Các nhà khoa học Nhật Bản bước đầu tạo ra 1 bộ não nhân tạo

Hình ảnh một tế bào thần kinh trên vi đế (trên) và hai tế bào thần kinh được kết nối với nhau (dưới)

Một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản cho biết họ đã có khả năng tạo ra từng tế bào thần kinh riêng lẻ và định tuyến sự kết nối của chúng. Các nơron thần kinh này được nuôi trên những vi đế (microplate) siêu nhỏ và có thể di động.

Về cơ bản, điều này tương đương với khả năng nuôi và sắp xếp chính xác từng tế bào thần kinh lại với nhau, điều mà từ trước đến nay chưa một ai có thể làm được. Công nghệ mới lần đầu tiên chứng minh sự khả thi của việc xây dựng một bộ não nhân tạo, chính xác đến cấp độ từng tế bào.

Dĩ nhiên, việc tạo ra một bộ não người khá vất vả, các nhà khoa học sẽ phải sắp xếp 100 tỷ nơron thần kinh lại với nhau. Nhưng ít ra, bây giờ, chúng ta biết điều đó là có thể, chỉ cần kiên nhẫn một chút.

Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học đến từ Đại học Tokyo. Họ đã xuất bản các kết quả trong bài báo “Lắp ráp và kết nối các đơn nơ-ron trên vi đế micro để hình thành mạng thần kinh”, xuất bản trên Micromachines, một tạp chí về cơ khí phân tử.

Từ trước tới nay, các nhà khoa học chỉ có thể tạo ra từng cụm tế bào thần kinh bằng phương pháp nuôi cấy trong ống nghiệm đơn giản. Họ thả tế bào và cung cấp dưỡng chất để chúng phát triển. Tuy nhiên, các tế bào này lớn lên và kết cụm một cách ngẫu nhiên không theo ý muốn.

“Các mô hình nuôi cấy in vitro (trong ống nghiệm) là những công cụ thiết yếu vì chúng tạo ra gần đúng các mạng nơron tương đối đơn giản và có thể kiểm soát thực nghiệm (thay đổi điều kiện thí nghiệm để tạo ra kết quả mong muốn)”, tác giả nghiên cứu mới Shotaro Yoshida cho biết.

“Những mô hình này là công cụ cho lĩnh vực [nghiên cứu thần kinh] trong nhiều thập kỷ. Vấn đề là chúng rất khó kiểm soát, vì các tế bào thần kinh có xu hướng tạo ra các kết nối ngẫu nhiên với nhau. Nếu chúng ta có thể tìm ra phương pháp tổng hợp các mạng nơron có thể kiểm soát được nhiều hơn, nó có thể sẽ thúc đẩy những tiến bộ lớn trong sự hiểu biết của chúng ta về bộ não”.

Để hiện thực hóa điều này, Yoshida và nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu kỹ hơn cách mà các tế bào thần kinh cư xử, và thấy rằng chúng có thể được huấn luyện để kết nối bằng các vi đế làm từ chất liệu tổng hợp nơron.

Các vi đế trông giống như những chiếc chảo nhỏ với tay cầm. Khi tế bào thần kinh được tổng hợp trên đó, phần thân của chúng sẽ phát triển trên “lòng chảo” hình tròn. Trong khi đó, sợi trục và sợi nhánh sẽ phát triển trên 2 đầu “tay cầm” để định hướng các kết nối mà các nhà khoa học mong muốn.

Sau khi được nuôi thành công, các nhà khoa học đưa 2 vi đế lại với nhau để các sợi của nơ-ron có thể nối với nhau. Họ kiểm tra xem chúng có truyền tín hiệu hay không.

Mô hình vi đế mà các nhà khoa học Nhật Bản sử dụng

“Điều đặc biệt quan trọng trong hệ thống này là kiểm soát được cách các tế bào thần kinh kết nối với nhau” Yoshida nói. “Chúng tôi thiết kế các vi đế có thể di chuyển được. Vì vậy, bằng cách đẩy chúng di chuyển vị trí, chúng tôi có thể di chuyển hai tế bào thần kinh bên cạnh nhau. Khi chúng tôi đặt chúng lại với nhau, chúng tôi có thể kiểm tra xem liệu các nơron có thể truyền tín hiệu hay không”.

Kết quả là các tế bào thần kinh đã đã làm việc.

"Theo kiến thức cập nhật nhất của chúng tôi, đây lần đầu tiên một vi đế di động được sử dụng để ảnh hưởng lên hình thái tế bào thần kinh và hình thành các kết nối có chức năng", nghiên cứu viên Shoji Takeuchi cho biết.

“Chúng tôi tin rằng kỹ thuật này cuối cùng sẽ cho phép chúng tôi thiết kế các mô hình mạng nơron đơn giản với độ phân giải đến từng tế bào riêng lẻ. Đó là một viễn cảnh thú vị, vì nó mở ra nhiều con đường nghiên cứu mới không thể thực hiện được với bộ công cụ [nuôi ghép tế bào thần kinh] hiện tại của chúng ta”.

Tất nhiên, đây mới chỉ là bước đầu tiên của công nghệ này, đặc biệt, chúng ta phải nối hàng tỷ tế bào thần kinh lại với nhau mới có thể tạo ra một bộ não biết ăn, biết thở, ngủ và sử dụng internet. Mặc dù vậy, đó vẫn là một điểm khởi đầu rất tốt và thú vị.