美国科学家制造三维模型模拟大脑功能

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇美国科学家制造三维模型模拟大脑功能范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

脑科学的研究一直是全世界科学界的热点和重点。近年来，随着各种神经成像技术和神经信息处理手段的不断丰富，脑研究逐步由认识大脑的结构和功能部件转向认识更为深入的神经功能和系统性机理。在这一过程中，工程技术手段和数理方法的运用、人文社会科学的渗入，使得脑科学研究成为具有学科交叉和综合特点的重要的科学前沿。

据悉，对于脑的高级功能，诸如感知、运动控制、学习记忆、情绪、语言、意识等的认识，可能会取得突破性的进展。由于大脑是生物体内结构和功能最复杂的组织，需要从分子、细胞系统、全脑、和行为等不同层次进行研究和整合，才有可能揭示其奥秘，复杂性远远超出了我们目前的认识能力。传统的实验研究对于解决人脑对复杂信息的获取、处理与加工及高级认识功能机制方面显得苍白无力，因此，在短时间内还难以有较大的突破。

最近，美国科学家在脑科学研究中取得了一项进展。他们发现，实验室里制造的一个类似甜甜圈的东西，可以模仿脑组织的一项基本功能。这个圆圈的环状部分由丝材料制成，圈里面填的是胶原蛋白凝胶。

生物工程师在培养皿中制成了相当于原始灰质和白质的材料，其中用了大鼠神经元，这些神经元能通过圆圈中间的物质相互交换信号。当科学家让重物掉到这个圆圈上，以模拟创伤性损伤时，这个三维大脑模型中的神经元释放出了化学信号和电信号，与受伤动物的大脑释放的信号类似。

专家们表示，这是科学家首次能在实验室里如此逼真地模仿大脑功能。如果研究人员能用人的神经元重建这个模型，并提升到足以反映其他一些神经系统功能的水平，这个模型可用于研究疾病，研究创伤情况和治疗大脑，从而避免人体临床试验的高费用和伦理问题。

该研究由美国塔夫茨大学生物工程系主任戴维・卡普兰主持，于最近发表在《美国科学院院刊》上。这是用生物医学工程手段制造器官―比如心脏、肺和肝脏―仿真模型的一个最新例子。

过去，研究人类大脑发育的工作大多依赖于动物实验，或人死亡后获取的大脑切片。以上两种手段都有用，但都有局限性。卡普兰研究小组的研究人员将丝制材料做成一个圆圈，在其中心添加了胶原蛋白凝胶。轴突从圆圈的一边长出来，通过替代白质的凝胶，把信号发送给圆圈另一边的神经元。通过添加营养物质和生长因子，科学家把这个类似脑的组织放在孵化器中，让其存活了2个月，然后开始在它上面做试验。

为了模拟脑外伤，他们从不同高度让重物掉到模型上。卡普兰称，这个培养皿中的大脑“没有四处飞溅”，其反应更像是“厨房里的海绵，先是向下压缩，然后部分反弹起来”。他说，大脑受伤会导致神经递质谷氨酸激增，而对模型中谷氨酸的测量显示，“受伤越重，激增的峰值越高”。

卡普兰称，他的研究小组正在努力让这个类似脑的组织存活6个月，还要用上从干细胞生成的人类神经元。他打算加建一个大脑血管系统的模型，让研究人员得以观察当药物通过血脑屏障时会发生什么。他的最终目标，是让生物工程模型能被用于“所有的研究，从药物到疾病，到手术效果，再到植入电极”，他说：“我的意思是，可做的研究多得没完没了。”