Мадлен Ланкастер склала руки на животі, вона вагітна. «Їм зараз шість-сім місяців». На даний момент її потомство близько чотирьох міліметрів в діаметрі. Їх кілька сотень, і у кожного вже є близько двох мільйонів нейронів. На щастя, вона говорить не про гігантський виводку ще не народжених дітей - хоча і чекає одного, абсолютно нормального, як і будь-яка людина. Ні, вчений говорить про партію зростаючих людських мізків. Далі - від першої особи кореспондента BBC.
Ми знаходимося в новій лабораторії молекулярної біології MRC в Кембриджі - розповзається лабіринті скляних лабораторій, обладнання космічної епохи і коридорів, які, здається, розтягнулися на кілометри. У ній немає нічого секретного, вона знаходиться не під землею. Цей об'єкт вартістю 212 мільйонів фунтів стерлінгів є будинок для кількох футуристичних проектів, кожен з яких гідний власного голлівудського фільму.
У своєму власному невеликому куточку цієї дослідницької утопії команда Мадлен працює над такої абсурдної завданням, що вона здається більш чарами, ніж наукою: перетворює людську шкіру в мізки.
«Мізки розвиваються точно так же, як ви могли б побачити в ембріоні», говорить Мадлен. В її словах є частка істини, тільки ось середу у них різна. Замість утроби безтілесні мізки вирощуються в гігантських інкубаторах. За відсутності кровопостачання їх годують багатою поживними речовинами рідиною, яка оновлюється кожні кілька днів. І, звичайно ж, у них немає імунної системи: все, що вступає з ними в контакт, спочатку дезінфікується спиртом.
Коли вона відкриває двері інкубатора - що ж, повинен визнати, виглядають вони не так вражаюче, як я собі уявляв: безбарвні водянисті плями, які плавають у басейні блідо-рожевою рідини. Вони більше схожі на шматочки мокрого попкорну, ніж на джерело інтелектуальних здібностей.
Але зовнішність оманлива. Насправді ці «мозкові органели», як їх назвали, разюче схожі на мізки звичайних людей. Як і будь-який звичайний мозок, органели діляться на сіру речовину - складається з нейронів - і біла речовина, жирову тканину, що складається з їх веретеноподібних «хвостиків».
Як і звичайні мізки, кожен органоид складається з певних зон. Є зморшкувата кора (в якій народжується мова і свідоме мислення), гіпокамп (центр емоцій і пам'яті), який координує м'язи мозочок і багато, багато іншого. В цілому він еквівалентний мозку дев'ятитижневий ембріона.
Як же їх роблять?
Насправді, зробити мозок не так складно, як здається на перший погляд. Кілька простих інгредієнтів, невгасимий інтерес до вимочування речей в спирті, і ви теж могли б дістати собі мініатюрний мозок через кілька місяців.
По-перше, вам потрібні будуть клітини. Група Ланкастер взяла свої зразки з донорської шкіри, але насправді, і це трохи бентежить, щоб створити цей шедевр людської еволюції, можна взяти будь-який тип клітин - будь то ніс, печінку або ніготь.
Тільки стовбурові клітини можуть розвиватися в будь-які тканини організму, тому наступним кроком вам буде потрібно перетворити в них ваші клітини. Для цього група вчених використовувала свого роду сироватку молодих клітин, білковий коктейль, який може перезапустити ходики і повернути будь-яку клітину в ембріональний стан.
Приблизно через тиждень зростання ви виявите у себе досочку з клітинами, які можна буде зішкребти в чашку Петрі і скачати в кульку.
Ланкастер виймає пусте блюдце з рожевої рідини. «Дивіться, зараз вони крихітні», говорить вона. Очевидно, в кожній лунці є біла точка розміром з, кхм, точку. На зразок тієї, що стояла в кінці попереднього речення. «Вони ніби намагаються стати ембріоном», говорить вона.
Зрештою кожна стовбурова клітина почне спеціалізуватися, перетворюючи рівномірні кулі в нагромадження різних типів клітин. Серед них будуть клітини мозку.
Взагалі, вчені - як дбайливі батьки, підгодовують свої ембріони і заохочують їх до зростання. Але це триває недовго. Кульки з клітинами переносяться в нове блюдо, на цей раз з дуже невеликою кількістю їжі. Коли клітини починають голодувати, більшість з них відмирає, залишаючи тільки клітини мозку. «Вони дуже надійні - і ніхто не знає чому».
Нарешті, розвивається мозок занурюється в ковдру з желе. «Це не звичайне желе - ми поливаємо мозок рідиною, і вона твердне, коли інкубатор теплішає», каже Мадлен. Желе імітує оболонку тканини мозку, яка зазвичай оточена черепом, щоб та розвивалася відносно нормально.
Потім потрібно чекати. Три місяці по тому готовий продукт становить близько чотирьох міліметрів в діаметрі і містить близько двох мільйонів нейронів. Повністю розвинутий мозок дорослої миші містить всього чотири мільйони нейронів, так що цього цілком достатньо.
У мозку постійно гуде електрична активність - нейрони обмінюються сигналами. Ланкастер каже, що в цьому немає нічого особливого, проте це підтверджує, що вчені роблять функціональні нейрони, які ведуть себе подібно нейронам.
В даний час мізки Ланкастер не можуть думати. Ніхто не розуміє, як активність нашого мозку призводить до появи думок - і дивно важко взагалі вивести якусь дефініцію думки - але домисли є. Зазвичай, коли ми піддаємося стимуляції зовнішнього світу - запахи, звуки, ідеї, - наші мізки зберігають інформацію, зміцнюючи зв'язки між нашими нейронами або ж формуючи нові. Звичайний дорослий має близько тисячі трильйонів нейронів, які разом дають нашому мозку обчислювальну потужність в один трильйон біт в секунду.
І в цьому-то заковика. Навіть маючи всі компоненти звичайних мізків, без тіла, яке буде забезпечувати його інформацією про світ навколо, такі вирощені мізки не зможуть розвиватися нормально. «Нейрони працюють, але вони не організовані по відношенню один до одного», говорить вона. Візьмемо, наприклад, людей, які народжуються сліпими. Оскільки вони не бачать світла, та частина мозку, яка обробляє ці сигнали, не формується.
Якщо підключити вирощені в лабораторії мізки до ЕЕГ, ви нічого не побачите. Так звані «мозкові хвилі», які можуть виявити машини, є результатом синхронного дії мільйонів нейронів; в поєднанні їх електричні сигнали можна виявити через шкіру голови.
«І це навіть добре. У мене виникли б проблеми, якби я думала про те, що там формується нормальна нейронна мережа », говорить Мадлен.
Однак створення свідомого мозку не було в планах. Замість цього Ланкастер використовує мозок, щоб відповісти на стару загадку: при всьому нашому інтелектуальному перевагу, генетичне розходження між людьми і шимпанзе становить всього 1,2%. Це в 12 разів більше, ніж відмінності між окремими людьми (0,1%). Чому?
Щоб це з'ясувати, вчені витягли окремі гени, що беруть участь в розвитку мозку, і замінили їх версією шимпанзе - створивши на основі цих клітин гібридні мізки шімпачеловека. На різних стадіях розвитку часто стають очевидними ролі деяких генів; мізки з геном шимпанзе можуть бути значно меншими за звичайні людські мізків або містити менше нейронів, наприклад.
Іншими словами, такі мізки дозволяють дослідникам проводити експерименти, які їм ніколи б не дозволили проводити. Уявіть собі, який був би хаос, якби реальної людини додали б генів шимпанзе.
В кінцевому підсумку Ланкастер сподівається створити протилежну версію експериментів з вирощеними в лабораторії мізками шимпанзе. Це буде складно, оскільки ці види під захистом. Не можна просто підійти до шимпанзе і взяти шматочок шкіри. Але вчені знайшли вихід. «Якщо у тварини в зоопарку народиться дитина, його плаценту зазвичай просто викидають, але ми можемо взяти ці залишки», говорить Мадлен.
В цілому органели використовуються для дослідження різних захворювань людей, від аутизму до шизофренії. Історично склалося так, що їх важко досліджувати в лабораторії, оскільки тварини таких захворювань не мають. Взяти, наприклад, аутизм. Аутичні діти з важким ступенем не можуть говорити - як вивчити це розлад на мишах, якщо вони взагалі ніколи не вміли говорити?
Порівнюючи мізки, які виросли зі шкіри здорових дорослих і хворих на аутизм, в минулому році вчені змогли показати, що ця хвороба може бути викликана дисбалансом двох основних типів нейронів: тих, які ініціюють сигнали (збуджуючі нейрони), і тих, які діють в якості гальма ( гальмівні нейрони).
«У звичайному мозку існує дуже тонкий баланс між цими двома типами, так що ви можете уявити, наскільки великий вплив вони надають на функції мереж», говорить Ланкастер.
Реальний прорив не тільки в тому, що мізки можуть симулювати такі розлади, але вони також дозволяють вченим повертатися назад в часі і розуміти, чому аутичні мізки так відрізняються. Можна переглядати їх знову і знову, на різних стадіях розвитку, в пошуках невловимих змін. У реальному житті це було б неможливо.
Для багатьох вчених кінцева мета полягає в тому, щоб штучний мозок функціонував як звичайний - формував мережі, які можна забарвити, нарізати і вивчити подібно мозку лабораторних мишей. Але поки що органели інертні, як і попкорн, на який вони схожі.