Cách mạng trong Nghiên cứu Não: Học Đàn Qua Cánh Tay Robot

Gần đây, một nhóm nghiên cứu thuộc Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp (CNRS) đã công bố một phát hiện đáng kinh ngạc trong lĩnh vực khoa học thần kinh. Họ đã thành công trong việc nuôi cấy các lát cắt não của người đã khuất, cho phép các tế bào thần kinh sống sót và phát ra xung điện, mở ra cánh cửa mới cho nghiên cứu về khả năng học hỏi của não.

Quá trình nghiên cứu bắt đầu bằng việc trích xuất vỏ não từ một người hiến tặng đã qua đời, sau đó được thái thành các lát mỏng khoảng 300 micromet và duy trì sự sống trên bề mặt của một mảng vi điện cực. Điều đáng lưu ý là ngay cả khi được tách ra khỏi cơ thể, các tế bào thần kinh vẫn có thể phát xung điện, cho thấy dấu hiệu sống động đáng kinh ngạc.

Hệ thống thí nghiệm, được gọi là OPAB, đã sử dụng ba điện cực để điều khiển chuyển động của một cánh tay robot. Khi có xung điện từ một trong các điện cực, ngón tay của cánh tay robot sẽ gõ xuống một phím đàn piano. Âm thanh được tạo ra sau đó được ghi lại và mã hóa thành tín hiệu điện quay trở lại các điện cực cảm giác đặt trên lát não.

Quy trình này được thiết kế mô phỏng cách trẻ em học hỏi trong những năm tháng đầu đời. Trẻ sơ sinh thường huơ tay chân một cách ngẫu nhiên, từ đó nhận thức về âm thanh và xúc giác, dần dần tạo ra mối liên hệ giữa hành động và cảm giác trong não bộ. Lát cắt não trong thí nghiệm cũng đã trải qua một quá trình học hỏi tương tự.

Trong 72 giờ đầu tiên, các điện cực bắt đầu hoạt động luân phiên, mỗi nhịp điều khiển tay robot nhấn phím đàn. Lát não sau đó nhận được phản hồi âm thanh, và điều này tạo ra một vòng lặp huấn luyện liên tục.

Nhóm nghiên cứu đã tổ chức kiểm tra với một người sống để so sánh phản ứng của lát não. Kết quả cho thấy sẽ có những phản xạ nhất định; khi nghe âm thanh, lát cắt não đã tự động kích hoạt đúng điện cực để điều khiển cánh tay robot chơi lại nốt nhạc đó.

Trong 16 mẫu lát não thử nghiệm, có 3 mẫu đạt độ chính xác tuyệt đối 100% và 7 mẫu khác cũng đã học được ít nhất hai nốt nhạc. Tổng cộng, 62,5% mẫu đã ghi nhớ ít nhất hai nốt, và thời gian lưu giữ ký ức có thể kéo dài từ 7 đến 17 ngày.

Để chứng minh khả năng tự học này, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một loạt bài kiểm tra đối chứng. Các điện cực không huấn luyện hoàn toàn không thể điều khiển cánh tay robot, cho thấy rằng động lực học này chỉ đến từ hoạt động của não. Hơn nữa, khi tiêm thuốc ức chế hoặc sử dụng mô não bị nhiễm virus, khả năng học hỏi lập tức biến mất, chứng minh rằng việc học là hoàn toàn phụ thuộc vào hoạt động thần kinh bình thường.

Phân tích sâu về cơ chế hoạt động, nhóm nghiên cứu cho biết khả năng ghi nhớ của lát cắt não được điều chỉnh bởi quy luật “độ dẻo phụ thuộc vào thời gian phát xung” – một khái niệm quan trọng trong sinh lý học não người. Khi một nơ-ron liên tục bị kích thích ngay sau khi một nơ-ron khác phát xung, liên kết giữa chúng sẽ trở nên mạnh mẽ hơn.

Thí nghiệm đã cho thấy sự tương tác giữa âm thanh và hành động, tạo thành một cầu nối giữa điện cực vận động và cảm giác. Đây là bản chất của hệ thống nơ-ron gương trong não bộ con người.

Hiện tại, nghiên cứu này vẫn còn một số hạn chế như chỉ thử nghiệm được với ba nốt nhạc và cỡ mẫu nhỏ 30 lát não từ ba người. Các chuyên gia đồng ý rằng tỷ lệ thành công 62,5% vẫn còn hạn chế do điện cực được lựa chọn ngẫu nhiên và có thể cải thiện nếu thực hiện sàng lọc tốt hơn.

Dù nghiên cứu này vẫn chưa được công bố chính thức mà chỉ dừng lại ở giai đoạn bản thảo, nó đã tạo ra một nền tảng vững chắc cho tương lai. Vào năm 2024, nhóm nghiên cứu đã công bố rằng các lát não này có thể ghi nhớ, và thành công này đã mở ra cơ hội cho việc áp dụng trong nhiều lĩnh vực như nghiên cứu dược phẩm và giải mã bệnh lý thần kinh.

Chưa dừng lại ở đó, nghiên cứu này cũng mở ra những câu hỏi sâu sắc về đạo đức sinh học. Mặc dù các mô não không có ý thức hay khả năng nhận thức, việc một phần thi thể người chết tự học hành vi mới vẫn là một ranh giới nhạy cảm cần được xem xét cẩn thận.

Nhóm nghiên cứu đã khẳng định rằng mọi quy trình đều minh bạch và có sự đồng thuận từ gia đình người hiến tặng. Giới khoa học hiện đang chờ đợi sự công nhận từ các chuyên gia phản biện để công trình tiến tới giai đoạn tiếp theo.