类器官研究揭示大脑天生预置“操作系统”

科技日报北京11月30日电 （记者张梦然）包括美国加州大学圣克鲁兹分校、约翰斯·霍普金斯大学以及德国、瑞士多家机构联合团队，借助名为类器官的微型人脑组织模型，揭示了大脑天生预置“操作系统”。发表在《自然·神经科学》上的最新研究颠覆了传统认知，表明大脑最早的神经元放电是以结构化模式进行的，且完全不依赖任何外部体验。这一发现暗示，大脑在人出生前就已预设了如何与世界互动的基本“指令”。

人类长久以来一直在思索：思维究竟是何时开始形成的？大脑是天生就已配置好，还是思维模式仅随着对周围世界的感官体验而逐渐形成？大脑的运作方式类似于计算机，依赖神经元的电信号“放电”来进行信息传递。然而，这些信号何时开始产生一直难以深入研究，因为早期发育中的人脑被保护在母体的子宫内，无法直接观测。

在这项研究中，团队引导干细胞发育成脑组织，然后使用类似计算机芯片的专用微电极阵列来记录其电活动。在观察脑组织从干细胞自我组装成能够处理感官信息，并最终产生语言和意识思维的复杂结构的过程中发现，在发育的最初几个月内，远在人脑能够接收和处理视觉、听觉等复杂外部感官信息之前，其内部细胞就已经开始自发地发出具有特定模式的电信号。这些信号的模式，与处理感官信息时所表现出的特征模式惊人地相似。

团队在观察类器官中单个神经元的放电活动时发现，即使没有接收任何来自外部世界的感官输入，神经元网络也能够自发地产生复杂且具有时间序列特征的放电活动。这强烈暗示了活体大脑的神经结构中，存在着一种固有的、由基因编码决定的发育蓝图。

了解类器官能够自发地产生活体大脑的基本神经结构，为更好地理解人类神经发育、神经系统疾病以及环境毒素对大脑的影响开辟了多种可能性。这些模型具备捕捉复杂神经动力学的基础能力，而这些动力学很可能与某些发病机制密切相关。未来，团队将在临床前层面探索开发新的化合物、药物疗法或基因编辑工具。

种子还深埋于土壤中时，就具备破土而出的“潜力”。这不是种子后天“学会”的，而是生命进化写入基因的底层程序。同理，人脑在发育之初，神经元就可以自发地发出复杂的电信号，与世界进行初步互动，为后续处理更复杂的外部感官信号做准备，这也是人类基因的底层编码决定的。也就是说，新生婴儿的大脑并非白纸一张，而是带着基因为人脑预设的“出厂设置”。这一发现，有助于科学家更好地理解人脑发育机制，并有望为利用基因编辑等手段治疗先天性神经疾病提供启发。

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