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“人造大脑”有伦理问题吗?

时间: 2020年02月27日 | 作者: Admin | 来源: 神经现实
一个好的大脑模型,肯定要尽可能和人脑一样,但是越像人脑,就越会碰到那些你不能直接用人脑做实验的伦理问题。


  我们是谁?我们何以为人?每个人都深深地认为,大脑是回答这个问题的核心。这个与我们格外相关的问题,也是科学家对大脑感兴趣的原因之一。但是事实在于,无论本意多好,你能想到的实验中很大一部分都有违道德之嫌。以往神经科学家别无他法,受伦理、实践和概念的限制,只能用实验动物的大脑或者培养皿中分离出的单个神经元进行研究。


  2008年类脑器官诞生,为我们打开了新世界。类脑器官是用人类干细胞培育的一小团类似大脑的自组织结构,其中的神经元有电活动。虽然不比一颗豌豆大多少,但是类脑器官可以大大帮助增加我们对大脑的理解。实验室里观测不到的大脑活动和病变,可以借助类脑器官来复现。在类脑器官的帮助下,科学家已经在精神分裂症、孤独症谱系障碍以及寨卡病毒所致的小头畸形上取得了一些成果。


  类脑器官的研究同时也面临着道德两难。斯坦福大学专研生命科学伦理与法制的教授汉克·格里利(Hank Greely)说:“一个好的大脑模型,肯定要尽可能和人脑一样,但是越像人脑,就越会碰到那些你不能直接用人脑做实验的伦理问题。”


  在大众眼中,类脑器官被夸张地形容为“迷你大脑”。往往关注的是这个器官组织有没有意识,能不能意识到它作为一种非正常的存在是一种折磨。专家们操心的问题更迫切、更现实,没有这么吓人,也不会让类脑器官的研究误入歧途,带来复杂的道德问题。毕竟,谁都不想看到类脑器官的发展潜力被随便抛弃。


从这张显微照片可以看到,类脑器官的细胞分化形成了和胚胎组织相关的结构。绿色细胞是神经元的祖细胞,红色细胞是正在迁移并形成大脑皮层的未成熟神经元。类脑器官和大脑越来越接近,研究人员必须密切注意由此可能引发的伦理问题。   

从这张显微照片可以看到,类脑器官的细胞分化形成了和胚胎组织相关的结构。绿色细胞是神经元的祖细胞,红色细胞是正在迁移并形成大脑皮层的未成熟神经元。类脑器官和大脑越来越接近,研究人员必须密切注意由此可能引发的伦理问题。   从这张显微照片可以看到,类脑器官的细胞分化形成了和胚胎组织相关的结构。绿色细胞是神经元的祖细胞,红色细胞是正在迁移并形成大脑皮层的未成熟神经元。类脑器官和大脑越来越接近,研究人员必须密切注意由此可能引发的伦理问题。   


  举个例子,唐纳德·奥罗克( Donald O’Rourke )是一位神经外科专家,就职于宾夕法尼亚大学的佩雷尔曼医学院。他在用类脑器官(包括移植到啮齿动物的)研究一种恶性脑癌的治疗方案。类脑器官的伦理对他来说不成问题。他说,“我研究的是一种15个月内就能要人性命的恶性疾病。现在,我们已经开发出了一种先进的诊断工具来实时评估哪种治疗方案有效。依我之见,这就解决了伦理问题。”


  类器官科学正不断向前发展。虽然距离类器官感觉到疼痛或者有自己的意识还很远,格里利和其他的伦理学家还有生物学家强调讨论这些宜早不宜晚。为此,他们采取协作的方式让科学和伦理学尽早开展共同研究。首先,他们需要详细讨论类脑器官与真正的大脑之间的区别,制定便于比较两者的标准。


  无意识,但是越来越复杂


  类脑器官没有意识,在可预见的未来也不会拥有意识。这是当今的类脑器官研究领域的普遍共识。同样来自佩雷尔曼医学院的神经外科教授陈汉基(Han-Chiao Isaac Chen)说:“哪怕是跟老鼠的大脑相比,类脑器官也还处在非常初级的发展阶段,更不用说和人类的大脑相比了。”


  就算是最先进的类脑器官也不具备人脑的大小、结构和连接性、缺乏重要的细胞类型,也没有血管来保证器官的营养供给和健康维护。它们不成熟,根据技术评估,它的发育年龄相当于孕中期胎儿的大脑。最重要的是,它没有感觉输入。佩雷尔曼医学院的神经科学专家宋红军(Hongjun Song,音译)说,“我们之所以自称‘我们’,是因为我们的感觉经验。培养皿中的类脑器官不能像真正的大脑那样,在发育过程中接受刺激,进而形成脑回路。”



  简而言之,类脑器官远远没有到达产生意识的程度。哈佛大学高级科学家约翰·阿赫(John Aach)和他的同事,遗传学家和系统生物学家乔治·丘奇(George Church)直言,“这就给了我们好几年的安全周期”。


  但是,这个领域中的每一位研究者都认识到,类脑器官正在变得越来越复杂、越来越真实。凯斯西储大学的生命伦理学家玄仁洙(Insoo Hyun)近日在网上发表了一篇文章,其中说到,未来五年左右,研究人员很可能会创造出具有功能血管网络和完整脑细胞类型的类脑器官。与此同时,类脑器官也能被按照特定脑区进行设计,从而进行处理神经数据输入,以及电信号输出。不仅如此,研究人员正在做的或者想要做的很多实验,都需要把类脑器官移植到小鼠或者其他的实验动物身上。类脑器官会融合进这些动物中真实存在、高度发达的功能性神经系统。所以,即使在未来几年中类脑器官不会越过意识或者疼痛的感觉这道门槛,我们也有足够的理由担心有一天它会跨过去。


  不完全规范手册


  类脑器官的研究并非存在于监管真空的范畴。目前,针对其他类型的生物学研究的监管体系对类脑器官的研究提供了很多伦理保护。


  因为类脑器官是从诱导多能干细胞中培养出来的,所以,类脑器官进行研究的实验已经在一定程度上受现有的伦理规范制约了。有具体的规则和指导监管科学家能从何处获得这些细胞、这些细胞又可以被移植到哪些实验动物身上(灵长类显然不可以)。科学家、法学、伦理学以及社会学的专家组成的委员会,监督这些细胞的使用过程。同理,当类脑器官被移植到动物当中时,这些实验就会落到动物福利委员会的监督范围内。


类脑器官的神经元投射轴突(红色)在培养皿中生长。它们的细胞核被染成蓝色。

类脑器官的神经元投射轴突(红色)在培养皿中生长。它们的细胞核被染成蓝色。类脑器官的神经元投射轴突(红色)在培养皿中生长。它们的细胞核被染成蓝色。


  但是,因为类脑器官本身的特殊性,我们不能确定以往规范中的条例该如何实施、有无必要实施。


  就拿“14天原则”来举个例子。这条规定用来限制人类胚胎体外培养的时间。受精卵在14天就会形成特定组织结构的胚胎,这意味着神经系统已经开始聚集。但是,14天原则对类脑器官并不适用,因为它的生长过程中并没有形成真的胚胎。类脑器官是通过一个完全不同的方式形成神经机制的。最主要的是,类脑器官产生的是大脑的结构,使用14天原则来规定类脑培养就没有意义。所以,如阿赫所说,类脑器官的“特点在于,你知道你离那些在过去产生道德困境的问题不远了”。


在加州大学圣地亚哥分校的实验室中,阿利松·莫特瑞持有一个含有脑类器官的培养皿(左)。类脑器官(右),即那些可以在实验中替代人脑组织的微小自组织细胞团块,目前非常简单,但是科学家们正在努力使它们在形式和功能上更像真实的大脑部分。

在加州大学圣地亚哥分校的实验室中,阿利松·莫特瑞持有一个含有脑类器官的培养皿(左)。类脑器官(右),即那些可以在实验中替代人脑组织的微小自组织细胞团块,目前非常简单,但是科学家们正在努力使它们在形式和功能上更像真实的大脑部分。在加州大学圣地亚哥分校的实验室中,阿利松·莫特瑞持有一个含有脑类器官的培养皿(左)。类脑器官(右),即那些可以在实验中替代人脑组织的微小自组织细胞团块,目前非常简单,但是科学家们正在努力使它们在形式和功能上更像真实的大脑部分。


  类脑器官并不严格遵循委员会的监管:它不属于人体试验、不属于动物实验,还不属于体外干细胞研究的范围。格里利说:“类脑器官无需监管机制,这在目前来看不是坏事。但是,这其中确实存在需要填补的空白,以防类脑器官走上一条带来现实问题的道路。”


  当下,伦理学家和科学家正共同致力于制定适用于类脑器官的规范。与科学方面相比,伦理方面的讨论进展得很快。美国国立卫生研究院(The National Institutes of Health,简称NIH)已经主办了几起会议和工作坊,也有一些声音呼吁应该创立另外的监管委员会。科学家和伦理学家私下也有联系。格里利记得早在2013年就有实验人员写电邮寻求开放对话。加州大学圣地亚哥分校的生物学家阿利松·莫特瑞(Alysson Muotri)已经组织了会议邀请伦理学家、干细胞生物学家以及意识领域的研究人员共同参与。



  头脑风暴协作伦理


  与此特别相关的是头脑风暴项目。这是一个为期两年,由NIH资助的项目,玄仁洙和哈佛大学伦理学家扬汀·伦少夫(Jeantine Lunshof)共同担任联合主席。为了免去等待伦理学家和科学家在民间慢慢形成志愿组织,这个项目为伦理学家和科学家组成的小型工作组提供机构性的支持。这样,他们就能确定需要关注的伦理问题,同时也能向NIH推荐需要资助的类脑器官研究领域。


  头脑风暴项目在伦少夫的日常实践中成形。自2002年以来,她一直和哈佛大学威斯学院混合型机器人团队和丘奇实验室的研究团队一起工作(她在实验楼层有一间办公室)。她全程参与了生物学家的研究。不仅参加每星期的研究员会议,而且还仔细研究实验设计、阅览新论文、参与正在进行的研究关于方法和目标的讨论。


  她说这是一条双向车道。她对生物学家做的工作提出问题并且进行学习,反过来,生物学家也会更了解伦理学家的意见。这种日常的接触有助于促使生物学家在他们觉得自己已经踏入、或者即将踏入道德灰色地带时候,主动来咨询她的意见。伦少夫说:“这是一个不断相互学习的过程。”她还补充,这是未来类脑器官研究的方向,她称之为“合作型伦理”(collaborative ethics)。


扬汀·伦少夫(Jeantine Lunshof)

扬汀·伦少夫(Jeantine Lunshof)扬汀·伦少夫(Jeantine Lunshof)


  她很谨慎地把自己的角色和裁判区分开来。她说,“我不是道德警察,也不是监督员。这不是我的目的。”反之,合作型伦理指的是“科学家和我们一起工作,我们也和科学家一起工作,以来共同探寻可能的未来,发现科学家到底需要什么”。


  头脑风暴项目与此一脉相承。它的目的不是立马建立起一系列类脑器官研究的规范。玄仁洙认为当下“要建立整个研究规范还为时过早,还不能确定说‘这是红线,不能越界’”。尽管他确实想通过和项目成员的讨论,为以后的政策制定提供指导,但是眼前“需要道德和科学共同发展。道德不能总是被动地对科学研究作出反应,而是要尽早参与,帮助科学研究走上一条对社会负责的道路”。


  尽管在头脑风暴项目的会议中,常常会不可避免地出现关于类脑器官的意识、疼痛的感觉、自我识别以及其他令人担忧的特性出现的讨论,但这不是他们关注的焦点——毕竟这些还太遥远。相反,伦少夫、玄仁洙和他们的同事们想要确立更直接、更值得考虑的道德问题。玄仁洙认为,讨论类脑器官的意识是很重要,“但是仅仅关注这一点就可能错过其他更紧迫、更重要、更惊奇的问题。这些才是我们现在关心的”。


  大脑之为大脑的标准


  玄仁洙首先要做的,是证实科学的进程确实如它所展示的那样。很多科学问题可能看起来并不直接与道德领域相关。但是弄清楚这些研究带来的现实效力对确立科学伦理很重要。假如这些研究的成果没用,那么造成的任何伤害都是不可接受的。类脑器官是否真如科学家所说,就是大脑的模型呢?类脑器官被培育出来以后怎样恰当地运用它?基于治疗目的所做的各种不同的类器官实验都是道德的吗?还是说,只有在特定条件下才可以?


  随着进一步的研究,区分类脑器官和真正的大脑变得十分重要。这些区别不局限于那些最明显的差异,比如大小和连接性。哈佛大学保拉·阿尔罗塔(Paola Arlotta)实验室的博士后布鲁纳·保尔森(Bruna Paulsen)说:“我们知道类脑器官的神经元在运转,我们知道这些神经元互相有连接,但是这说明了什么?”



  陈汉基认为“我们需要考虑一些重要的问题,比如它们究竟存在什么类型的基础电活动”。举一个例子,莫特瑞和几个同事最近引起了一场轰动,也引发了一些担心。去年秋天,他们发布称类脑器官的脑电波与新生儿的大脑皮层的脑电波非常类似。但是有科学家质疑对这一结果的解释。在人脑中,电活动依赖于解剖学结构和细胞类型,这两者都是类脑器官没有的。既然没有这样的特点,把人脑和类脑器官的电活动做比较就会产生误导,还会产生不必要的担心(对莫特瑞来说,这些争论表明了干细胞研究者需要与人类发育、意识以及其他自己不熟悉的领域之间合作与对话)。


  讨论还涉及到类脑器官可以存活多长时间、怎样在类脑器官的复杂性与可控性之间平衡,以及如何面向公众讨论这项工作(伦少夫和格里利提到公众把类脑器官叫作“迷你大脑”。尽管之前很多科学家都接受了这种说法,但是结果引起了大众不必要的警觉)。


 玄仁洙(Insoo Hyun)

 玄仁洙(Insoo Hyun) 玄仁洙(Insoo Hyun)


  研究人员如何取得类脑器官实验的知情同意,现在也被纳入了考量的范畴。生物学家和伦理学家正试图解决这个问题:是否应该告诉研究参与者他们皮肤细胞的去处?这些细胞会转移到多能干细胞中,用于培养出一个类脑器官。假如告诉他们,又究竟应该告诉他们多少呢?莫特瑞根据他最近的工作修改了知情同意书,增加了关于类脑器官以及它会产生某种特定类型的电信号的讨论。他说:“我第一次碰到了一家人因此决定不参加这项研究。并不是所有人都愿意往这个研究方向捐赠自己的细胞。”


  究竟什么是意识?


  即便如此,类脑器官也还不够复杂,莫特瑞仍然在继续他雄心壮志的研究。他的研究会帮助他进一步扩展生物学和伦理学研究的版图。莫特瑞尤其想通过监测类脑器官的电活动,设计一个特殊的实验来追踪潜在意识。


  目前为止,此类研究大多选择病人模拟测试。例如,有科学家建议,应该建立某种算法来测量昏迷病人的脑电波,以此作为意识的标志。然后,稍作修改应用到类脑器官的电活动的研究上。


  但是科学家们就这样做是否有成效并没有达成一致,陈汉基说:“说实话,连该怎么做都没什么头绪。”尤其在类脑器官电活动很微小的情况下。而且这样的测量从来没有在培养皿中或者动物身上得到证实,没有办法比较测量的效果。



  陈汉基认为,类脑器官的主要研究已经从细胞组成、基因表达、制作章程等方面慢慢向理解电活动的方向进发。但是“当下能做的只有测量类脑器官的电活动,看看我们能发现什么。我认为未来五年,会有一大批关于电活动的论文出来”。


  莫特瑞想要在这方面做出成绩。他要做的其中一个实验是麻醉类脑器官,然后测量它的反应。假如特定的电信号在麻醉后消失了,但是在复苏后又出现,那么其中的含义就很有趣了(莫特瑞提到这个很谨慎,说这不过是开始,不能就此证明意识存在)。他还想培养类脑器官疼痛接受的神经,这样就可以收集更多知觉信息,用以测试这些神经对刺激如何反应。他说,“我们不能百分之百肯定这样做对不对”,但是这样做“可能会帮助”他们,指出下一步的研究方向。


  莫特瑞还说最近他研究出了“类脑器官意识研究进展图”。研究人员可以通过一组用“是”或者“不是”回答的问句来掌握进度。这些问题包括:类脑有皮层吗?皮层的电信号和脑电波相像吗?除了皮层外还有其他结构吗?有的话它们如何关联?类脑能控制附属的身体部件吗?类脑能接收信号输入吗?


  伦少夫说,制定一个明确的道德指南或者清晰的准则“比看起来要难得多,研究得越多就越不确定”。但是她还是对未来科学家和伦理学家的合作怀有希望,她说,“我已经实践这项工作15年了。是的,它是有效的。”