史丹佛團隊把人類腦皮質類器官移植進基因改造小鼠腦中,讓人類神經元在完整活體神經系統裡發育運作,為難以研究的腦部疾病開啟新研究途徑。
(前情提要:長生駭客 Bryan Johnson 宣稱已經「複製自己」,培養移植用的器官)
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每 20 名美國成人,就有 1 人正受嚴重精神疾病所苦;史丹佛醫學院官方新聞稿指出,思覺失調症影響超過 1% 成人、腦性麻痺則影響每 1,000 名美國人中的 3 人…。
史丹佛神經科學家 Sergiu Pașca 表示,這類疾病加總影響近五分之一人口,研究卻遠遠落後,原因是活體人腦組織幾乎拿不到:
「有些生物特徵似乎是人類獨有的,我們沒辦法在培養皿裡研究複雜的人類行為。」
不過這個困境如今出現新突破口。Pașca 團隊 2026 年 9 月 16 日在《Nature》期刊發表新方法,把人類腦皮質類器官移植進基因改造小鼠腦中,讓神經元在有血液供應、有感覺輸入的完整神經系統裡發育、連結、運作。
異種皮質化:先清空,再移植
研究人員先用基因工程培育出皮質與海馬迴幾乎不發育的「apallial」小鼠,皮質含量只有一般小鼠的 2%。
出生後不久植入人類皮質類器官(由幹細胞培養、會自我組織的腦組織,每個約含 10 萬個細胞),成為「xenocortical」(異種皮質)小鼠,方法稱為 xenocortication。
人類神經元發育速度比齧齒類慢約 20 倍,團隊 2022 年曾直接移植進新生大鼠,Pașca 形容兩套平行發育的系統當時在「爭奪地盤」;這次先清空小鼠皮質,等於幫人類組織騰出空間。
三個月增長 4.7 倍,還長出罕見神經元
移植後 2 到 3 個月間,人類組織增長 4.7 倍;第 3 個月時皮質組織以體積計超過 90% 來自人類,並長出血管、接上小鼠神經系統。
小鼠腦中還意外長出第 5 層端腦外投射神經元(L5-ET),內含類似 von Economo 神經元(VEN)的雪茄狀大型細胞,約每 9 萬個皮質神經元才有 1 個,與額顳葉失智症病理脆弱性有關,過去只見於死後人腦組織,Pașca 坦言「還不知道」原因。
Y 字迷宮工作記憶測試中,xenocortical 小鼠表現優於隨機,apallial 小鼠沒有;Pașca 提醒不能單憑此斷定人類神經元主導行為,只能說皮質「或許不是傳統認為該負責所有功能的唯一承擔者」。
缺氧 5 小時,小鼠出現腦性麻痺步態
最直接的應用是一項腦性麻痺概念驗證實驗:xenocortical 小鼠暴露低氧環境 5 小時後,人類皮質組織嚴重受損,出現步態不穩、難以平衡,與腦性麻痺兒童症狀相似;正常小鼠與 apallial 小鼠幾乎不受影響。產前缺氧是腦性麻痺可能成因之一,也與自閉症、癲癇有關。
癲癇同樣可望受惠,Pașca 表示:
「我們可以問,與疾病相關的人類神經元是否會產生異常迴路活動或癲癇發作,以及能否被療法矯正。」
思覺失調症與自閉症等神經發育疾病,是新聞稿點名的潛力方向,但研究本身並未實際做思覺失調症實驗,只是提出未來做法:移植患者細胞培養的類器官,觀察人類迴路改變能否在完整神經系統中產生可重現的行為後果。
額顳葉失智症研究則可觀察 VEN 是否脆弱、測試候選療法。賓州大學神經科學家 Hongjun Song 向神經科學媒體 The Transmitter 表示:「現在有了活體模型,可以直接在活體動物身上用人類細胞測試這一切。」
仍然是小鼠,模型的限制
不過這個模型還遠不成熟:移植約 6 個月後,人類組織僅相當於懷孕中期胎兒皮質,沒有分層結構,抑制性神經元不足,規模也受限於小鼠壽命。
加州大學聖地牙哥分校 Joseph Gleeson 指出,這技術並非真正造出新皮質,只是給類器官空間分裂、生長、進駐:「這是最大的發現,也是最大的限制」;Pașca 則強調:「最重要的是,這些終究仍然是小鼠。」
紐約大學生命倫理學家 Arthur Caplan 向 Gizmodo 表示質疑:「小鼠和我們還有一段距離,即使腦中有人類細胞,這個模型能否為理解人類疾病提供有用且可靠的資訊,仍是未知數。」
他認為研究自閉症「有點過度樂觀」,並預期出現批評與立法規範:「我們需要更公開透明的公共討論。」
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