Google công bố bản đồ độ phân giải cao lớn nhất từng có về hoạt động của não bộ

Các nhà khoa học đến từ Google và Janelia Research Campus ở Virgina vừa cho xuất bản một tấm bản đồ độ phân giải cao về hoạt động của não bộ có kích thước lớn nhất từ trước đến nay trên bất kỳ loài sinh vật nào, trong đó có một mô hình 3D thể hiện 20 triệu khớp thần kinh đang kết nối với khoảng 25.000 nơ-ron trong bộ não của một con ruồi giấm.

Mô hình này là một cột mốc đáng nhớ trong lĩnh vực kết nối học (connectomics) - lĩnh vực sử dụng những kỹ thuật dựng hình chi tiết để ánh xạ đường đi vật lý của bộ não. Tấm bản đồ này còn được gọi là một "connectome", bao phủ gần 1/3 của bộ não ruồi giấm. Cho đến ngày nay, chỉ có một sinh vật duy nhất - một con giun đũa C. elegans - đã được ánh xạ hoàn chỉnh bộ não theo cách này.

Ngành kết nối học đã và đang nhận được nhiều ý kiến trái chiều trong thế giới khoa học. Phía ủng hộ cho rằng ngành này giúp liên kết những phần vật lý của não bộ với các hành vi cụ thể - điều vốn là mục tiêu trọng yếu trong ngành khoa học thần kinh. Nhưng phía chỉ trích lại nói rằng ngành kết nối học vẫn chưa đưa ra được bất kỳ đột phá lớn nào, và họ nói rằng việc ánh xạ các nơ-ron cực kỳ khó khăn kia là một sự hao tốn tài nguyên mà lẽ ra nên để dành cho việc khác.

"Tái cấu trúc rõ ràng là một kỳ quan công nghệ" - Mark Humphries, một nhà nghiên cứu não bộ tại Đạihọc Nottingham nói. Nhưng ông còn nói thêm rằng nó chủ yếu còn là một tài nguyên cho các nhà khoa học khác sử dụng. "Nó sẽ không tự mình trả lời được những câu hỏi khoa học đang cần giải đáp; nhưng nó có thể giúp dẹp bỏ một số bí ẩn thú vị".

Bản đồ 3D tạo ra bởi Google và nhóm FlyEM ở Janelia chắc chắn là một thành tựu công nghệ, là sản phẩm của sự kết hợp giữa các phương thức tự động và sự lao động cần cù của con người.

Bước đầu tiên trong việc tạo bản đồ là cắt xẻ các phần bộ não ruồi giấm thành các mẩu với độ dày khoảng 20 micron, tức gần bằng 1/3 chiều ngang của một sợi tóc người. Ruồi giấm là một chủ thể phổ biến trong ngành connectomics, bởi chúng có một bộ não tương đối đơn giản nhưng lại hiển thị những hành vi phức tạp, như nhảy nhót để thu hút bạn tình.

Những miếng não sau đó được xử lý dựng hình bằng cách nhúng chúng với những luồn electrons từ một kính hiển vi quét electrons. Dữ liệu thu được bao gồm 50 nghìn tỷ điểm ảnh 3D, hay các voxel, vốn đã được xử lý bằng một thuật toán truy hồi đường đi của từng tế bào.

Mặc dù Google sở hữu sức mạnh thuật toán vô cùng mạnh mẽ, hãng vẫn phải dựa khá nhiều vào con người để kiểm tra hoạt động của phần mềm. Công ty cho biết các nhà khoa học ở Janelia đã mất đến 2 năm và hàng trăm ngàn giờ mới kiểm tra xong bản đồ 3D, xác thực đường đi của từng cái một trong số 20 triệu khớp thần kinh hóa học thông qua các headset thực tế ảo và phần mềm biên tập 3D tùy biến.

Tuy nhiên, sau khi đã trải qua quá trình đó, bản đồ thu được mới chỉ bao phủ được một phần của bộ não ruồi giấm - còn được gọi là hemibrain. Tổng cộng, não một con ruồi giấm có chứa 100.000 nơ-ron, trong khi não người có gần 86 tỷ. Nghe thôi cũng đủ hiểu còn rất rất lâu nữa chúng ta mới có thể tạo ra được một connectome hoàn chỉnh cho thấy đường đi thần kinh của chính mình.

Joshua Vogelstein, một kỹ sư y sinh và là đồng sáng lập của Open Connectome Project, cho biết thành quả thu được sẽ mang lại rất nhiều lợi ích cho các nhà khoa học. Vogelsteain nói rằng trong thập kỷ tới đây, dữ liệu cung cấp bởi những dự án như thế này cuối cùng cũng sẽ mang lại những kết quả mỹ mãn.

"Tôi tin là mọi người mất kiên nhẫn về những thứ mà connectome sẽ mang lại. Lượng thời gian từ lúc một công nghệ tốt bắt đầu được thai nghén, và khi những hoạt động khoa học thực thụ sử dụng công nghệ đó thường sẽ mất khoảng 15 năm. Lúc này chính là 15 năm sau, và chúng ta có thể bắt đầu làm khoa học được rồi" - Vogelstein nói.

Google và nhóm FlyEM đã tung dữ liệu họ thu thập được lên mạng để mọi người xem và tải xuống tại đây. Nhóm còn xuất bản một tài liệu in sẵn miêu tả phương thức nghiên cứu của họ, và nói rằng họ sẽ xuất bản thêm nhiều tài liệu hơn nữa về công việc của mình trong vài tuần sắp tới.

Tham khảo: TheVerge