实验室培养的大脑能变得有意识吗？

在Alysson Muotri的实验室里，数百个芝麻大小的微型人脑漂浮在培养皿中，电火花闪烁。

这些被称为脑器官的微小结构是从人类干细胞中生长出来的，已经成为许多研究大脑特性的实验室熟悉的固定装置。加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的神经学家穆特里发现了一些不同寻常的方法来部署他的HIS。他将有机机器人与行走的机器人连接起来，用尼安德特人的基因修改了它们的基因组，将它们发射到国际空间站的轨道上，并将它们作为模型来开发更多类似人类的人工智能系统。像许多科学家一样，穆特里暂时转向研究新冠肺炎，使用脑有机化合物来测试药物对SARS-CoV-2冠状病毒的效果。

但有一项实验比其他实验吸引了更多的关注。2019年8月，穆特里的研究小组在“细胞干细胞”上发表了一篇论文，报告了人类大脑有机体的产生，这种有机体产生了与早产儿1相似的协调波活动。这种波持续了几个月，然后研究小组关闭了实验。

这种全脑的、协调的电活动是有意识大脑的特性之一。该团队的发现促使伦理学家和科学家提出了一系列道德和哲学问题，比如是否应该允许有机类化合物达到这种高级发展水平，“有意识的”有机类化合物是否有权获得其他细胞团块所没有的特殊待遇和权利，以及意识可以从头开始创造的可能性。

许多神经学家和生物伦理学家已经想到了没有身体、有自我意识的大脑。就在几个月前，位于康涅狄格州纽黑文的耶鲁大学的一个研究小组宣布，他们已经至少部分恢复了几个小时前被宰杀的猪的大脑的生命。通过从猪的头骨上取出大脑，并给它们注入一种化学鸡尾酒，研究人员恢复了神经元的细胞功能和传输电信号的能力2。

其他实验，如在老鼠大脑中添加人类神经元的努力，也引发了一些问题，一些科学家和伦理学家认为，这些实验不应该被允许。

这些研究为那些希望避免创造意识的人和那些将复杂的有机化合物视为研究毁灭性人类疾病的手段的人之间的辩论奠定了基础。穆特里和许多其他神经学家认为，人脑有机体可能是理解自闭症和精神分裂症等独特人类疾病的关键，这些疾病不可能在小鼠模型中进行详细研究。穆特里说，为了实现这一目标，他和其他人可能需要故意创造意识。

研究人员现在呼吁制定一套类似于动物研究的指南，以指导人性化地使用大脑有机体和其他可以实现意识的实验。6月，美国国家科学院、工程院和医学院开始了一项研究，目的是概述与脑有机化合物和人-动物嵌合体相关的潜在法律和伦理问题。

对实验室培养的大脑的担忧也突显了一个盲点：神经科学家没有达成一致的方法来定义和测量意识。如果没有一个有效的定义，伦理学家担心，在实验越界之前，不可能停止它。

目前的一系列实验可能会迫使这个问题。英国布赖顿附近苏塞克斯大学的认知神经学家阿尼尔·塞斯(Anil Seth)表示，如果科学家确信有机化合物已经获得意识，他们可能需要加快步伐，就如何发生这种情况的理论达成一致。但是，他说，如果一个人偏爱的理论认为是有机体意识，而另一个人则不是，那么任何关于意识已经获得的信心都会烟消云散。“信心在很大程度上取决于我们相信什么理论。这是一个循环。“。

创建一个有意识的系统可能比定义它容易得多。研究人员和临床医生为了不同的目的，以许多不同的方式定义意识，但很难将它们综合成一个整洁的可操作的定义，用来决定实验室发育的大脑的状态。

医生通常根据患者对疼痛或其他刺激的反应是否眨眼或退缩来评估处于植物人状态的患者的意识水平。例如，利用脑电图(EEG)读数，研究人员还可以测量大脑在被电脉冲电击时的反应。有意识的大脑将比无意识的大脑表现出更复杂、不可预测的电活动，无意识的大脑会以简单、规则的模式做出反应。

但这样的测试可能不足以探测一个人是否缺乏意识。在对处于昏迷或植物人状态的人进行的大脑成像研究中，科学家们表明，反应迟钝的人可以表现出一些让人联想到意识的大脑活动-比如当被要求考虑走路时，运动区的活动。

在任何情况下，标准的意识医学测试都很难应用于培养皿中生长的脑细胞或无实体的动物大脑。当穆特里暗示他的有机体的放电模式和早产儿的一样复杂时，人们不确定该如何理解这一点。一些研究人员认为早产儿的大脑活动不够复杂，不能归类为有意识。而且有机体不能因痛苦的刺激而眨眼或退缩，所以它们无法通过意识的临床测试。

相比之下，最近杀死的猪的完整大脑更有可能具有意识所需的结构，以及动物在世时的记忆和经历所产生的联系。马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的哲学家和神经伦理学家珍汀·伦肖夫说：“想到一个充满了所有这些的大脑，很难想象大脑会是空的。”“我不知道他们在思考方面能做些什么，但肯定不是零，”伦肖夫说。就像耶鲁大学的研究小组所做的那样，让死亡的大脑重现生机，可能有可能恢复一定程度的意识，尽管科学家们煞费苦心地通过使用阻止全脑活动的化学阻滞剂来避免这一点。

研究人员一致认为，他们需要认真对待这些研究提出的可能性。2019年10月，UCSD与学生和公众一起召开了一次由大约十几名神经科学家和哲学家参加的会议，意在为未来的实验建立和发布伦理框架。但这篇论文已经推迟了几个月，部分原因是几位作者无法就意识的基本要求达成一致。

几乎所有的科学家和伦理学家都同意，到目前为止，还没有人在实验室里创造意识。但他们在问自己应该注意什么，哪些意识理论可能最相关。例如，根据一种名为综合信息论的观点，意识是整个大脑神经网络紧密连接的产物。相互作用的神经元越多，意识程度就越高--这个量被称为phi。如果phi大于零，则认为有机体是有意识的。

根据这一理论，大多数动物都达到了这个门槛。华盛顿州西雅图艾伦脑科学研究所(Allen Institute For Brain Science)所长克里斯托夫·科赫(Christof Koch)怀疑现有的任何有机体都能达到这一门槛，但他承认，更先进的有机体可能会做到这一点。

其他相互竞争的意识理论需要感觉输入或跨多个大脑区域的协调电模式。例如，一种被称为全球工作空间理论的观点认为，大脑的前额叶皮质的功能就像一台计算机，处理感觉输入并解释它们，以形成一种存在感。因为有机体没有前额叶皮质，不能接受输入，所以它们不能变得有意识。英国剑桥大学的发展生物学家马德琳·兰开斯特说：“没有输入和输出，神经元可能会相互交谈，但这并不一定意味着与人类的思维有任何相似之处。”

然而，将有机体与器官连接起来可能是一项相当简单的任务。2019年，兰开斯特的团队在老鼠脊柱和背部肌肉旁边种植了人脑有机化合物。当人体器官的神经与脊柱相连时，肌肉开始自发收缩。

大多数有机体只能复制大脑的一部分--皮层。但是，如果它们发育的时间足够长，并且有合适的生长因子，人类干细胞就会自发地重建大脑的许多不同部分，然后这些部分开始协调它们的电活动。在2017年发表的一项研究中，哈佛大学分子生物学家保拉·阿洛塔(Paola Arlotta)诱使干细胞发育成由多种不同细胞类型组成的脑有机体，包括视网膜5中发现的那些对光敏感的细胞。当暴露在光下时，有机体中的神经元开始放电。但阿洛塔说，这些细胞活跃的事实并不意味着有机体可以看到和处理视觉信息。这仅仅意味着它们可以形成必要的电路。

阿洛塔和兰开斯特认为他们的有机体太原始，没有意识，因为他们缺乏创造复杂脑电模式所需的解剖结构。尽管如此，兰开斯特承认，对于高级有机化合物，这取决于定义。她说：“如果你认为一只苍蝇是有意识的，那就可以想象有机生物可能是有意识的。”

然而，兰开斯特和大多数其他研究人员认为，与有机体相比，像恢复活力的猪脑这样的东西更有可能实现意识。由神经学家内纳德·塞斯坦(Nenad Sestan)领导的研究小组对猪的大脑进行了研究，他们试图找到新的方法来振兴器官，而不是创造意识。研究人员能够让单个神经元或群体着火，并小心翼翼地试图避免产生广泛的脑电波。尽管如此，当Sestan的团队在其中一个大脑中发现看起来像是协调的EEG活动时，他们立即停止了该项目。即使在神经学专家确认这种模式与意识不一致之后，作为预防措施，研究小组还是对大脑进行了麻醉。

塞斯坦还联系了美国国立卫生研究院(NIH)，寻求如何继续进行的指导。该机构的神经伦理学小组，包括伦肖夫和俄亥俄州克利夫兰凯斯西大学的生物伦理学家Insoo Hyun，对这项工作进行了评估，并同意塞斯坦应该继续对大脑进行麻醉。但该小组尚未就更一般的规定达成一致，也不会照例要求对有机类化合物的提案进行生物伦理评估，因为其成员认为意识不太可能出现。美国国立卫生研究院也没有给意识下一个定义。“它是如此灵活，每个人都声称自己的意思，”贤说。“如果不清楚我们谈论的是同一件事，那就是言论上的一个大问题。”

一些人认为，甚至试图识别任何一种实验室维持的大脑中的意识都是徒劳的。比利时列日大学的神经学家史蒂文·劳雷斯(Steven Laureys)说，“鉴于我们不了解意识，我们不可能对这些脑细胞群的想法或感知做出有意义的评价。”他开创了一些基于成像的植物人意识测量方法。“我们不应该太傲慢。”他说，进一步的研究应该非常谨慎地进行。

Laureys和其他人指出，有机类生物的体验很可能与早产儿、成年人或猪的体验截然不同，而且不能直接进行比较。此外，有机化合物中的结构可能太小，无法准确测量它们的活动，而有机化合物和早产儿大脑中的脑电模式之间的相似之处可能是巧合的。其他从事脑有机体研究的科学家同意劳瑞斯的观点，即一个系统是否有意识的问题可能是无法回答的。许多人完全避免这个想法。“我不知道为什么我们会试图问这个问题，因为这个系统不是人脑，”加州斯坦福大学的神经学家塞尔吉奥·帕萨(Sergiu Pasça)说。“它们是由神经元组成的，神经元有电活动，但我们必须仔细考虑如何比较它们。”

穆特里希望他的有机体系统至少在某些方面可以与人脑相媲美，这样他就可以研究人类疾病并找到治疗方法。他的动机是个人的：他14岁的儿子患有癫痫和自闭症。“他在生活中苦苦挣扎，”穆特里说。脑有机体是一条很有希望的途径，因为它们概括了大脑连接的最早阶段，而随着人类胚胎的发育，这些阶段是不可能研究的。但是，他说，在没有一个功能齐全的大脑的情况下研究人类大脑障碍，就像研究一个不能产生胰岛素的胰腺一样。“要做到这一点，我需要一个真正像人脑的大脑器官模型。我可能需要一个能变得有意识的有机体。“。

穆特里说，他不知道应该用什么定义来决定有机物质是否达到意识。他说，在某种程度上，有机化合物甚至可以帮助研究人员回答有关大脑如何产生意识状态的问题。例如，加州大学圣迭戈分校的数学家加布里埃尔·席尔瓦(Gabriel Silva)正在研究穆特里的有机体中的神经活动，以开发一种描述大脑如何产生意识的算法6。他的项目的部分资金来自微软，其目标是创造一个工作方式类似于人类意识的人工系统。

目前，美国或欧洲没有任何法规可以阻止研究人员创造意识。国家科学院小组计划在明年初发布一份报告，概述最新的研究，并对是否需要监管做出判断。成员们计划就一些问题发表意见，比如是否要征得人们的同意才能将他们的细胞发展成脑器官，以及如何以人道的方式研究和处理有机物质。国际干细胞研究协会(International Society For Stem Cell Research)也在研究有机体指南，但没有涉及意识，因为它认为科学还没有到位。

Hyun说，NIH神经伦理学小组还没有看到任何创造复杂的、有意识的有机类化合物的建议，这将需要新的指导方针。穆特里说，他也不知道还有其他人故意尝试创造有意识的有机类化合物，尽管根据某些定义，足够复杂的有机类化合物可能会意外地达到这种状态。

尽管如此，穆特里和其他人表示，他们将欢迎一些指导方针。这些措施可能包括要求科学家证明他们使用的人脑有机化合物的数量，只将它们用于任何其他方式无法完成的研究，限制可能给它们造成的痛苦的数量，并以人道的方式处理它们。

提前准备好这样的建议将有助于研究人员权衡创建有意识实体的成本和收益。许多研究人员强调，这样的实验有可能产生重要的见解。兰开斯特说：“有一些真正有意识的人患有神经性疾病，没有任何治疗方法。”“如果我们真的因为哲学思维实验而停止所有这项研究，”她补充说，“那将对需要一些新治疗的真人非常不利。”

然而，治疗方法仍然可以在使用小鼠干细胞制造的脑器官中进行测试，或者在常规动物模型中进行测试。这样的实验还可以为关于人类有机化合物道德使用的讨论提供信息。例如，Hyun希望看到研究人员将小鼠脑有机化合物的脑电图模式与活着的小鼠的脑电模式进行比较，这可能表明人类有机化合物对人脑的概括有多好。

对于穆特里来说，他认为在人类有机体上工作和在实验室老鼠上工作没有什么不同。“我们研究的动物模型是有意识的，没有问题，”他说。“我们需要向前迈进，如果事实证明他们变得有意识，老实说，我不认为这是什么大不了的事。”