Phòng thí nghiệm được đồng sáng lập Microsoft hỗ trợ đã đạt bước tiến đầu tiên trong việc giải mã não bộ

Thí nghiệm trên loài chuột, các nhà khoa học đã tận mắt chứng kiến được nhưng xung nhịp dao động thần kinh bên trong hộp sọ của chúng… phát sáng thông qua một “cửa sổ đặc biệt”. Cụ thể, thiết bị trên - với tên gọi “kính hiển vi quang tử kép” - đã trợ giúp đắc lực cho đội ngũ nghiên cứu đến từ Học viện Khoa học Thần kinh Allen trong quá trình theo dõi và thu thập dữ liệu gắn liền với từng lớp thuộc hệ thần kinh của chuột.

Kết quả, theo như công bố chính thức vào 13/7 vừa qua, là những thông tin, ghi chép từng li từng tí về hoạt động và hình ảnh tiến triển của vỏ não - bộ phận thần kinh có nhiều điểm chung trong giới động vật. Tập hợp dữ liệu thu lại được nhiều và chi tiết, đầy đủ đến nỗi chủ dự án quyết định lập ra một bộ phận mới đóng vai trò theo dõi và đối chiếu những động thái tương tự của bộ não: Allen Brain Observatory.

Được gây giống và nuôi trong phòng thí nghiệm, những cá thể chuột trên đã được biến đổi gene nhằm mục đích khiến cho những tế bào đặc trưng bên trong não của chúng sẽ phát sáng lên khi bị kích thích và tác động bởi những yếu tố khác. Những “cửa sổ não” được cấy ghép thông qua phẫu thuật, cắt bỏ một phần hộp sọ, sau đó thay thế bằng một tấm kính nhỏ chuyên dụng đặc biệt.

Những neuron thần kinh thuộc phần vỏ não phụ trách thị giác bị kích thích khi chủ thể xem những bức ảnh hoặc video ngắn chạy trên màn hình. Mỗi một chi tiết nhỏ lại được tỉ mỉ ghi chép lại, diễn giải và xử lý để có thể đưa ra những kết luận chính xác nhất trả lời cho các câu hỏi: Tế bào cụ thể nào? Vùng nào của não? Khoảng thời gian kéo dài là bao nhiêu? Phản ứng của đối tượng là gì? Những hình ảnh nào đang được hiển thị lúc bấy giờ?...

Các neuron cũng được chia làm nhiều nhóm nhỏ để tiện theo dõi, góp phần xây dựng nên một sơ đồ biểu thị hoạt động của từng lớp vỏ một. Cuối cùng, toàn bộ thông tin đó sẽ được tổng hợp lại vào cơ sở dữ liệu, chứa đựng mọi chuyển biến của hơn 18.000 tế bào thần kinh.

“Đây là lần đầu tiên một dự án với quy mô hiện đại như vậy được tiến hành, với mục đích nghiên cứu các hoạt động của não bộ ở múc độ tế bào,” chia sẻ bởi Saskia de Vries, thành viên trong đội ngũ phụ trách tại viện nghiên cứu tư nhân của Paul Allen - người đồng sáng lập nên Microsoft.

Các tế bào phản ứng phát sáng đối với các hình ảnh được chiếu lên

Ý nghĩa và mục đích của dự án này đã quá rõ ràng và cụ thể: Giúp giải đáp những thắc mắc còn tồn tại liên quan đến những hành vi cơ sở thuộc phạm vi toàn não bộ, đồng thời tránh những sai sót không đáng có đã từng xảy ra ở các cuộc nghiên cứu nhỏ lẻ trước đó.

Cụ thể, khoảng 10 năm trước, một công trình nghiên cứu đã được xúc tiến, tìm ra một neuron đặc biệt trong bộ não con người - bị kích thích khi và chỉ khi chủ thể xem những tấm ảnh của Halle Berry. Một vài nhà khoa học đã cho rằng tế bào đó thực ra làm nhiệm vụ chứa đựng toàn bộ thông tin liên quan đến dữ liệu nhận diện Berry. Thế nhưng đó chỉ là một phương diện đơn lẻ mà không có sự liên hệ đến toàn bộ bối cảnh xung quanh gắn liền với các tế bào khác, do đó cho đến nay vẫn chưa có lời giải thích nào xác đáng nhất được đưa ra.

“Khi đo dữ liệu một tế bào với những phản hồi qua điện cực, tất cả những gì bạn thu được chỉ là những thông tin mơ hồ, không dứt khoát,” trích lời Shawn Olsen, một thành viên khác tham gia vào dự án. “Vì vậy, bạn vẫn không thể biết được vị trí chính xác nó nằm ở đâu, hình thù ra sao, những liên kết với các tế bào khác như thế nào…”. Nói một cách dễ hiểu, nó tương tự như việc bạn phải tiếp thu và lĩnh hội mọi kiến thức về chuyên môn máy tính chỉ bằng những hướng dẫn sáo rỗng liên quan đến việc click chuột và đèn sáng nhấp nháy.

Để tìm ra hướng đi toàn diện nhất giải đáp những mắt xích trên, Học viện Allen đã áp dụng một phương pháp kỹ thuật vô cùng đặc biệt để mô phỏng lại sơ đồ hoạt động của não.

“Mục tiêu lớn nhất của chúng tôi là hệ thống hóa những lớp vỏ não, cùng các loại tế bào liên quan và vùng xử lý lân cận để cho ra một kết quả điều tra và thống kê chi tiết nhất,” Olsen giải thích. “Điều này không chỉ miêu tả lại những phản ứng của các tế báo đối với từng phân khu, mà còn cung cấp một hình ảnh toàn diện và khái quát nhất về quần thể đó để tiện cho mục đích nghiên cứu chuyên sâu về sau, hơn là chỉ tập trung vô ích nhìn chằm chằm vào một tế bào duy nhất.”

Nói cách khác, hiệu quả và tác dụng của dự án này là minh chứng cho một công nghệ đi trước cả thời đại.

Một vài dữ liệu thu thập được từ phản ứng của não

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng cho những cá thể chuột thí nghiệm thấy các hình ảnh kẻ sóc ngang dọc, chấm đen trắng trên nền khung cảnh thiên nhiên hoặc cả các bộ phim Hollywood.

Tùy từng loại khuôn mẫu hình ảnh và hoa văn mà hệ thần kinh của chúng sẽ phản ứng và diễn giải một cách khác nhau. Qua nhiều năm các nhà khoa học cũng đã biết được điều này, dự án trên chỉ góp phần thúc đẩy và thống nhất lại mọi dữ liệu thu thập trước đó.

Một trong những kết quả rõ rệt nhất mà họ tiếp nhận được đó là bộ não hiện lên đầy khó hiểu, ầm ĩ, “bừa bãi” và rắc rối. “Kể cả khi những hình ảnh giống y hệt nhau được chiếu lặp đi lặp lại, phản ứng sau đó của các tế bào vẫn không bao giờ y hệt nhau, lúc mạnh, lúc yếu…,” Olsen cho biết.

Thế nhưng, chính những âm thanh hỗn loạn đó lại là yếu tố nói lên sự khác biệt bất ngờ đối với những nghiên cứu trước đó của họ.

“Nếu tập trung vào một dữ liệu điện cực, bạn sẽ liên tục bị thu hút tâm trí vào việc tìm kiếm tế bào mà cho ra phản ứng theo đúng ý mình,” de Vries nhận định. “Bằng phương pháp này, chúng tôi nhận thấy nhiều vùng tế bào không đáp ứng được yêu cầu và dự đoán ban đầu của mình, cũng như kết quả lấy được từ dữ liệu vỏ não qua việc chiếu hình ảnh cũng không phải chính xác hoàn toàn.”

Olsen cũng cho biết họ nghi ngờ và thẩm định lại rất nhiều những âm thanh đến từ hoạt động thần kinh của chuột có thể chẳng liên quan gì đến các hình ảnh trình chiếu trên màn hình. Họ cũng quay lại toàn cảnh diễn biến phản ứng của chuột trong quá trình làm thí nghiệm để phục vụ mục đích tổng hợp dữ liệu liên quan.

Vậy đâu là bằng chứng khiến họ phải đau đầu hoài nghi như vậy? Khi họ thay những bức ảnh cũ với các dẫn chứng thú vị, sinh động hơn, về động vật chẳng hạn, các phản ứng neuron thần kinh của chuột tỏ ra nhất quán và giống nhau hơn.

“Tần suất chiếu của chúng tôi thường lên đến 10 lần/clip,” de Vries cho biết. “Và hầu như trong tất cả những lần đó, mọi tế bào đều phản ứng lại một cách mạnh mẽ, dứt khoát hơn.”

Nói cách khác, lũ chuột cuối cùng cũng chủ động chú ý đến những hình ảnh đó.

Những dữ liệu cuối cùng đã được tổng hợp và công khai lên mạng Internet nhằm cung cấp một cơ sở uy tín, chất lượng cho các nhà khoa học cũng như những người yêu thích lĩnh vực này thỏa sức khám phá và đánh giá, cảm nhận.

Nhưng đó vẫn chưa phải là tất cả, hoặc đi đến hồi kết như nhiều người từng nghĩ!

Trong vòng 18 tháng tiếp theo, nhóm nghiên cứu dự định sẽ cập nhật và thêm vào cơ sở dữ liệu trên nhiều thông tin chi tiết về các loại tế bào cũng như phân khu não bộ khác nữa, mở rộng phạm vi và quy mô dự án.

“Trên hết, chúng tôi muốn hiểu rõ được tác động của những hình ảnh trên đối với các hoạt động nhận thức, hành vi và trí nhớ bên trong bộ não của động vật,” Olsen kết luận.

Cho tới thời điểm này, tất cả những gì chúng là là ngước mắt lên màn hình, chứng kiến những thước phim chạy qua. Thế nhưng bằng việc huấn luyện chúng trong tương lai để thực hiện những tác vụ nhất định, các nhà khoa học hy vọng rằng họ sẽ thành công hơn nữa trong công cuộc giải đáp những bí ẩn còn tồn tại liên quan đến cơ chế quyết định, xử lý và giải quyết vấn đề của não bộ. Ngoài ra, một dự án song song được cho là áp dụng công nghệ mạng lưới điện cực thay vì phản ứng phát sáng nhờ biến đổi gene sẽ góp phần nâng thành công của họ lên một tầm cao lớn hơn bao giờ hết.

Tựu chung lại, các hành vi phản ứng thần kinh của động vật - trong đó có con người - vẫn còn là một bí ẩn chưa được giải đáp hoàn toàn, nhưng chắc chắn con đường chạm tay đến chìa khóa của tri thức đang ngày càng rộng mở và chào đón trong tương lai không xa.

Tham khảo: TechInsider