NộI Dung
- Lập bản đồ não là gì?
- Tài trợ Nghiên cứu Hỗ trợ Sáng kiến BRAIN
- Các mục tiêu chính của Dự án BRAIN
- Ưu và nhược điểm của dự án lập bản đồ não
Lập bản đồ não là gì?
Tạm dừng một chút để xem xét bộ não. Nó có thể chứa 100 tỷ tế bào. Mỗi tế bào, được gọi là tế bào thần kinh, có thể kết nối với hàng chục nghìn tế bào não khác.
Các mạng này hỗ trợ các chức năng không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta. Nếu không có một bộ não hoạt động tối thiểu, hầu hết sẽ đồng ý rằng, không có cuộc sống ý nghĩa. Khoa học đã cố gắng làm sáng tỏ cơ quan quan trọng nhất này của chúng ta.
Lịch sử của lập bản đồ não
Hiểu bộ não không phải là một cơ quan duy nhất, đồng nhất, mà là một cơ quan được tạo thành từ các vùng rời rạc là một khái niệm đã tồn tại hơn 100 năm. Năm 1909, Korbinian Brodmann đã viết một bài báo mô tả bản đồ của vỏ não, chia bề mặt não thành 43 khu vực. Ông đã tách các vùng này dựa trên các mẫu mô não được cắt mỏng thể hiện các kiểu nhuộm cơ thể tế bào riêng biệt. Kiến trúc của các tế bào có thể được sử dụng để phân chia não bộ thành các khu vực riêng biệt.
Những nỗ lực của Brodmann đã có ảnh hưởng rất lớn. Mối tương quan giữa cấu trúc giải phẫu với chức năng não là duy nhất. Nó cho phép phát triển một khuôn khổ nhằm cố gắng liên kết thiệt hại với các cấu trúc cụ thể với sự mất chức năng nhất quán. Bản đồ ban đầu của ông vẫn giúp các nhà khoa học thần kinh xác định vị trí các phát hiện để chụp ảnh não, như có thể thu được trong bối cảnh đột quỵ, chấn thương hoặc khối u.
Lập bản đồ não hôm nay
Cũng giống như các bản đồ khác có thể được tinh chỉnh theo thời gian, các nghiên cứu sâu hơn đã mở rộng hiểu biết của chúng ta về tổ chức địa hình của các mô não. Dự án Bản đồ Hoạt động Não bộ được tạo ra để thúc đẩy những tiến bộ như vậy. Dự án này đã được quán quân tại một hội nghị do Miyoung Chun thuộc Quỹ Kavli tổ chức ở London vào tháng 9 năm 2011.
Các nhà khoa học đã tiếp tục nâng cao hiểu biết về cấu trúc của não.
Vào năm 2016, bộ não được chia nhỏ thành 180 mảnh riêng biệt cho thấy sự khác biệt rõ ràng về cấu trúc, chức năng và khả năng kết nối-97 khu vực bao gồm lần đầu tiên được mô tả.
Những bản đồ mới hơn này được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI), bao gồm cả MRI chức năng (fMRI), đo lưu lượng máu để đáp ứng các nhiệm vụ tâm thần (rất cụ thể) khác nhau.
Loại bản đồ này liên quan đến việc di chuyển từ từ trên bề mặt não bộ cho đến khi ghi nhận những thay đổi đáng kể trong hai hoặc nhiều thuộc tính độc lập, giúp phân định biên giới trên bản đồ. Mặc dù số lượng khu vực có thể nhất quán, nhưng kích thước khác nhau giữa các cá nhân. Những khác biệt này quan trọng có thể phân biệt khả năng nhận thức và sáng tạo cũng như nguy cơ tiềm ẩn đối với các bệnh liên quan đến não như Alzheimer’s, Parkinson’s, và thậm chí cả trầm cảm.
Chia bộ não thành các phần nhỏ hơn có thể giúp các nhà khoa học thần kinh đánh giá được cách thức hoạt động của nó. Tuy nhiên, các phép đo đơn lẻ có thể không đầy đủ, cung cấp một cái nhìn sai lệch về não và chức năng của nó.
Lập bản đồ cũng giải thích rất ít về hóa sinh cơ bản. Nó cũng có thể không làm sáng tỏ vai trò của các nhóm nhỏ, hoặc thậm chí quan trọng, các tế bào thần kinh đơn lẻ. Khi công nghệ tiến bộ, các nỗ lực lập bản đồ lặp lại có thể được yêu cầu.
Ngoài những khác biệt về cấu trúc rõ ràng ở cấp độ tế bào, có thể tổ chức các mô của não dựa trên hoạt động và các kết nối của nó. Với sự hỗ trợ về chính trị và kinh tế, dự án này đã được xếp vào một Sáng kiến BRAIN rộng lớn hơn.
Tài trợ Nghiên cứu Hỗ trợ Sáng kiến BRAIN
Việc làm sáng tỏ sự phức tạp của bộ não đòi hỏi mức độ hợp tác gần như chưa từng có trong cộng đồng khoa học, sự sẵn sàng làm việc cùng nhau vượt qua các phân cách địa chính trị và tập hợp các nguồn lực trong quan hệ đối tác công tư toàn cầu.
Ban đầu được mệnh danh là Bản đồ Hoạt động của Não bộ, Sáng kiến Nghiên cứu Não bộ Thông qua Nâng cao Công nghệ Thần kinh Đổi mới (BRAIN) đã được Tổng thống Barack Obama phát động tại Hoa Kỳ vào ngày 2 tháng 4 năm 2013.
Sáng kiến BRAIN mong muốn lập bản đồ chức năng của hàng trăm nghìn tế bào thần kinh đồng thời, khi chúng hoạt động với tốc độ của một ý nghĩ thoáng qua.
Trước khi xem xét nguyện vọng của dự án này, điều quan trọng là phải nhận ra rằng người Mỹ không đơn độc trong nỗ lực.
Trên thực tế, dự án BRAIN tham gia các sáng kiến khác trên toàn thế giới, là một phần của nỗ lực toàn cầu nhằm hiểu đầy đủ hơn về hoạt động bên trong của bộ não. Vào ngày 19 tháng 9 năm 2016, Sáng kiến Não quốc tế đã được đưa ra tại cuộc họp đồng hành cùng Đại hội đồng Liên hợp quốc. National Sleep Foundation và National Institute of Health (NIH) ở Hoa Kỳ đã cam kết nguồn lực để phát triển và hỗ trợ dự án.
Ngoài việc xây dựng một kế hoạch chi tiết để hướng dẫn các nghiên cứu khoa học cần thiết - bao gồm thời gian biểu, các mốc quan trọng, và chi phí ước tính - hỗ trợ tài chính phải được cả hai mua và duy trì. Dự án Lập bản đồ não và Sáng kiến BRAIN rộng hơn, ban đầu được tài trợ hơn 100 triệu đô la và dự kiến sẽ tiêu tốn hàng tỷ đô la trong hơn một thập kỷ.
Ngoài tiền nghiên cứu công, những nỗ lực tư nhân trong việc lập bản đồ não động đã bao gồm:
- Viện Khoa học Não Allen ở Seattle (chi 60 triệu đô la hàng năm trong 4 năm)
- Viện Y tế Howard Hughes ở Virginia (chi ít nhất 30 triệu đô la mỗi năm)
- Quỹ Kavli ở Oxnard, California (chi 4 triệu đô la hàng năm trong 10 năm)
- Viện Nghiên cứu Sinh học Salk ở San Diego (cam kết hỗ trợ 28 triệu USD)
Sáng kiến hợp tác nghiên cứu công-tư cuối cùng có mục tiêu hỗ trợ phát triển các công nghệ tiên tiến có thể tạo ra sự hiểu biết năng động về chức năng não.
Các mục tiêu chính của Dự án BRAIN
Sứ mệnh rộng lớn hơn của Sáng kiến BRAIN là “hiểu sâu hơn về hoạt động bên trong của tâm trí con người và cải thiện cách chúng ta điều trị, ngăn ngừa và chữa trị các rối loạn của não”. Để đạt được điều này, công nghệ mới phải được phát triển để khám phá cách các tế bào và mạch của não tương tác, cuối cùng tiết lộ các liên kết phức tạp giữa chức năng và hành vi của não.
Có một số mục tiêu chính của dự án này, và có vô số cách mà chúng có thể được thực hiện trong thập kỷ tới.
- Công nghệ thần kinh tiên tiến: Hỗ trợ tài chính cho nghiên cứu đầy hứa hẹn sẽ dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của công nghệ không chỉ giúp chúng ta hiểu được nền tảng của bộ não mà còn cách chẩn đoán và điều trị các rối loạn ảnh hưởng đến nó. Đổi mới, đột phá khoa học và tiến bộ thiết bị sẽ đòi hỏi các đội kỹ sư và nhà khoa học thần kinh đa lĩnh vực.
- Tạo điều kiện cho hình ảnh động: Nếu hình ảnh não bộ hiện tại giống như xem qua một chồng ảnh, thì công nghệ mới hơn sẽ tạo ra hình ảnh động, giống như xem chức năng não trong thời gian thực. Công nghệ hình ảnh phải tiên tiến để hiển thị các chức năng này ở độ phân giải cao hơn trên các quy mô không gian và thời gian khác nhau.
- Khám phá chức năng não bộ: Bộ não không phải là một cơ quan tĩnh; nó chủ động ghi lại, xử lý, lưu trữ, truy xuất và sử dụng một lượng lớn thông tin gần như ngay lập tức. Để hiểu được năng lực này, não phải được điều tra trong thời gian thực với nhiều phương thức tiềm năng, nhiều phương thức hiện không tồn tại.
- Liên kết hành vi với chức năng: Biểu hiện ra bên ngoài của chức năng não được quan sát như một hành vi. Điều phức tạp hơn là có vô số cách mà ai đó có thể được ghi nhận để cư xử. Với việc sử dụng các mô hình tính toán tiên tiến, có thể làm sáng tỏ các mô hình này và các mô hình tiên phong để nâng cao các hành vi mong muốn.
- Nâng cao các ứng dụng tiêu dùng: Các thiết bị y tế tương tác với mô não có thể ảnh hưởng sâu sắc đến cuộc sống tương lai của chúng ta và quy định phải thúc đẩy sức khỏe và hạnh phúc của người tiêu dùng. Đưa những công nghệ này đến với người tiêu dùng theo hướng an toàn và hiệu quả là chìa khóa quan trọng khi lĩnh vực này phát triển.
Ưu và nhược điểm của dự án lập bản đồ não
Có vẻ như có vô số cơ hội và tiềm năng vô hạn trong lĩnh vực khoa học thần kinh. Khi chúng ta nâng cao kiến thức về bộ não, chúng ta có được sự hiểu biết sâu sắc về ý nghĩa của việc trở thành con người. Tuy nhiên, Dự án Lập bản đồ não có thể có một số nhược điểm tiềm ẩn.
- Tiêu tiền: Một dự án lớn như thế này có thể lấy đi sự hỗ trợ tài chính và sự quan tâm từ các nguyên nhân xứng đáng khác. Khoản tài trợ này có thể bị chính phủ hoặc các cơ quan phi lợi nhuận cắt đột ngột.
- Các ưu tiên nghiên cứu khác nhau: Không phải tất cả các nhà khoa học đều có cùng một trọng tâm. Khi họ buộc phải tìm kiếm sự hỗ trợ tài chính, điều này có thể khiến họ xa rời thế mạnh của mình. Những cân nhắc về mặt đạo đức cũng có thể hạn chế sự hợp tác, chẳng hạn như không phải tất cả các nhà khoa học đều sẽ tham gia vào nghiên cứu linh trưởng.
- Xung đột và thiếu đồng thuận: Trong việc tìm kiếm chân lý khoa học, con đường phía trước không phải lúc nào cũng rõ ràng. Cá tính mạnh kết hợp với sự khác biệt về quan điểm có thể dẫn đến các giả thuyết mâu thuẫn và các ưu tiên nghiên cứu. Sự thiếu đồng thuận giữa các chuyên gia có thể gieo rắc bất hòa.
- Bỏ qua đóng góp từ các quốc gia nhỏ hơn: Mặc dù các nước công nghiệp phát triển có thể đóng góp 300 triệu đô la tài trợ cho nghiên cứu, các quốc gia đang phát triển có thể không có khả năng đưa ra yêu sách tương tự trong dự án. Điều này có thể được cân bằng bằng cách đóng góp bệnh nhân, sinh vật mô hình và công nghệ giá cả phải chăng - nhưng chỉ khi có một chỗ ngồi được cung cấp tại bàn.
- Khoa học cơ bản và công nghệ ứng dụng: Một số kiến thức khoa học chỉ thu được với mục đích cao cả là nâng cao kiến thức. Các khuyến khích tài chính và khả năng tạo ra một công nghệ ứng dụng có thể mang lại lợi nhuận có thể là trọng tâm của nỗ lực.
- Tích hợp các tài nguyên hiện có: Dự án này được xây dựng dựa trên công việc trước đó và phải tìm cách tích hợp Dự án Kết nối Con người của Hoa Kỳ (tập trung vào việc lập bản đồ các kết nối cấu trúc và chức năng của não), Dự án Bộ não Con người của Liên minh Châu Âu (tập trung vào khoa học cơ bản về cách bộ não hoạt động ), và chương trình CBRAIN của Canada (tập trung vào việc tạo ra các công nghệ có thể được áp dụng cho y học), trong số các nỗ lực trước đó.
May mắn thay, có rất nhiều hứa hẹn và lý do để hy vọng khi dự án này tiếp tục. Lập bản đồ não cuối cùng sẽ tích hợp nhiều phép đo, bao gồm:
- Độ dày vỏ
- Chức năng não
- Kết nối giữa các vùng
- Tổ chức địa hình của các ô
- Mức độ myelin (chất cách điện béo giúp tăng tốc độ truyền tín hiệu thần kinh)
Việc thống nhất các nỗ lực nghiên cứu, cho phép các nhóm cộng tác và trao đổi thông tin, để theo đuổi các mục tiêu cụ thể dưới ngọn cờ của Dự án Lập bản đồ não sẽ cho phép những tiến bộ đáng kể trong khoa học thần kinh.
Một lời từ rất tốt
Dự án Lập bản đồ Não bộ thể hiện một cam kết đáng kể trong việc tài trợ cho sự tiến bộ trong hiểu biết của chúng ta về mối tương quan giữa các cấu trúc và chức năng bên trong não. Kính hiển vi mạnh mẽ, tài nguyên siêu máy tính và các công cụ lập bản đồ não phổ quát sẽ cho phép các nhà khoa học xúc tiến khám phá. Những tiến bộ này có thể chứng minh rằng có thể cho phép nâng cao sức khỏe não bộ cho toàn nhân loại, nhưng chỉ khi nguồn tài trợ và sự hợp tác được duy trì.