Ученые изучают вопрос о том, сможет ли мозг, выращенный в лаборатории, стать сознательным

Ученые уже научились выращивать в лаборатории из стволовых клеток человека крошечные структуры, известные как органоиды головного мозга. Они стали привычным материалом во многих лабораториях, изучающих свойства мозга. Сейчас их используют для изучения COVID-19, чтобы проверить, как лекарства действуют против коронавируса SARS-CoV-2. Но также ученые задаются вопросом: смогут ли эти органоиды научиться мыслить?

Американский нейробиолог Муотри из Калифорнийского университета в Сан-Диего сообщил о создании органоидов человеческого мозга, которые производили скоординированные волны активности, похожие на те, что наблюдаются у недоношенных детей. Волны продолжались месяцами, прежде чем команда прекратила эксперимент.

Такой тип скоординированной электрической активности всего мозга является одним из свойств сознательного мозга. Это открытие группы побудило специалистов по этике и ученых поднять множество моральных и философских вопросов о том, следует ли позволить органоидам достичь такого уровня развития; могут ли «сознательные» органоиды иметь право на особый режим и права, не предоставляемые другим скоплениям клеток; а также существует ли возможность того, что сознание может быть сотворено с нуля.

Несколькими месяцами ранее группа ученых из Йельского университета в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, объявила, что она – по крайней мере, частично – вернула жизнь мозгу свиней, убитых несколькими часами ранее. Удалив мозги из черепов свиней и наполнив их химическим коктейлем, исследователи восстановили клеточные функции нейронов и их способность передавать электрические сигналы.

Другие эксперименты, такие как попытки добавить человеческие нейроны в мозг мышей, вызывают вопросы, при этом некоторые ученые и специалисты по этике утверждают, что эти эксперименты нельзя допускать.

Однако Муотри и многие другие нейробиологи считают, что органоиды человеческого мозга могут быть ключом к пониманию уникальных людских состояний, таких как аутизм и шизофрения, которые невозможно детально изучить на моделях мышей. Муотри говорит, что для достижения этой цели ему и другим, возможно, потребуется создание искусственного сознания.

Разумные состояния

Исследователи и клиницисты определяют сознание по-разному для различных целей, но их трудно синтезировать в одно четкое рабочее определение, которое можно было бы использовать для определения статуса выращенного в лаборатории мозга.

Врачи обычно оценивают уровень сознания у пациентов в вегетативном состоянии на основании того, моргает или вздрагивает человек в ответ на боль или другие раздражители. Например, используя показания электроэнцефалограммы (ЭЭГ), исследователи также могут измерить, как мозг реагирует на электрический импульс. Сознательный мозг будет демонстрировать гораздо более сложную, непредсказуемую электрическую активность, чем бессознательный, который реагирует простыми, регулярными паттернами.

В любом случае стандартные медицинские тесты на сознание трудно применить к клеткам мозга, выращенным в пробирке, или к бестелесному мозгу животных. Когда Муотри предположил, что схемы возбуждения его органоидов столь же сложны, как и у недоношенных детей, научное сообщество не знало, что с этим делать. Некоторые исследователи не считают активность мозга недоношенного ребенка достаточно сложной, чтобы ее можно было классифицировать как сознательную. Кроме того, органоиды не могут моргнуть или отпрянуть от болезненного раздражителя, поэтому они не пройдут клинический тест на сознание.

Напротив, гораздо более вероятно, что неповрежденный мозг недавно убитой свиньи имеет необходимые структуры для сознания, а также проводку, созданную воспоминаниями и переживаниями, которые животное получило при жизни. И возможно когда-нибудь мы сможем общаться с умершими родственниками, если их мозг не пострадал.

Этические вопросы

Одна из теорий человеческого сознания утверждает, что префронтальная кора головного мозга функционирует как компьютер, обрабатывая сенсорные сигналы и интерпретируя их, чтобы сформировать ощущение бытия. Поскольку органоиды не имеют префронтальной коры и не могут получать информацию, они не способны стать сознательными. Нейроны могут разговаривать друг с другом, но это не обязательно означает что-то вроде человеческого мышления.

Однако подключение органоидов к органам может быть довольно простой задачей. В 2019 году команда ученых вырастила органоиды человеческого мозга рядом с позвоночником и мышцами спины мыши. Когда нервы органоида человека соединились с позвоночником, мышцы начали спонтанно сокращаться.

Большинство органоидов созданы для воспроизведения только одной части мозга. Но если они развиваются достаточно долго и с правильными факторами роста, человеческие стволовые клетки спонтанно воссоздают множество различных частей мозга, которые затем начинают координировать свою электрическую активность. В исследовании, опубликованном в 2017 году, молекулярный биолог Паола Арлотта из Гарвардского университета убедила стволовые клетки превратиться в органоиды головного мозга, состоящие из многих различных типов клеток, включая светочувствительные клетки, подобные тем, которые обнаруживаются в сетчатке. Под воздействием света нейроны органоидов начали активироваться. Но тот факт, что эти клетки были активными, не означает, что органоиды могли видеть и обрабатывать визуальную информацию, говорит Арлотта. Это просто означает, что они могут формировать необходимые схемы.

Однако ученые считают, что что-то вроде оживленного мозга свиньи будет иметь гораздо больше шансов достичь сознания, чем органоид. Команда, которая работала с мозгом свиньи, пыталась найти новые способы оживить органы, а не создать сознание. Исследователи смогли заставить срабатывать отдельные нейроны или группы и постарались избежать создания широко распространенных мозговых волн. И когда ученые увидели то, что выглядело как скоординированная активность ЭЭГ в одном из мозгов, они немедленно остановили проект. 

Ученые отмечают, что восприятие органоида, вероятно, будет сильно отличаться от опыта недоношенного ребенка, взрослого человека или свиньи и не может быть напрямую сопоставимо. Более того, структуры органоида могут быть слишком маленькими, чтобы их активность можно было точно измерить, а сходство между паттернами ЭЭГ органоидов и мозга недоношенных детей могло быть случайным. Другие ученые, работающие с органоидами мозга, согласны с тем, что вопрос о том, является ли система сознательной, может быть безответным…

И все-таки Муотри стремится к тому, чтобы его органоидные системы были сопоставимы – по крайней мере, в некотором смысле – с мозгом человека, чтобы иметь возможность изучать человеческие заболевания и находить способы лечения. Его мотивация носит личный характер: 14-летний сын ученого страдает эпилепсией и аутизмом. 

Органоиды головного мозга – многообещающее направление, поскольку они воспроизводят самые ранние стадии мозговых связей, которые невозможно изучить по мере развития человеческого эмбриона. Но, по словам ученого, изучение нарушений мозга человека без полностью функционирующего мозга похоже на исследование поджелудочной железы, которая не производит инсулин. Поэтому исследователям нужна модель органоида мозга, действительно напоминающая человеческий мозг – органоид, который станет сознательным.