Khoa học nghiên cứu bí ẩn não con người

Từ lâu nay, bộ não vẫn luôn là bí ẩn to lớn và ranh giới khoa học cuối cùng thách thức giới nghiên cứu. Cùng với sự ra đời và phát triển vượt bậc của khoa học thần kinh, nhiều công cụ và ý tưởng nghiên cứu đã xuất hiện nhằm làm sáng tỏ cấu trúc và hoạt động của bộ não.

26/04/2020 12:19

Điều này mở ra cơ hội khám phá suy nghĩ, tư duy và hành vi con người, hướng đến hoàn thiện mục tiêu quan trọng nhất: Giải mã bản chất và giá trị của loài người.
Điều này mở ra cơ hội khám phá suy nghĩ, tư duy và hành vi con người, hướng đến hoàn thiện mục tiêu quan trọng nhất: giải mã bản chất và giá trị của loài người.

Khám phá bộ não

Phức tạp hơn bất cứ cấu trúc nào trên vũ trụ này, bộ não người được ví như kiệt tác của tự nhiên chứa đựng sức mạnh tư duy và nhận thức chưa hề được khai phá hết, vượt trội hơn động vật cũng như máy móc mô phỏng hoạt động của chính nó.

Bộ não bao gồm khoảng 100 tỷ tế bào thần kinh (neuron) liên kết chặt chẽ với nhau thành những mạng lưới khổng lồ, tạo nên một "vũ trụ" thu nhỏ chưa đầy 1.400g bên trong hộp sọ. Hiện nay, giới khoa học đã và đang có những bước tiến dài trên hành trình giải mã cấu trúc phức tạp của bộ não, nghiên cứu cách neuron "liên lạc" hay thành phần protein của loại tế bào này.

Bộ não là một "vũ trụ" thu nhỏ bí ẩn thách thức giới khoa học giải mã.

Với mục tiêu này, nhiều dự án khám phá bộ não đã và đang được triển khai tại các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới. 9 tổ chức tại Mỹ đang kêu gọi giới khoa học tham gia và tài trợ cho dự án Connectome với nguồn quỹ ban đầu lên đến 40 triệu USD để hoàn thiện bản đồ não người hoàn chỉnh đến từng chi tiết. Theo đó, dự án sử dụng các công nghệ chụp não như cộng hưởng từ khuếch tán để quan sát và đo lường sự di chuyển của các phân tử nước trước khi định hình các mạng lưới neuron. Dự án đặc biệt quan tâm đến những cặp sinh đôi, khẳng định vai trò của gene và môi trường có tác động lớn đến sự phát triển của bộ não.

Trong khi đó, nhóm nghiên cứu đến từ Canada và Đức triển khai dự án Bigbrain, do Liên minh châu Âu tài trợ 500 triệu USD, nhằm tạo ra mô hình bộ não 3D với độ phân giải cao nhất. Họ cho rằng công nghệ MRI còn nhiều hạn chế, chỉ quét hình ảnh chi tiết với kích thước tối đa là millimet, trong khi ứng dụng máy tính và trí tuệ nhân tạo (AI) cho phép xây dựng hình ảnh nhỏ cỡ vài micromet.

Những nghiên cứu đầu tiên tập trung vào khoảng 7.500 mẫu mô não được bảo quản bằng paraffin của một phụ nữ 65 tuổi, được quét nhiều lần bằng hệ thống siêu máy tính trước khi các nhà khoa học tái tạo thành mô hình 3D.

Thú vị hơn, protein trở thành tâm điểm trong nghiên cứu thần kinh, bởi vì sự xuất hiện, thay đổi và biến mất của chúng trong bộ não. Hơn 10.000 protein khác nhau (nhiều hơn ở bất cứ bộ phận nào trong cơ thể người) kết nối, tạo nên các cấu trúc và phản ứng riêng biệt cho từng mạng lưới thần kinh, thậm chí chúng có thể tự tác động và điều chỉnh để sản sinh nhiều hay ít protein. Chỉ 1 trong số hàng nghìn loại "vật liệu mô" bí ẩn này cũng đã là một "vũ trụ" bao la thách thức khoa học. Hiện nay, giới nghiên cứu đang tìm hiểu vai trò của một số protein làm nhiệm vụ dẫn đường, với tham vọng giải mã sự hình thành các điểm nối thần kinh và hướng đi của mạng lưới thần kinh song song với hoàn thiện bản đồ não người.

Công nghệ... hack neuron

Bên cạnh các dự án nghiên cứu độc đáo, giới khoa học cũng áp dụng nhiều công nghệ thần kinh đột phá để tương tác với não. Đó là công nghệ điều biến thần kinh kích thích neuron trong nghiên cứu cơ bản và rối loạn não. Công nghệ không xâm lấn cung cấp cho cộng đồng khoa học thần kinh khả năng có được cái nhìn sâu sắc cơ bản về chức năng não.

Ngoài ra, khi kích thích một phần của não thì có thể gợi lên một phản ứng đo được bằng máy móc. Vì vậy, công nghệ điều biến không xâm lấn giữ vai trò quan trọng cung cấp dấu ấn sinh học của nhiều trạng thái bệnh liên quan đến não thông qua phân tích thần kinh kết hợp với các kỹ thuật ghi điện sinh học.

Ứng dụng công nghệ nano cũng được chú ý nhằm tiếp cận các thành phần nhỏ nhất của bộ não, từ đó tiến hành phân tích cấu trúc và hoạt động của hệ thống thần kinh. Nhiều nghiên cứu đã cấu trúc các mạch điện tử mô phỏng cấu trúc và hoạt động của bộ não, kết hợp thử nghiệm ống carbon nano cho phép truyền tín hiệu xung điện với tốc độ gấp 10 lần chip bằng vật liệu silicon thông thường, mở ra cơ hội phát triển não nhân tạo.

Trong khi đó, ý tưởng robot siêu nhỏ với kích thước vài nanomet có tiềm năng quan trọng đối với khoa học thần kinh. Hàng triệu nanobot được bơm vào máu, di chuyển khắp cơ thể, vượt qua hàng rào máu - não, cho phép nghiên cứu khả năng kích thích, thụ cảm, báo hiệu và xử lý thông tin của hệ thần kinh nhờ liên kết với các máy tính.

Cùng với đó, ứng dụng quang di truyền trong kích thích neuron ở vỏ não đã tác động lên sự hình thành các kết nối giữa những neuron. Về bản chất, kỹ thuật này sử dụng một sợi quang học để gửi tín hiệu vào trong não, từ đó kích hoạt các tế bào đột biến gene để phản ứng lại với tia sáng cho phép kích thích chính xác các khu vực não bộ. Một số thử nghiệm trên não chuột cho đáp ứng tốt với ánh sáng màu, từ đó các nhà khoa học có thể điều khiển hoạt động của chuột.

Nhiều quan điểm cho rằng, quang di truyền cung cấp công cụ mạnh nhằm nghiên cứu quan hệ giữa tế bào, mạng lưới thần kinh và hành vi. Từ đây, khoa học bộ não có thể tiến sâu hơn vào khám phá tư duy - cảm xúc con người, hay tìm ra phương pháp chữa trị các căn bệnh do thoái hoá thần kinh gây ra như sa sút trí tuệ, bệnh Parkinson hay Alzheimer...

Trần Quân (Tổng hợp)

#loài người #bộ não #não con người #Khoa học nghiên cứu