Đã lập được “Google Maps” của bộ não

“Thách thức khoa học lớn nhất của thế kỷ 21 là bộ não, có lẽ là cấu trúc phức tạp nhất trong vũ trụ”, phát biểu của PGS. TS. Gokul Upadhyayula, một trong số tác giả của công trình nghiên cứu mới nhất về bộ não. Quả vậy, một câu phát biểu thật ngắn gọn nhưng đã bao hàm hết tất cả mọi tính chất về bộ não.

Từ bao nhiêu thế kỷ qua và cho tới cả hiện nay, con người chỉ biết được về từng “mảnh nhỏ” của bộ não cùng với những chức năng riêng biệt của những mảnh nhỏ này, trong khi bộ não là một tổng thể với sự vận hành vô cùng tinh vi, phức tạp nhưng lại có một sự phối hợp thật nhịp nhàng đạt tới mức hoàn hảo, điều hành sự sống cho cả một cơ thể. Vì vậy, sự hiểu biết toàn vẹn về một bộ não tổng thể chính là mơ ước lớn nhất của các nhà khoa học.

Nhưng mới đây, các nhà nghiên cứu của Mỹ đã hiện thực hóa được điều mơ ước này. Bằng cách kết hợp hai kỹ thuật kính hiển vi tiên tiến nhất, họ đã thực hiện được việc mô hình hóa 3D một phần bộ não của chuột và toàn bộ não của một con ruồi giấm để lập nên một tấm “bản đồ” của não.

Với kỹ thuật mới có tốc độ nhanh khoảng 1.000 lần hơn, các tế bào trong mô não của một con ruồi giấm đã được hiển thị rõ chẳng khác gì đi tới tận cùng các ngóc ngách của một khu phố nhỏ.

Vui mừng trước thành quả này, các nhà nghiên cứu đã nói rằng: “Chúng tôi đã thiết lập được một cái gì đó giống như Google Maps của não, và nếu bộ não là một thành phố, thì từ nay chúng ta sẽ có thể nhìn thấy tới tận từng khu phố nhỏ với những chi tiết rất ngoạn mục.

Với cái "Google Maps" này, giới y học sẽ có thể quan sát, phân tích và so sánh các kết nối của tế bào thần kinh trong tổ chức tổng thể của não với những chi tiết về các mô nhanh hơn gấp 1.000 lần so với các phương pháp khác”.

Nói một cách cụ thể thì trước tiên là từ các nhà thiên văn học, họ đã phát triển một kỹ thuật quang học thích nghi với ngôi sao dẫn đường để thu được những hình ảnh thiên văn rõ ràng và chính xác nhất về các thiên hà, ngôi sao và các hành tinh xa xôi.

Và bây giờ thì tới lượt nhóm các nhà khoa học của Gokul Upadhyayula áp dụng thủ thuật này vào môi trường sinh học. Họ đã kết hợp kỹ thuật quang học này với một mạng lưới ánh sáng mỏng để tạo ra một chiếc kính hiển vi mới nhằm ghi lại những hình ảnh sinh học mà trước đây chưa từng có.

PGS. TS. Gokul Upadhyayula, một trong số tác giả của hệ thống kính hiển vi tiên tiến cùng công trình nghiên cứu mới nhất về bộ não.

Với chiếc kính hiển vi mới này, từ nay con người có thể nghiên cứu hầu hết mọi vấn đề cần biết trong hệ thống sinh học, cho thấy được cuộc sống sinh học chưa từng biết trước đây vì nó chụp được trong thời gian thực những hình ảnh cực kỳ chi tiết, chính xác cùng video 3 chiều về sinh học tới tận cấp độ tế bào và tế bào phụ.

Nhóm nghiên cứu đã xem xét kỹ lưỡng về việc phát triển của cá ngựa vằn vì cá có lớp da trong mờ, giúp dễ dàng chụp được những hình ảnh siêu nhỏ của các cơ quan và mô của chúng bên trong cơ thể. Sở dĩ cá ngựa vằn được chọn vì chúng dễ được biến đổi gen để có thể nghiên cứu mô hình bệnh ở người.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi để theo dõi các tế bào ung thư vú di căn ở người di chuyển bên trong một con cá ngựa vằn, nhờ vậy đã tiết lộ những hiểu biết mới về cách ung thư lây lan qua các mô sống nơi người.

Cho tới nay, nếu như các nhà khoa học muốn hình dung được các mô não với những chi tiết cần thiết, tới tận từng protein riêng lẻ chịu trách nhiệm về cấu trúc và chức năng tế bào thần kinh, sẽ phải cần tới những kỹ thuật tiên tiến hơn nữa.

Vì với những kỹ thuật hiện nay, các nỗ lực để đạt được độ phân giải lớn đối với các mẫu vật có thể gây tổn thương mô hoặc tốn rất nhiều thời gian. Để chụp ảnh toàn bộ não của một con ruồi giấm dưới kính hiển vi điện tử, có thể mất nhiều năm hoặc thậm chí nhiều thập kỷ.

Vì vậy, phương pháp mới này có khả năng mở một kỷ nguyên mới cho khoa học thần kinh, để có thể khám phá kiến ​​trúc siêu tinh vi của các tế bào và mạch thần kinh trên não, ở quy mô và độ phân giải mà trước đây không thể đạt được.

Công trình này là một sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu tại Viện Y khoa Howard Hughes, Bệnh viện Nhi đồng Boston và Trường Y Đại học Harvard.