一直以來，對于科學(xué)家來說，人腦都是一個神奇的存在，關(guān)于人腦的研究也層出不窮。

近幾年，隨著人工智能的發(fā)展，很多科學(xué)家都在努力探索，未來機(jī)器人是否能擁有意識？未來或許可以，這就需要我們先對人腦進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。

加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）的神經(jīng)科學(xué)家Alysson Muotri 提出了這樣兩個問題：細(xì)胞團(tuán)和離體的大腦是否是有意識的；科學(xué)家該如何判斷它們是否有意識。

Muotri發(fā)現(xiàn)了一些不尋常的方式來培育人腦器官。他將腦器官與行走的機(jī)器人連接起來，用尼安德特人（Neanderthal ）的基因修改器官的基因組，將它們發(fā)射到國際空間站的軌道上，并將它們作為模型來開發(fā)更類似人類的人工智能系統(tǒng)。和許多科學(xué)家一樣，Muotri暫時轉(zhuǎn)而研究COVID-19，他利用腦器官來測試藥物對SARS-CoV-2冠狀病毒的表現(xiàn)。

但有一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)比他的其他實(shí)驗(yàn)引起了更多的關(guān)注。2019年8月，Muotri的小組在《細(xì)胞干細(xì)胞》（Cell Stem Cell）上發(fā)表了一篇論文，文中提到他們創(chuàng)建了一種能產(chǎn)生類似于在早產(chǎn)兒中看到的協(xié)調(diào)的活動波的人類大腦器官體（1）。在該團(tuán)隊(duì)結(jié)束實(shí)驗(yàn)之前，這種波持續(xù)了幾個月。

這種全腦協(xié)調(diào)的電活動是有意識的大腦的特性之一。該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致倫理學(xué)家和科學(xué)家提出了一系列道德和哲學(xué)問題，即是否應(yīng)該允許有機(jī)體達(dá)到這種程度的發(fā)展水平，"有意識 "的有機(jī)體是否有權(quán)獲得其他細(xì)胞團(tuán)所沒有的特殊待遇和權(quán)利，以及意識是否可以被人類創(chuàng)造出來。

無身體、有自我意識的大腦的想法已經(jīng)存在于許多神經(jīng)科學(xué)家和生物倫理學(xué)家的腦海中。就在幾個月前，位于康涅狄格州紐黑文市的耶魯大學(xué)的一個團(tuán)隊(duì)宣布，他們讓幾個小時前被殺死的豬的大腦恢復(fù)了部分生命。通過從豬的頭骨中取出大腦，注入一種化學(xué)混合試劑，研究人員恢復(fù)了神經(jīng)元的細(xì)胞功能和傳遞電信號的能力（2）。

其他實(shí)驗(yàn)，如在小鼠大腦中添加人類神經(jīng)元，引起了一些質(zhì)疑。一部分科學(xué)家和倫理學(xué)家認(rèn)為不應(yīng)允許這些實(shí)驗(yàn)的存在。

這些研究為那些希望避免創(chuàng)造意識的人和那些將復(fù)雜的器官有機(jī)體視為研究毀滅性人類疾病的工具的人之間的辯論奠定了基礎(chǔ)。Muotri和許多其他神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為，人類大腦器官體可能是理解自閉癥和精神分裂癥等人類獨(dú)特病癥的關(guān)鍵，這些病癥不可能在小鼠模型中進(jìn)行詳細(xì)研究。Muotri說，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他和其他人可能需要刻意創(chuàng)造意識。

研究人員現(xiàn)在呼吁制定一套類似于動物研究中使用的指南，以指導(dǎo)大腦器官的人性化使用以及其他可以實(shí)現(xiàn)意識的實(shí)驗(yàn)。6月，美國國家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)研究院開始了一項(xiàng)研究，目的是概述與腦器官和人獸嵌合體相關(guān)的潛在的法律和倫理問題。

對實(shí)驗(yàn)室培育大腦的擔(dān)憂也凸顯了一個盲點(diǎn)：神經(jīng)科學(xué)家沒有一致的方法來定義和測量意識。如果沒有一個可行的定義，倫理學(xué)家擔(dān)心將無法在實(shí)驗(yàn)越線之前阻止這些實(shí)驗(yàn)。

目前的一些實(shí)驗(yàn)可能會放大這個問題。英國布萊頓（ Brighton）附近的蘇塞克斯（Sussex ）大學(xué)的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家Anil Seth說，如果科學(xué)家們確信一個有機(jī)體已經(jīng)獲得了意識，他們可能需要趕緊就意識是如何產(chǎn)生的理論達(dá)成一致。但是，他說，如果一個人青睞的理論認(rèn)為機(jī)體有意識，而另一個人的理論則認(rèn)為沒有，那么任何關(guān)于意識已經(jīng)出現(xiàn)的信心都會消失。"信心在很大程度上取決于我們相信什么理論。這是一個循環(huán)。"

感知狀態(tài)

創(chuàng)建一個意識系統(tǒng)可能比定義它要容易得多。研究人員和臨床醫(yī)生為了各種目的，用許多不同的方式來定義意識。所以，很難把它們綜合成一個精簡的實(shí)際的定義來決定一個實(shí)驗(yàn)室培育大腦的狀態(tài)。

醫(yī)生一般根據(jù)患者對疼痛或其他刺激是否眨眼或退縮來評估處于植物人狀態(tài)的患者的意識水平。此外，利用腦電圖（EEG）讀數(shù)，研究人員還可以測量大腦對電脈沖的反應(yīng)。比起無意識大腦的簡單，有規(guī)律的活動模式，有意識的大腦將顯示更復(fù)雜且不可預(yù)測的電活動。

但這種測試可能無法充分探究一個人是否缺乏意識。在對處于昏迷或植物人狀態(tài)的人進(jìn)行的腦成像研究中，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，沒有反應(yīng)的人可以顯示出一些類似意識的大腦活動 —— 比如當(dāng)被要求思考走路時，運(yùn)動區(qū)域出現(xiàn)的活動（3）。

在發(fā)育中的人類大腦器官中，前神經(jīng)元細(xì)胞（紅色）變成了神經(jīng)元（綠色），并被被連接成網(wǎng)絡(luò)（白色）。
圖片來源：Muotri實(shí)驗(yàn)室/加州大學(xué)圣地亞哥分校。

在任何情況下，標(biāo)準(zhǔn)的意識醫(yī)學(xué)測試都很難適用于生長在培養(yǎng)皿里的腦細(xì)胞，或者是脫胎換骨的動物大腦。當(dāng)Muotri提出他的有機(jī)體的放電模式和早產(chǎn)兒中看到的一樣復(fù)雜時，人們不知道該如何看待這個問題。一些研究人員認(rèn)為早產(chǎn)兒的大腦活動并不復(fù)雜，不足以被歸類為有意識。而有機(jī)體不能眨眼，也不能對痛苦的刺激產(chǎn)生反感，所以它們不會通過意識的臨床測試。

相比之下，最近被殺的豬的完整大腦更有可能擁有意識的必要結(jié)構(gòu)，以及動物活著時的記憶和經(jīng)歷所創(chuàng)造的神經(jīng)線路。馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學(xué)的哲學(xué)家和神經(jīng)倫理學(xué)家 Jeantine Lunshof 說：“想想一個已經(jīng)被這些東西填滿的大腦，很難想象那個大腦會是空的。” Lunshof補(bǔ)充道：“他們在思維方面能做什么我不知道，但肯定不是空無一物。” 像耶魯大學(xué)團(tuán)隊(duì)那樣，讓死掉的大腦恢復(fù)一絲生機(jī)，或許有可能恢復(fù)一定程度的意識，盡管科學(xué)家們煞費(fèi)苦心地使用化學(xué)阻斷劑來防止全腦活動從而避免這種情況。

研究人員同意他們需要認(rèn)真對待這些研究提出的問題。2019年10月，加州大學(xué)圣地亞哥分校召開了一次由十幾位神經(jīng)科學(xué)家和哲學(xué)家以及學(xué)生和公眾組成的會議，打算為未來的實(shí)驗(yàn)建立并發(fā)布一個倫理框架。但該論文已經(jīng)被推遲了幾個月，部分原因是幾位作者無法就意識的基本要求達(dá)成一致。

越發(fā)復(fù)雜的理論

幾乎所有的科學(xué)家和倫理學(xué)家都認(rèn)為，到目前為止，還沒有人在實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造出意識。但他們都在問自己，要注意什么，哪些關(guān)于意識的理論最相關(guān)。例如，根據(jù)一種叫做整合信息理論的觀點(diǎn)，意識是整個大腦中神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)密集連接的產(chǎn)物。彼此互動的神經(jīng)元越多，意識的程度就越高——這個量被稱為phi。如果phi大于零，生物體就被認(rèn)為是有意識的。

根據(jù)該理論，大多數(shù)動物都能達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)。位于華盛頓州西雅圖的Allen 腦科學(xué)研究所的主席Christof Koch認(rèn)為任何現(xiàn)有的有機(jī)體都達(dá)不到這個門檻，但他承認(rèn)，一個更先進(jìn)的有機(jī)體可能會達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)。

其他競爭性的意識理論提到了感覺輸入或跨多個大腦區(qū)域的協(xié)調(diào)電模式。例如，一種被稱為全局工作空間理論的想法認(rèn)為，大腦的前額葉皮層作為一臺計算機(jī)，處理感覺輸入并解釋它們以形成存在感。因?yàn)橛袡C(jī)體沒有前額葉皮層，不能接受輸入，所以不能成為意識。英國劍橋大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家Madeline Lancaster說：“如果沒有輸入和輸出，神經(jīng)元之間可能會相互交談，但這并不能代表人類的思想。“

然而，將類器官與器官連接起來可能是一項(xiàng)相當(dāng)簡單的任務(wù)。2019年，蘭開斯特的團(tuán)隊(duì)在老鼠脊柱和背部肌肉旁邊培育了人類大腦器官。當(dāng)來自人體器官的神經(jīng)與脊柱相連時，肌肉就開始自發(fā)地收縮。

發(fā)育生物學(xué)家瑪?shù)铝铡ぬm開斯特在英國劍橋大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里通過類器官研究大腦組織和紊亂。來源UK.Credit: Felicity McCabe

大多數(shù)類器官的形成只是為了復(fù)制大腦的一部分——皮層。但是，如果人類干細(xì)胞發(fā)育的時間足夠長，并且有了合適的生長因子，它們就會自發(fā)地重建大腦的許多不同部位，然后這些部位就會開始協(xié)調(diào)它們的電活動。在2017年發(fā)表的一項(xiàng)研究中，哈佛大學(xué)的分子生物學(xué)家保拉·阿羅塔(Paola Arlotta)誘導(dǎo)干細(xì)胞發(fā)展成由多種不同細(xì)胞類型組成的腦器官，包括視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)的那種光敏細(xì)胞。當(dāng)接觸到光時，類器官中的神經(jīng)元開始放電。但事實(shí)上，這些細(xì)胞是活躍的，并不意味著類器官可以看到和處理視覺信息，Arlotta說。這僅僅意味著它們可以形成必要的電路。

阿羅塔和蘭開斯特認(rèn)為他們的器官體太原始，無法產(chǎn)生意識，因?yàn)樗麄內(nèi)狈?chuàng)造復(fù)雜腦電圖模式所必需的解剖結(jié)構(gòu)。盡管如此，蘭開斯特承認(rèn)，對于高級類器官來說，這取決于它的定義。她說:“如果你認(rèn)為一只蒼蠅是有意識的，那么類器官也可能是有意識的。”

然而，蘭開斯特和大多數(shù)其他研究人員認(rèn)為，像活化的豬腦這樣的東西比類器官更有可能獲得意識。由神經(jīng)科學(xué)家Nenad Sestan領(lǐng)導(dǎo)的研究豬大腦的團(tuán)隊(duì)，試圖找到恢復(fù)器官活力的新方法，而不是創(chuàng)造意識。研究人員能夠讓單個神經(jīng)元或神經(jīng)元群被激活，并小心地嘗試避免產(chǎn)生廣泛的腦電波。然而，當(dāng)Sestan的團(tuán)隊(duì)在其中一個大腦中看到類似協(xié)調(diào)的腦電圖活動時，他們立即停止了這個項(xiàng)目。即使在神經(jīng)學(xué)專家確認(rèn)這種模式與意識不一致之后，研究小組還是對大腦進(jìn)行了麻醉，作為預(yù)防措施。

Sestan還聯(lián)系了美國國家衛(wèi)生研究院(NIH)以獲得如何進(jìn)行的指導(dǎo)。該機(jī)構(gòu)的神經(jīng)倫理小組，包括倫肖夫和俄亥俄州克利夫蘭凱斯西大學(xué)(Case Western University)的生物倫理學(xué)家因蘇泫(Insoo Hyun)，評估了這項(xiàng)工作，并同意Sestan應(yīng)該繼續(xù)麻醉大腦。但是，該小組還沒有制定出更通用的規(guī)定，也沒有例行要求對類器官的提案進(jìn)行生物倫理評估，因?yàn)槠涑蓡T認(rèn)為意識不太可能產(chǎn)生。美國國家衛(wèi)生研究院也沒有給意識下一個定義。Hyun說：“它非常靈活，每個人都有自己的意思。”“如果不清楚我們談?wù)摰氖峭患拢@是一個大問題。”

神經(jīng)學(xué)家Nenad Sestan使用BrainEx平臺恢復(fù)了離體豬大腦的神經(jīng)活動。來源:《自然》雜志的杰西·溫特

模糊的定義

一些人認(rèn)為，即使是試圖在任何一種實(shí)驗(yàn)室保存的大腦中識別意識也是徒勞的。“鑒于我們不了解意識，就不可能說這些腦細(xì)胞所能想到或感知的是一些有關(guān)意識的存在”,比利時列日大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家Steven Laureys說,他開創(chuàng)了一些在人們處于植物人狀態(tài)時成像進(jìn)行措施的意識。“我們不應(yīng)該太傲慢。”他說，進(jìn)一步的研究應(yīng)該非常謹(jǐn)慎地進(jìn)行。

Laureys和其他人指出，類器官的體驗(yàn)可能與早產(chǎn)兒、成人或豬的體驗(yàn)非常不同，并不能直接拿來比較。此外，類器的結(jié)構(gòu)可能太小而無法精確測量它們的活動，而類器和早產(chǎn)兒大腦的腦電圖模式之間的相似性可能只是巧合。其他研究類腦器官的科學(xué)家也同意Laureys的觀點(diǎn)，即一個系統(tǒng)是否是有意識的這個問題是無法回答的。許多人完全避免這個想法。“我不知道我們?yōu)槭裁匆獑栠@個問題，因?yàn)檫@個系統(tǒng)不是人類的大腦，”加利福尼亞州斯坦福大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Sergiu Pasca說。“它們是由神經(jīng)元組成的，神經(jīng)元有電活動，但我們必須仔細(xì)考慮如何比較它們。”

Muotri希望他的類器官系統(tǒng)至少在某些方面可以與人類大腦相媲美，這樣他就可以研究人類疾病并找到治療方法。他的動機(jī)是出于個人原因:他14歲的兒子患有癲癇和自閉癥。“他努力地與生活抗?fàn)帲盡uotri說。類腦器官是一個很有前途的途徑，因?yàn)樗鼈冊佻F(xiàn)了大腦連接的最早階段，而這在人類胚胎發(fā)育時是不可能研究的。但是他說，在沒有一個完全功能的大腦的情況下研究人類的大腦疾病，就像研究一個不能產(chǎn)生胰島素的胰腺。“要做到這一點(diǎn)，我需要一個真正像人類大腦的大腦器官模型。我可能需要一個有意識的器官。

Muotri說他不知道用什么定義來決定一個類器官是否達(dá)到意識。他說，在某種程度上，類器官甚至可以幫助研究人員回答大腦如何產(chǎn)生意識狀態(tài)的問題。例如，加州大學(xué)圣迭戈分校的數(shù)學(xué)家Gabriel Silva正在研究Muotri的類器官中的神經(jīng)活動，以開發(fā)一種描述大腦如何產(chǎn)生意識的算法。他的項(xiàng)目部分由微軟資助，其目標(biāo)是創(chuàng)造一個像人類意識一樣工作的人工系統(tǒng)。

目前，美國和歐洲都沒有規(guī)定可以阻止研究者創(chuàng)造意識。美國國家科學(xué)院小組計劃明年初發(fā)布一份報告，概述最新的研究，并就是否需要制定相關(guān)法規(guī)做出判斷。成員們計劃在一些問題上發(fā)表意見，比如是否要獲得人們的同意將他們的細(xì)胞發(fā)展成腦類器官，以及如何人道地研究和處理類器官。國際干細(xì)胞研究學(xué)會也在研究類器官的指導(dǎo)方針，但沒有提到意識，因?yàn)樗J(rèn)為科學(xué)還沒有做到這一點(diǎn)。

Hyun說，美國國立衛(wèi)生研究院的神經(jīng)倫理小組還沒有看到任何關(guān)于創(chuàng)造復(fù)雜、有意識的類器官的建議，這將需要新的指導(dǎo)方針。Muotri說，他也不知道還有誰在故意嘗試創(chuàng)造有意識的類器官，盡管根據(jù)某些定義，一個足夠復(fù)雜的類器官可能偶然地達(dá)到這種狀態(tài)。

不過，Muotri和其他人說，他們歡迎一些指導(dǎo)方針。這可能包括要求科學(xué)家證明他們使用的人類大腦器官的數(shù)量，只將它們用于無法以任何其他方式進(jìn)行的研究，限制可能施加在它們身上的痛苦，以及人道地處理它們。

提前提出這樣的建議將有助于研究人員權(quán)衡創(chuàng)建有意識實(shí)體的成本和收益。許多研究人員強(qiáng)調(diào)，這樣的實(shí)驗(yàn)有可能產(chǎn)生重要的見解。蘭開斯特說:“有一些真正有意識的人患有神經(jīng)紊亂，卻沒有治療方法。”“如果我們真的因?yàn)檫@個哲學(xué)思維實(shí)驗(yàn)而停止所有的研究，”她補(bǔ)充說，“那將對真正需要一些新療法的人來說是非常壞的消息。”

然而，治療方法仍然可以在用老鼠干細(xì)胞制成的腦器官組織或常規(guī)的動物模型中進(jìn)行測試。這樣的實(shí)驗(yàn)也可以為有關(guān)使用人體類器官的倫理討論提供信息。例如，Hyun希望看到研究人員將鼠腦類器官的腦電圖模式與活鼠腦類器官的腦電圖模式進(jìn)行比較，這可能表明人類類器官如何很好地再現(xiàn)人類大腦。

在Muotri看來，研究人體類器官組織和實(shí)驗(yàn)小鼠沒有什么區(qū)別。“我們使用的動物模型是有意識的，沒有問題，”他說。“我們需要前進(jìn)，如果結(jié)果證明他們有了意識，老實(shí)說，我不認(rèn)為這有什么大不了的。”

相關(guān)參考：

1. Trujillo, C. A. et al. Cell Stem Cell 25, 558–569 (2019).2. Vrselja, Z. et al. Nature 568, 336–343 (2019).3. Monti, M. M. et al. N. Engl. J. Med. 362, 579–589 (2010).4. Giandomenico, S. L. et al. Nature Neurosci. 22, 669–679 (2019).5. Quadrato, G. et al. Nature 545, 48–53 (2017).6. Silva, G. A., Muotri, A. R. & White, C. Preprint at biorXiv https://doi.org/10.1101/2020.07.28.225631 (2020).