과제: 우리의 두뇌는 수천억 개의 뉴런과 그 사이의 셀 수 없이 많은 네트워크로 인해 매우 복잡하며 적응력이 얼마나 되는지를 포함하여 우리가 이해하지 못하는 기관이 여전히 너무 많다.

동물 연구는 격차를 메우는 데 도움이 될 수 있지만, 그로부터 얻은 통찰력은 사람에게 전달되지 않는 경우가 많으며, 접시에 담긴 인간 뇌 세포에 대한 실험은 유용할 수 있지만 뇌의 복잡성을 전체적으로 재현할 수는 없다.

이 모든 것이 뇌에 영향을 미치는 수백 가지 질병을 치료하고 뇌-컴퓨터 인터페이스처럼 뇌와 원활하고 안전하게 상호 작용할 수 있는 기술을 개발하는 것을 어렵게 만든다.

하이브리드 두뇌: 새로운 컬럼비아 대학교 연구에 따르면 두뇌는 우리가 생각했던 것보다 더 적응력이 있을 수 있다.

연구팀은 이전 연구를 통해 다른 종의 세포를 발달 단계에서 너무 늦게 도입하면 뇌가 통합하는 데 어려움을 겪는다는 사실을 알고 있었기 때문에 쥐의 줄기세포를 불과 몇 시간밖에 안 된 쥐의 배아에 삽입했다.

쥐의 뇌는 일반적으로 쥐의 뇌보다 느린 속도로 발달하지만, 쥐의 세포는 숙주의 지시를 따라 쥐의 세포와 같은 속도로 성장하고 쥐의 뇌에서 연결을 형성했다.

볼드윈은 “쥐의 뇌 전체에서 쥐 세포를 볼 수 있었는데 이는 우리에게 상당히 놀라운 일이었다.”라고 말했다. "이것은 삽입에 대한 장벽이 거의 없다는 것을 알려주며, 많은 종류의 쥐 뉴런이 유사한 쥐 뉴런으로 대체될 수 있음을 시사한다."

냄새를 맡다: 이전에 두 종의 뇌 세포를 가진 동물이 만들어졌지만 컬럼비아 실험은 독특했다. 쥐가 쥐의 뇌 부분에서 입력한 정보를 사용하고 행동을 취한다는 것을 증명할 수 있는지 여부를 테스트했다.

이를 위해 그들은 후각 뉴런(후각에 필요한 뇌 세포)이 없거나 기능하지 않는 버전을 개발하도록 쥐를 유전적으로 조작했다. 그들은 또한 쥐 세포로 만든 하이브리드 두뇌를 그들에게 주었다.

그런 다음 연구자들은 쥐의 후각 뉴런을 사용하여 냄새를 맡을 수 있는지 테스트하기 위해 설치류의 우리에 쿠키를 숨겼다. 그 결과 다양한 수준의 성공을 거둘 수 있었다. 쥐의 후각 뉴런이 없는 쥐는 방금 뉴런이 비활성화된 쥐보다 더 나은 성과를 거두었다.

볼드윈은 “이는 대체 뉴런을 추가하는 것이 플러그 앤 플레이가 아니라는 것을 의미한다.”라고 말했다. "기능적 대체를 원한다면 그냥 앉아 있는 기능 장애 뉴런을 비워야 할 수도 있다. 이는 일부 신경퇴행성 질환과 자폐증 및 정신분열증과 같은 일부 신경발달 장애의 경우일 수 있다."

미래 전망:  컬럼비아 팀은 쥐 세포가 생쥐에서 나타나는 위치를 제어할 수 없었다. 이는 연구를 통해 태어난 각 쥐가 다른 쥐와 약간 다르다는 것을 의미한다. 세포 분포에 대해 더 많은 통제력을 발휘하는 방법을 알아내는 것이 향후 연구의 목표이다.

궁극적으로 그들은 그들의 접근 방식이 언젠가는 모든 종류의 하이브리드 뇌를 가진 동물을 만드는 데 사용될 수 있으며 잠재적으로 인간 뇌 회로를 가진 동물을 만드는 데 사용될 수 있다고 믿는다. 이는 인간 뇌 질환에 대한 치료법과 새로운 뇌 기술을 테스트하는 데 매우 중요할 수 있다.

볼드윈은 Fierce Biotech에 "적어도 이러한 모델을 사용하면 임상 시험보다 저렴한 비용으로 다양한 실험을 시도할 수 있다."라고 말했다. "이전에는 볼 수 없었던 유형의 모델이다."