Thứ bảy, 02/04/2022, 15:00
Thiết bị camera 'thám hiểm' não bộ
Chiếc camera Mini2P này có thể nhìn xuyên vào trong não bộ, nó được chế tạo bởi 2 giáo sư đoạt giải Nobel. Mọi thứ bắt đầu từ một giấc mơ viển vông của họ, khi cả hai còn là những sinh viên trên giảng đường đại học.
Hơn 30 năm trước, tại Đại học Oslo của Na Uy, có hai cô cậu sinh viên ngành tâm lý học đang ngồi lại giảng đường sau giờ học và trò chuyện, chia sẻ với nhau rất nhiều thứ.
"Ước mơ của chúng tôi là phát minh ra một cửa sổ trên não bộ, để chúng tôi có thể nhìn thấy những gì xảy ra bên trong đó, khi chúng tôi đang suy nghĩ, lập kế hoạch, cảm nhận và ghi nhớ", May-Britt Moser nhớ lại.
Tưởng chừng chỉ là một ước mơ viển vông của hai cô cậu sinh viên trên ghế nhà trường, nhưng chính ước mơ đó đã góp phần vun vén họ lại với nhau. May-Britt Moser đã cưới người bạn thân của mình, Edvard Moser, ngay khi cả hai còn chưa tốt nghiệp.
May-Britt Moser và Edvard Moser, hai nhà thần kinh học xuất sắc của Na Uy.
May-Britt và Edvard giờ đã trở thành những nhà tâm lý và thần kinh học lỗi lạc của Na Uy. Cùng với nhau, họ đã sáng lập và hiện là đồng giám đốc của Viện Kavli về Khoa học Thần kinh Hệ thống thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NTNU).
Năm 2005, May-Britt và Edvard đã có một phát hiện đột phá. Cả hai đã tìm ra một mạng lưới tế bào trong não bộ cho phép chúng ta định vị và điều hướng bản thân trong không gian. Đây là các tế bào giúp bạn biết mình đang ở đâu, giúp bạn tìm được đường đi từ nhà ra đầu ngõ và ghi nhớ con đường ấy từ bé đến lớn.
Khám phá cuối cùng đã giúp họ giành được giải Nobel Y học năm 2014. Đó rõ ràng là một đỉnh cao của khoa học, nhưng một giải Nobel không có nghĩa là May-Britt và Edvard đã dừng lại. Cùng với nhau, bộ đôi bây giờ đang muốn biến ước mơ viển vông trên ghế giảng đường ngày nào của mình thành hiện thực.
Chế tạo ra một cánh cửa sổ để nhìn vào não bộ
Hình ảnh mà bạn sẽ thấy dưới đây là một con chuột có tên là Leif Erikson. Chú chuột được gắn một chiếc camera nhỏ trên đầu, thiết bị có tên là Mini2P nặng chỉ 2,4 gam được ví như một đài quan sát tí hon để nhìn vào những gì xảy ra trong vỏ não.
Mini2P có thể ghi lại trực tiếp những hình ảnh trong thời gian thực, nó cho thấy hàng nghìn tế bào thần kinh đang làm việc cùng lúc khi con chuột tìm đường đi trên sàn nhà, leo lên đỉnh tháp, nơi có một chiếc bánh quy vani thơm ngon đang đợi nó.
Chiếc camera cho phép các nhà nghiên cứu thấy chính xác những tế bào nào đang nói chuyện với nhau, để phát ra những tín hiệu điều khiển từng hành vi mà sau đó chuột thực hiện "ở thế giới thực".
Đây là điều mà chưa từng có một thiết bị nào làm được trước đây. "Mini2P là công cụ đầu tiên cho phép chúng tôi nghiên cứu hoạt động của mạng lưới thần kinh, ở độ phân giải cao trên động vật có hành vi tự nhiên", giáo sư Edvard Moser nói.
Giáo sư Edvard Moser.
Các cơ chế cơ bản của Mini2P không quá khác biệt so với kính hiển vi quang học hay mắt người. Chiếc camera tí hon này sử dụng hai bó photon cực nhỏ phát ra từ một đầu laser để kích thích và nhắm mục tiêu các tế bào thần kinh một cách chính xác, ở độ phân giải cao.
Một gen mượn từ sứa khiến các tế bào não phát sáng khi chúng được kích thích và trò chuyện với nhau.
Các nhà nghiên cứu cũng có thể đặt mã màu cho các tế bào não dựa trên các gen mà chúng biểu hiện, hoặc vùng não mà chúng giao tiếp. Điều này cho phép họ tìm hiểu những loại tế bào não nào phải hợp tác với nhau để tạo ra các khả năng nhận thức khác nhau:
Chiếc camera này có thể nhìn xuyên vào trong não bạn, nó được chế tạo bởi 2 giáo sư đoạt giải Nobel.
Mini2P có khả năng quay lại đồng thời hàng nghìn tế bào não. Nó có thể theo dõi các tế bào não này trong hơn một tháng và lấy nét vào chúng ngay cả khi con chuột chạy nhảy mạnh – ví dụ như khi nó nhảy xuống tòa tháp cao 22 cm. Phạm vi hoạt động cho phép Mini2P có thể khám phá tất cả các khu vực và chức năng tâm thần trên toàn bộ vỏ não.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm Mini2P ở nhiều vùng của não, chẳng hạn như hệ thống định vị, trung tâm bộ nhớ và vùng thị giác. Bằng cách sử dụng một loại kỹ thuật đặc biệt, nó có thể lập bản đồ cảnh quan thần kinh của 10.000 tế bào não trên vỏ não thị giác. Trước Mini2P, không một thiết bị nào có thể làm được điều đó.
Mini2P là một phát minh mã nguồn mở, có thể tự chế tạo tại nhà
"Chúng tôi tin rằng Mini2P là một công cụ thay đổi cuộc chơi và chúng tôi muốn chia sẻ nó với các nhà khoa học thần kinh và các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới," May-Britt Moser nói.
Trên trang web của Viện Khoa học Thần kinh Hệ thống Kavli, bạn có thể dễ dàng tìm thấy mã nguồn mở của Mini2P. Bản thiết kế, danh sách linh kiện và video hướng dẫn lắp ráp nó cũng có sẵn trên GitHub.
Điều này không chỉ giúp ích cho bản thân hoạt động nghiên cứu của con người, mà còn giúp giảm gánh nặng cho động vật thí nghiệm. Ý tưởng là nếu các nhà khoa học khắp nơi trên thế giới đều có thể dùng Mini2P, họ sẽ thu được nhiều dữ liệu hơn trên cùng một con chuột, do đó, giảm số lượng động vật thí nghiệm cần thiết trong nghiên cứu.
Bảng đồ họa của thiết bị.
Sự thay đổi cuộc chơi mà May-Britt đề cập đến là tiềm năng của Mini2P trong các nghiên cứu bệnh về não như bệnh Alzheimer. Edvard Moser cho biết thêm: "Bệnh Alzheimer thường bắt đầu với tổn thương ở vỏ não. Chúng tôi biết rằng bệnh Alzheimer gây ra sự suy giảm khả năng định hướng và trí nhớ. Đây là những chức năng của não phát sinh từ sự hợp tác của hàng nghìn tế bào thần kinh".
Mini2P cung cấp một giải pháp để theo dõi những thay đổi về động lực giữa hàng nghìn tế bào thần kinh đó. Đây sẽ là một công cụ ưu việt để nghiên cứu bệnh Alzheimer. Edvard Moser nói: "Khả năng ghi nhãn các loại tế bào khác nhau cũng có thể cho phép chúng tôi xác định những tế bào nào dễ bị tổn thương bởi những thay đổi ban đầu liên quan đến Alzheimer."
(Nguồn: genk.vn)
