伦敦国王学院的科学家做到了一件听起来像科幻的事：他们在实验室的培养皿里，用人类神经元搭出了一块功能性的"电路板"，它的连接逻辑和人类大脑皮层高度相似，而且可以按需定制、按病种编程。
这套名为"BioConNet"的生物工程平台于2026年2月正式发表于《先进医疗保健材料》期刊。它的出现，让研究人员第一次能够在大规模复杂回路和单个神经元连接这两个尺度之间自由切换，为神经退行性疾病的研究打开了一扇以前根本不存在的门。
过去，神经科学家要在实验室里研究大脑回路，通常只有两条路走：一是用动物模型，但动物大脑与人类差异巨大，许多发现很难直接转化为临床；二是用类器官或现有商业化培养系统，但这些系统对回路的生长方向和连接方式几乎无法控制，更像是"随机生长的神经细胞团"，而非结构清晰的功能回路。
培养神经元之间正在形成连接。绿色神经元正在与红色神经元形成连接。放大图像中的白线显示比例尺：该线长 200 微米。图片来源：伦敦国王学院
BioConNet走了一条完全不同的路。研究团队将微流控技术和3D打印模具结合起来，将生物相容性聚合物铸造成漏斗形结构，其中带有精细的微槽。神经元顺着这些引导结构自然生长，最终到达研究人员预设的位置，自我组织成稳定的回路单元。
关键在于，这是一套完全开放的系统，没有任何顶部通道或物理屏障来限制神经元的自组织行为。第一作者Pacharaporn Suklai解释说，正因为没有硬性约束，神经元才能按照更接近真实大脑的方式伸展和连接，而引导结构只是在恰当的时机轻推它们一把。
找到最佳生长条件是整个过程中最烧脑的部分。研究团队反复测试了模具留置时间和细胞接种数量的不同组合，发现只有在两个参数都恰到好处的情况下，神经元才会形成一个持续稳定的连接单元，否则它们会分裂成多个孤立的细胞簇，彼此无法持续通信。
人类大脑皮层并非单纯由神经元构成。在这片负责思维、语言和感知的组织里，支持细胞（即神经胶质细胞）的数量是神经元的约10倍。它们构成微观层面的脚手架，调节神经元的生化环境，并直接影响整个网络的电学特性。
研究人员利用3D打印模具浇铸生物相容性聚合物，然后让神经元在其中生长。这样就可以将神经元引导至培养皿的不同区域。左图：未添加聚合物装置的培养皿上生长的神经元。右图：带有凹槽聚合物装置的培养皿上生长的神经元。图片来源：伦敦国王学院
研究团队在BioConNet的培养皿中同步加入了神经胶质细胞，这让人工神经网络的结构和功能都更接近真实脑组织。不仅神经元不再轻易从培养皿底面脱落，整个回路的电活动模式也随之发生了可量化的变化。这一细节颇具意义，它说明任何试图模拟大脑回路的体外系统，如果忽略胶质细胞的角色，得到的结论都可能存在系统性偏差。
研究团队还将BioConNet的尺寸和细胞密度调整到了与人类大脑皮层回路相近的参数区间，这是它区别于早期同类平台最核心的地方之一。越接近真实的生理参数，实验结果向临床转化的可信度就越高。
BioConNet的最直接用途，是作为研究神经退行性疾病的基因效应平台。这套系统可以便捷地引入与特定疾病相关的基因变异，然后观察这些变异如何在回路层面改变神经元之间的信息传递。这恰恰是目前神经科学研究中最难触及的一个维度。
我们知道很多基因与阿尔茨海默病、额颞叶痴呆或肌萎缩侧索硬化症（ALS）有关，但这些基因具体通过什么机制扰乱神经回路的正常运作，目前仍是大片空白。动物模型能给出部分答案，但人类特异性的回路效应往往在小鼠身上无从体现。BioConNet提供的是一个用真实人类神经元构建的功能性回路，同时保留了精确的基因操控能力，两者的结合是以往研究手段所无法实现的。
资深作者、英国痴呆症研究所组长Andrea Serio博士表示，团队下一步将聚焦于额颞叶痴呆和ALS相关基因的回路效应研究，目标是找到细胞死亡机制中的关键节点，并在此基础上测试新的潜在疗法。
值得一提的是，这项研究从一开始就选择了开源策略。全套操作流程已发布于PLOS Biology期刊和GitHub，任何实验室都可以直接取用设计方案、自行复现，并在此基础上针对各自的研究问题做进一步开发。"对我们来说，让这个平台产生尽可能大的影响至关重要，"Serio博士说。
在一个神经科学工具往往被专利和商业壁垒保护得密不透风的领域，这个选择本身，也许同样值得记上一笔。
信息来源：https://phys.org/news/2026-02-bioengine ... imics.html
