机器之心报道
机器之心编辑部

人类心脏可以在没有来自大脑信号的情况下跳动 ， 此属性是高级动物心脏特有的 ， 其在一组专门的细胞中产生 ， 细胞产生周期性的电振荡和机械反馈 ， 该过程的机制尚不完全清楚 。

【用人类心脏细胞造机器鱼，游泳速度比真鱼还快，哈佛新研究登上Science】虽然不知道心脏起搏作用的确切机制 ， 但我们是否可以自建一个「心脏」来复制这种物理过程？有科学家已经做到了 。
今天的主角 ， 是一条条活蹦乱跳的「鱼」 。

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这条鱼在葡萄糖盐溶液中四处游荡 ， 尾巴有节奏地左右摆动 。 你可能很难相信 ， 这种摆动来源于人体心脏跳动的力量 。
这是由哈佛大学和埃默里大学的科学家研发的一种「合成鱼」装置 ， 是由活的心肌细胞（由人类干细胞培育而成）组成的 ， 它可以持续游动 100 天以上 。 研究登上了顶级学术期刊《Science》 。

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论文地址：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh0474
这条合成鱼的创造基于人体心脏的两个关键调节特征：(1) 心脏自发发挥作用 ， 无需有意识的输入（自动性）；(2) 由机械运动（机械电信号）发起的信息传递 。
这项研究收获的经验有助于研究人员更细致地研究心脏疾病 。 论文作者之一、哈佛大学生物工程师 Kevin Kit Parker 说：「研究的最终目标是建造人造心脏来替代儿童畸形心脏 。 」
创建外观结构和心脏相似的东西相对容易 ， 而制作实际功能类似心脏的模型则是一个艰巨的挑战 。 蠕动的鱼型机器人是朝着这一目标迈出的一大步 ， 它建立在之前两项使用大鼠心肌细胞的研究基础之上 ， 一个是构建人造水母 ， 另一个是半机械黄貂鱼 。
「我可以用 Play-Doh 构建一个模型心脏 ， 但这并不意味着我可以构建一个心脏 。 」Parker 说道 。 培养其他细胞相对容易 ， 但无法通过设计使用其他细胞来概括一个在人体生命周期中跳动超过 10 亿次的系统的物理特性 。
这也正是挑战的关键问题所在 。 此次用人体心脏细胞进行的合成鱼研究 ， 就是想打开这个问题的突破口 。
用心脏细胞做的「鱼」什么样？
首先来看这条合成鱼的构造 。
在设计上 ， 一方面 ， 这条鱼有双层肌细胞 ， 尾鳍两侧各有一层 。 当一侧收缩时 ， 另一侧伸展 ， 这使得对机械运动敏感的离子通道打开 ， 导致带电离子流入并在该侧收缩 。
整体而言 ， 该鱼是由 73000 个活体心肌细胞（cardio myocyte, CM）组成 ， 水凝胶纸复合体总长为 14 毫米 ， 总质量为 25.0 毫克 ， 包括 0.36 毫克肌肉质量 。

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下图详细展示了这条鱼的五层（five-layered）身体结构 。 当鱼鳍一侧收缩时 ， 另一侧伸展 ， 形成了一个自我维持的游泳运动 。

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另一方面 ， 研究者还设计了一个「自主起搏节点」（autonomous pacing node） ， 他们称为 G-node ， 它就像普通的起搏器一样 ， 控制自主收缩的频率和节奏 。 两层肌肉和自主起搏节点一起能够产生连续、自发和协调的来回鳍运动 ， 从而可以驱动这条鱼游动超过 100 天 。