Dũng Virgo
Một thí nghiệm của các nhà khoa học thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS) và một số tổ chức hợp tác đang thu hút sự chú ý vì kết quả đặc biệt: lát cắt vỏ não lấy từ người đã qua đời vẫn duy trì hoạt động thần kinh, sau đó học cách điều khiển cánh tay robot gõ phím piano.
Công trình này không có nghĩa một người đã chết có thể suy nghĩ hay chơi đàn theo nghĩa thông thường. Mẫu vật chỉ là những lát mô não được duy trì trong điều kiện phòng thí nghiệm, không còn nằm trong cơ thể và không có ý thức. Giá trị của thí nghiệm nằm ở việc các nhà nghiên cứu quan sát được khả năng thay đổi kết nối thần kinh khi mô não nhận kích thích rồi phản hồi lại môi trường.
Lát cắt não được duy trì sự sống trong phòng thí nghiệm
Nhóm nghiên cứu đã lấy một phần nhỏ của vỏ não từ người hiến tặng đã tử vong. Mô được thái thành các lát mỏng khoảng 300 micromet, sau đó đặt trên một nền vi điện cực nhằm cung cấp môi trường cần thiết để tế bào thần kinh tiếp tục hoạt động.
Dù đã tách khỏi cơ thể, các nơ-ron trong lát mô vẫn phát ra xung điện. Những tín hiệu này có thể được ghi nhận và sử dụng để điều khiển thiết bị bên ngoài. Hệ thống nuôi cấy được gọi là OPAB, viết tắt của phương pháp nuôi cấy ngoại cơ thể đối với lát não người trưởng thành sau khi chết.
Điểm đáng chú ý của OPAB không chỉ là khả năng giữ cho tế bào thần kinh hoạt động. Khác với một lớp tế bào nuôi cấy đơn giản, lát não vẫn bảo tồn được một phần cấu trúc và mạng lưới liên kết vốn có. Đây là nền tảng giúp các nhà khoa học nghiên cứu hiện tượng độ dẻo synap, tức khả năng các kết nối giữa nơ-ron thay đổi theo hoạt động và trải nghiệm.
Vòng lặp giữa não, robot và âm thanh
Để kiểm tra khả năng học của mô não, nhóm nghiên cứu thiết lập một hệ thống phản hồi khép kín. Ba điện cực được giao nhiệm vụ tạo tín hiệu vận động và nối với ba ngón tay trên cánh tay robot. Mỗi khi điện cực tương ứng phát xung, một ngón tay cơ khí sẽ nhấn xuống phím đàn.
Bên cạnh cây đàn có một micro. Âm thanh phát ra từ phím piano được thu lại, chuyển thành tín hiệu điện rồi truyền ngược về các điện cực cảm giác trên lát não. Như vậy, mô hình thí nghiệm gồm hai chiều liên tục:
- Tín hiệu từ lát não điều khiển ngón tay robot nhấn phím.
- Âm thanh do phím đàn tạo ra được gửi trở lại mô não dưới dạng kích thích điện.
Cơ chế này mô phỏng ở mức đơn giản cách một cơ thể sống học thông qua thử nghiệm và phản hồi. Một em bé có thể cử động ngẫu nhiên, nghe âm thanh hoặc cảm nhận xúc giác, rồi dần hình thành mối liên hệ giữa hành động và kết quả. Trong thí nghiệm OPAB, cánh tay robot đóng vai trò như phần cơ thể, còn âm thanh piano cung cấp phản hồi cho lát não.
Sau 72 giờ, một số mẫu có thể bắt chước nốt nhạc
Trong ngày đầu, các lát não được tiếp nhận kích thích ban đầu. Sau đó, ba điện cực vận động phát xung luân phiên trong 72 giờ. Mỗi chu kỳ gồm một hành động cơ học và một tín hiệu phản hồi âm thanh truyền về mô não.
Khi giai đoạn huấn luyện kết thúc, nhóm nghiên cứu phát nốt nhạc bằng một người chơi đàn để kiểm tra phản ứng. Một số lát não đã kích hoạt đúng điện cực vận động tương ứng với âm thanh nhận được, qua đó khiến cánh tay robot nhấn lại phím phù hợp.
Dữ liệu được ghi nhận trên 16 lát não cho thấy 3 mẫu đạt độ chính xác 100%, trong khi 7 mẫu khác có thể sao chép đúng hai nốt nhạc. Tổng cộng, 62,5% mẫu học được ít nhất hai nốt. Khả năng lưu giữ phản ứng được báo cáo kéo dài từ 7 đến 17 ngày.
Con số này cần được hiểu trong phạm vi rất hẹp của thí nghiệm. Hệ thống mới chỉ làm việc với ba nốt nhạc, không thể chơi một bản nhạc hoàn chỉnh và cũng chưa thể so sánh với năng lực học tập của não người còn sống. Tuy nhiên, việc mô não thay đổi phản ứng sau một quá trình kích thích có tổ chức vẫn là kết quả đáng chú ý.
Những bài kiểm tra đối chứng nói lên điều gì?
Để phân biệt giữa phản ứng có sẵn và khả năng học, nhóm nghiên cứu tiến hành các thử nghiệm đối chứng. Khi điện cực chưa trải qua huấn luyện được kết nối với tay robot, thiết bị không tạo ra chuyển động bắt chước tương tự.
Năng lực này cũng biến mất khi quá trình truyền tín hiệu synap bị ức chế bằng thuốc hoặc khi sử dụng mô não bị nhiễm virus. Các kết quả đó cho thấy phản ứng của hệ thống phụ thuộc vào hoạt động thần kinh bình thường, thay vì chỉ là một chuỗi tín hiệu cơ học được lập trình từ trước.
Về cơ chế, nhóm nghiên cứu liên hệ hiện tượng này với quy luật “độ dẻo phụ thuộc thời gian phát xung”. Khi một nơ-ron phát tín hiệu ngay trước một nơ-ron khác, mối liên hệ giữa chúng có thể được củng cố. Sau nhiều lần lặp lại, đường truyền giữa tín hiệu cảm giác và phản ứng vận động trở nên dễ kích hoạt hơn.
Trong trường hợp của OPAB, âm thanh có thể kích thích đúng điện cực điều khiển chuyển động, còn chuyển động của robot lại tạo ra âm thanh để gửi phản hồi. Vòng lặp hai chiều này tạo điều kiện cho các liên kết thần kinh thay đổi, tương tự nguyên lý học thông qua phản hồi trong hệ thần kinh.
Vì sao kết quả vẫn cần được kiểm chứng thêm?
Dù gây ấn tượng, nghiên cứu hiện còn nhiều giới hạn. Cỡ mẫu được mô tả là khiêm tốn, chỉ khoảng 30 lát não đến từ ba người hiến tặng, trong khi một phần kết quả chi tiết được trình bày trên 16 mẫu. Việc lựa chọn điện cực cũng mang tính ngẫu nhiên, có thể khiến hiệu suất giữa các mẫu chênh lệch đáng kể.
Nhóm nghiên cứu cho rằng kết quả có thể được cải thiện nếu chủ động chọn các điện cực dựa trên mức độ hoạt động thần kinh. Ngoài ra, hệ thống mới chỉ kiểm tra khả năng nhận diện và lặp lại một số nốt đơn giản. Chưa có dữ liệu cho thấy lát não có thể xử lý giai điệu phức tạp, nhịp điệu dài hoặc những nhiệm vụ đòi hỏi nhiều bước.
Công trình mới nhất vẫn ở dạng bản thảo tiền in và đang chờ bình duyệt. Trước đó, vào năm 2024, nhóm nghiên cứu từng công bố kết quả trên tạp chí Brain Stimulation, trong đó xác nhận các lát não có biểu hiện của độ dẻo synap. Nghiên cứu hiện tại được xem là bước phát triển tiếp theo khi nối mô não với một thiết bị ngoại vi, tạo thành hệ thống cảm giác – vận động hoàn chỉnh hơn.
Tiềm năng đối với nghiên cứu bệnh thần kinh
Giá trị thực tế của mô hình này không nằm ở việc tạo ra một “người chơi đàn” trong đĩa Petri. Quan trọng hơn, OPAB cung cấp một môi trường để quan sát trực tiếp cách mạng lưới thần kinh tiếp nhận thông tin, thay đổi liên kết và lưu giữ phản ứng trong một khoảng thời gian nhất định.
Nếu các lát mô có thể được duy trì lâu hơn, mô hình có thể hỗ trợ nghiên cứu nhiều vấn đề liên quan đến não bộ. Các nhà khoa học có thể dùng nó để khảo sát tác động của thuốc lên hoạt động synap, đánh giá những thay đổi liên quan đến bệnh thần kinh hoặc so sánh phản ứng giữa mô khỏe mạnh và mô có bất thường.
So với tế bào thần kinh nuôi cấy hai chiều, lát mô giữ lại nhiều cấu trúc liên kết hơn. Điều này có thể giúp kết quả thử nghiệm phản ánh gần hơn cách các nhóm nơ-ron tương tác trong mô não, dù vẫn chưa thể tái tạo đầy đủ sự phức tạp của một bộ não nguyên vẹn.
Ranh giới đạo đức cần được thảo luận
Thí nghiệm cũng đặt ra câu hỏi về đạo đức sinh học. Một phần mô não người sau khi qua đời được duy trì hoạt động và học một hành vi mới có thể khiến công chúng cảm thấy khó chịu, ngay cả khi mẫu vật hoàn toàn không có ý thức hay khả năng tự nhận thức.
Phía nghiên cứu cho biết các mẫu được lấy trong quá trình khám nghiệm tử thi và có sự đồng thuận của gia đình người hiến tặng. Việc công khai quy trình, giới hạn thí nghiệm và tiêu chuẩn sử dụng mô người sẽ ngày càng quan trọng khi các mô hình kết hợp giữa sinh học và robot phát triển.
OPAB vì vậy vừa là một thử nghiệm về thần kinh học, vừa là lời nhắc rằng công nghệ sinh học cần đi cùng khung đạo đức rõ ràng. Kết quả ban đầu chưa thể chứng minh mô não có nhận thức, nhưng cho thấy hoạt động thần kinh vẫn có thể duy trì một số đặc tính học tập sau khi được tách khỏi cơ thể.
Thủy Hử: Những bữa ăn gây sốc của hảo hán Lương Sơn
Vì sao chim hiện đại mất răng dù tổ tiên từng có?
MIT cho 200 AI xây nền văn minh ảo không cần trò chuyện
John Ternus: Tân CEO Apple và bài học về thành công lặng lẽ
Gà nhà có nguồn gốc ở đâu? Phát hiện sửa lại kết luận của Darwin
BlackBerry hồi sinh nhờ phần mềm QNX trên ô tô và robot
Huawei nova 16s Series ra mắt: Camera 200MP, pin 7.000mAh
