Bản đồ thần kinh não chi tiết nhất vừa được công bố

Các nhà khoa học của Google và nhóm nghiên cứu FlyEM thuộc Viện Janelia (Mỹ) vừa công bố bản đồ mạng lưới thần kinh não động vật chi tiết nhất từ trước đến nay.

Đây là cột mốc mới trong lĩnh vực nghiên cứu bản đồ mạng lưới thần kinh não sử dụng kỹ thuật quét ảnh (còn gọi là kết nối học - connectomic). Một lĩnh vực mới của khoa học thần kinh, tập trung nghiên cứu sự liên kết giữa các phần não và trong các phần của não.

Một phần mạng lưới thần kinh não ruồi giấm, kết quả từ nghiên cứu của Google và Viện Janelia. (Ảnh: Google, FlyEM).

Chia sẻ với The Verge, Mark Humphries, nhà thần kinh học thuộc Đại học Nottingham, khẳng định connectomic là lĩnh vực tuyệt vời, là nguồn tài nguyên cho nhiều nhà khoa học. Tuy chưa thể giải quyết những vấn đề cấp bách, nó sẽ mở ra những bí ẩn thú vị.

Bản đồ thần kinh não 3D do Google và FlyEM tạo ra là thành tựu khoa học kỹ thuật mới nhất, sản phẩm từ sự kết hợp giữa con người và máy móc.

Ruồi giấm là vật thí nghiệm ưa thích của các nhà khoa học vì chúng có cấu tạo não đơn giản nhưng vẫn có khả năng kiểm soát, thực hiện các hành vi phức tạp như mời gọi bạn tình.

Đầu tiên, các nhà khoa học tiến hành cắt não ruối giấm thành các lớp dày 20 micron (1/3 chiều rộng sợi tóc người). Họ xây dựng hình ảnh bằng cách đập từng lớp não bởi luồng electron từ kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope). Dữ liệu sau đó được sử dụng để tạo ra hình ảnh 3D gồm 50 nghìn tỷ điểm ảnh 3 chiều (voxel), được xử lý bởi thuật toán máy tính.

Bên cạnh sự trợ giúp của AI, các nhà nghiên cứu đã dành hàng trăm nghìn giờ để xác định từng khớp thần kinh trong số 20 triệu khớp, cùng với kính thực tế ảo và phần mềm chỉnh sửa 3D để đảm bảo hình ảnh cho ra là chính xác.

Ngay cả mất nhiều thời gian đến vậy, họ cũng chỉ cho ra kết quả của 1/3 bộ não ruồi giấm. Hiện chỉ có một sinh vật duy nhất được tạo ra bản đồ mạng lưới thần kinh não đầy đủ là giun tròn Caenorhabditis elegans.

Hình ảnh dưới dạng 3D thể hiện 20 triệu khớp thần kinh kết nối hơn 25 nghìn tế bào thần kinh của 1/3 não ruồi giấm.

Dù tốn nhiều thời gian và công sức, đây chỉ là một phần nhỏ trong những bí mật của bộ não động vật, kể cả con người. (Ảnh: Google, FlyEM).

Một não ruồi giấm chứa khoảng 100.000 nơ-ron, trong khi não người là 86 tỷ nơ-ron. Điều đó cho thấy vẫn cần rất nhiều nỗ lực nghiên cứu để tạo ra bản đồ thần kinh não người một cách đầy đủ.

Từ khi xuất hiện, connectomic tiếp nhận nhiều ý kiến trái chiều. Những người ủng hộ cho rằng lĩnh vực này giúp kết nối các bộ phận vật lý của não bộ với từng hành vi cụ thể - mục tiêu của khoa học thần kinh. Trong khi nhóm phản đối lập luận rằng nó vẫn chưa tạo ra bước đột phá lớn nào. Việc lập bản đồ thần kinh tiêu tốn nhiều thời gian, tài nguyên có thể được sử dụng cho những mục đích khác.

Dù vậy thì Joshua Vogelstein, kỹ sư y sinh và đồng sáng lập dự án Open Connectome, cho rằng bước tiến này sẽ giúp ích rất nhiều cho chúng ta trong vài thập kỷ tới.

Toàn bộ kết quả nghiên cứu được Google và FlyEM đăng tải công khai để mọi người theo dõi. Họ cũng lên kế hoạch chia sẻ tài liệu liên quan đến dự án cho những ai muốn thực hiện nghiên cứu.

• Bản đồ não mới tiết lộ 97 vùng chưa được biết đến
• Tiết lộ bản đồ não người đầu tiên của thế giới