婴儿的脑电图(eeg)数据收集,训练了机器学习程序,以根据eeg检测到的神经活动确定受试者的年龄

当研究小组从大脑类器官中获取计算机信息时,它无法将来自脑电图的数据与多电极阵列从类器官中收集的数据(从大约25周开始)区分开来

muotri说,该结果可能意味着类器官的电活动遵循与人脑相似的发展轨迹,并且在将来,该模型系统可用于研究神经网络功能不同的情况,例如癫痫

我很高兴看到他们也看到了与我们之前显示的类似的网络爆发,但他们表明这项活动在本文中的确变得更加成熟,英国mrc分子生物学实验室的发育生物学家madeline lancaster不参加这项研究,在给《科学家》的电子邮件中写道

她补充说,尽管协调的神经活动很有趣,但重要的是要记住要精确测量的内容,并解释说,脑电波是特定频率的神经元的远程协调发射,无需使用简单的大量数据即可立即检测到

脑电图

在这里,作者正在使用多电极阵列测量非常短距离的网络突发

她说,然后,通过广泛地过滤数据,他们能够显示特定的频率

应该强调的是,这与脑电波并不相同

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该大学的干细胞生物学家arnold kriegstein说,这是一篇引人入胜且有趣的报告,但我认为我们必须谨慎对待早产儿婴儿的类器官活动与脑电图所捕获的正常脑活动之间的比较

没有参与这项工作的加利福尼亚州旧金山市的人

他解释说,与体内发育中的大脑不同,类器官缺乏与其他大脑区域的连接,并且也缺少抑制性神经元,而抑制性神经元是人脑中许多eeg活性的基础

这些和其他问题引发了关于这些振荡背后的机制以及形成的电路是否类似于真实皮质的电路的问题

kriegstein说,将这种活动用作疾病状态下正常活动与异常活动的量度还为时过早

在没有更多关于正常活动演变的信息以及关于类器官中这种活动的来源,其产生方式以及其依赖方式的更多信息的情况下,很难决定如何进行这种活动

在疾病中改变了

ca trujillo等人,``从皮质类器官产生的复杂振荡波为人类大脑网络的早期发育建模'',细胞干细胞,doi:10.1016 / .2019.08.002,2019

新宝6登录综合报道

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