Bản đồ não chuột 3D siêu chi tiết mở ra hướng nghiên cứu mới về bệnh Alzheimer

Bản đồ ba chiều chi tiết nhất từ trước đến nay về não bộ của một loại động vật có vú - được xây dựng từ một mảnh mô não chuột chỉ nhỏ bằng hạt cát, song lại chứa tới 84.000 tế bào thần kinh và hơn 500 triệu khớp thần kinh, với tổng chiều dài dây thần kinh lên đến 5,4 km - dài gấp 1,5 lần Công viên Trung tâm New York.

Công trình là kết quả của gần một thập kỷ nghiên cứu của 150 nhà khoa học thuộc 22 viện, dẫn đầu bởi Viện Khoa học Não Allen, Trường Y Baylor và Đại học Princeton (Mỹ).

Tiến sĩ Clay Reid (bên phải), một nhà nghiên cứu cao cấp tại Viện Khoa học Não bộ Allen và nghiên cứu sinh Tiến sĩ Leila Elabbady của Đại học Washington - đang kiểm tra dữ liệu từ dự án MICrONS. (Ảnh: Viện Allen)

Để tạo ra bản đồ, nhóm nghiên cứu tại Baylor đã ghi lại hoạt động não của một con chuột đang tỉnh táo trong vài ngày, khi nó chạy trên máy tập và xem những đoạn phim như The Matrix hay Mad Max. Sau đó, mô não được cắt thành hơn 28.000 lát mỏng, mỗi lát chỉ bằng 1/400 sợi tóc người, và chụp ảnh từng lát. Những hình ảnh này được tái dựng thành bản đồ 3D nhờ trí tuệ nhân tạo và công nghệ học máy tại Đại học Princeton.

Tổng dữ liệu thu được lên tới 1,6 petabyte – tương đương 22 năm video HD phát liên tục. Dự án có tên MICrONS đã công khai toàn bộ dữ liệu cho cộng đồng khoa học.

Bản đồ "kết nối não" (connectome) này cho thấy cách tổ chức các vùng não và cách các loại tế bào phối hợp hoạt động, mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu não bộ kỹ thuật số. "Chỉ với vài thao tác, bạn có thể tra cứu những thông tin mà trước đây phải mất cả luận án tiến sĩ mới thu được", giáo sư Sebastian Seung từ Đại học Princeton nhận định.

Tiến sĩ Nuno Maçarico da Costa, một nhà nghiên cứu cộng tác tại Viện Khoa học Não bộ Allen, đang làm việc tại phòng thí nghiệm. (Ảnh: Viện Allen)

Trước đây, nhà sinh học đoạt Nobel - Francis Crick từng nhận định việc lập bản đồ chi tiết mô não là điều "bất khả thi". Tuy nhiên, bản đồ não chuột lần này là một bước tiến lớn sau những công trình tương tự trên giun tròn C. elegans (2019) và ruồi giấm (2024). Mặc dù chỉ mới vẽ được 1/500 não chuột, các nhà khoa học kỳ vọng có thể lập bản đồ toàn bộ não chuột trong 3 - 4 năm tới.

Tuy nhiên, việc lập bản đồ não người ở cùng độ chi tiết là thách thức cực lớn, do kích thước não người gấp khoảng 1.500 lần não chuột, cùng với các rào cản kỹ thuật và đạo đức đi kèm.

Dù vậy, nghiên cứu này mở ra cơ hội mới cho việc tìm hiểu các bệnh lý thần kinh như Alzheimer, Parkinson, tự kỷ hay tâm thần phân liệt... "Giống như khi sửa radio, nếu có sơ đồ mạch điện thì việc sửa sẽ dễ hơn nhiều", tiến sĩ Nuno da Costa chia sẻ. "Chúng tôi đang tạo ra một bản đồ Google của não chuột để từ đó so sánh với các mô hình bệnh"./.