在微观脑模型中生长脑道

创造人类智慧需要很多联系。脑功能取决于大脑内多个区域之间的接触。为了研究这种连接是如何可能的 - 以及它如何变得糟糕 - 由东京大学领导的国际研究人员已经在实验室中建立了一个脑道工作模型。

皮层被分为具有不同作用的神经元区域，例如创建或处理语音，运动，视觉等。这些皮质区域通过大脑束传递，由称为轴突的神经细胞的细长分布的束(束)形成。 。由该大学工业科学研究所(IIS)领导的东京研究发明了一种创造模仿脑道的神经组织的方法。这可以帮助回答有关大脑内部连接形成时间的问题，并最终解决这些问题如何将单独的认知任务整合到统一的智能中。

在Yoshiho Ikeuchi的领导下，该团队利用人类的诱导多能干细胞(iPSCs)生长了神经元球体，模仿大脑皮层。当两个球体放置在提供物理指令的微装置的两端时，它们开始沿着将它们分开的狭窄通道朝向彼此延伸轴突。

“25天后，轴突的两根卷须一直沿着通道向下延伸，两个皮质球体相连，”Ikeuchi说。“我们知道这是一个功能性的电气连接，因为如果一个球体受到电刺激，另一个球体会在短暂的延迟后做出反应。这类似于真实大脑中的情况，远距离区域在认知过程中进行通信。”

大脑发育是复杂的，事实上“大脑”只在适当的情况下发展。当微装置的一端是空的时，轴突仍然从另一端的神经元中出现，但效率明显降低。在空端放置诸如玻璃珠之类的物体对改善束的生长没有任何作用。

“互相促进成长分册的球体是非常有趣的，”孝明桐原，在研究的第一作者说iScience。“这意味着相对的轴突相互引导，连接两组神经元。这有助于解释大脑远距离区域之间是如何形成互惠连接的，有时甚至是在不同的半球之间。”

虽然在微型装置中生长的轴突与生物大脑并不相同，但有一种线索是组织培养模型是现实的。已知基因L1CAM对于脑道形成是必需的。当L1CAM在球状体中被击倒(抑制)时，许多轴突未能组装成束。这表明该模型不仅可用于研究正常脑组织，还可用于研究脑道发育障碍。

在未来，该小组建议通过建立一个随着皮质球体生长而扩张的培养装置来超越当前的设置 - 就像颅骨在童年时期变得更大一样。但是现在，结果显示干细胞可用于创建神经元，轴突及其协调生长的真实模型。这开启了对年轻大脑如何接线的重要见解的可能性。

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