科学家们开发了一种创新方法，通过在实验室中培育类似大脑的微型结构来研究严重的精神健康问题。
尽管这些微型大脑只有豌豆大小，但研究人员认为它们可能有助于揭示精神分裂症和双相情感障碍等影响全球数百万人的疾病的重要线索。
精神健康障碍是诊断和治疗最具挑战性的医学病症之一。与许多身体疾病不同，医生通常无法依靠简单的血液检测、脑部扫描或实验室测量来确认诊断。
相反，他们通常需要评估症状、观察行为，并与患者广泛讨论其经历。这个过程可能会很复杂，因为许多症状在不同的精神健康障碍之间有重叠。
精神分裂症和双相情感障碍是这一挑战的典型例子。精神分裂症可能涉及幻觉、妄想以及思维和感知方面的困难。双相情感障碍的特点是情绪、能量和活动水平的重大波动。
尽管这些疾病不同，但某些症状可能看起来相似，使得在某些情况下诊断变得困难。研究人员长期以来一直在寻找能够帮助医生更准确区分它们的生物标志。
约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的一组科学家现在已经朝着这一目标迈出了重要一步。他们利用先进的干细胞技术，创造了小型脑类器官，通常被称为"微型脑"。
干细胞是能够发育成体内多种不同类型细胞的非凡细胞。通过在实验室中仔细引导这些干细胞，研究人员可以创造出类似于人类大脑某些部分的结构。
在这项研究中，研究人员收集了被诊断为精神分裂症的人、被诊断为双相情感障碍的人以及没有已知精神疾病的健康人的皮肤和血液样本。他们将这些样本转化为干细胞，然后促使它们发育成微型脑类器官。
这些类器官并不是真正的人类大脑。它们不能思考、感受情绪、形成记忆或体验意识。然而，它们包含几种重要的脑细胞，使科学家能够研究脑网络如何发育和交流。
这些类器官被设计成类似于前额叶皮层的部分，前额叶皮层是大脑中参与计划、决策、推理和其他高级心理功能的区域。
这些微型大脑还发育出了髓鞘，这是一种包围神经纤维的脂肪保护层。髓鞘帮助电信号在脑细胞之间快速有效地传递。脑细胞之间的健康交流对正常的大脑功能至关重要，而这些信号的中断可能会导致精神健康障碍。
为了研究这些类器官的功能，研究人员将它们放置在包含微型电极的特制微芯片上。这些电极实时记录来自脑细胞的电活动。类似于脑电图（EEG），该系统使科学家能够观察神经元如何相互交流。
当研究人员分析电信号时，他们发现了从健康个体培育的类器官与从精神分裂症或双相情感障碍患者培育的类器官之间的明显差异。神经元产生的活动模式取决于细胞来源的疾病类型。
这些电活动模式似乎像生物指纹一样。研究人员随后使用了机器学习，这是一种能够识别大量数据中模式的人工智能。计算机系统检查了电活动，并尝试识别每个类器官属于哪一组。
结果令人印象深刻。最初，该系统正确分类类器官的准确率高达83%。研究人员随后施加了温和的电刺激，以鼓励微型大脑内产生更多活动。经过这种刺激后，准确率提高到了92%。
这一发现表明，精神分裂症和双相情感障碍可能各自在脑网络中具有独特的电学特征。科学家将这些模式称为电生理特征，即脑细胞产生的电活动的特征模式。
如果未来的研究证实这些发现，医生可能最终将拥有更客观的工具来诊断精神健康状况。
这项研究还可能有助于改善治疗。目前，找到合适的药物通常涉及试错。患者可能需要花费数月甚至数年尝试不同的药物，才能找到一种能有效管理其症状的药物。有些人对常用处方药反应不佳，包括氯氮平等治疗方法。
未来，医生可能能够在开药前直接在患者自己的实验室培育的脑类器官上测试药物。通过观察微型大脑对不同药物的反应，研究人员可能能够预测哪种治疗对特定个体最有效。
这种个性化方法可以减少不必要的副作用，并缩短找到有效治疗所需的时间。
该研究仅涉及12名患者的样本，因此在研究结果能够应用于临床实践之前，还需要进行更大规模的研究。研究团队已经在与其他专家合作，收集更多样本，并研究不同药物和剂量如何影响类器官。
尽管还有很多工作要做，但这项研究为精神健康研究的未来提供了令人兴奋的一瞥。实验室培育的微型脑类器官最终可能为科学家提供一个强大的新工具，用于理解精神疾病、改进诊断并开发更个性化的治疗方法。
该研究发表在APL Bioengineering期刊上。科学家们希望该领域的持续进展将带来更快的诊断、更有效的治疗，以及为全球患有严重精神健康状况的人们带来更好的结果。
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