Đột Phá Trong Nghiên Cứu Não: Lát Não Người Học Đánh Đàn Qua Robot

Trong một bước tiến đáng kinh ngạc, các nhà khoa học thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS) đã công bố một nghiên cứu mới mẻ và đầy hứa hẹn liên quan đến não bộ người. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện quy trình trích xuất một phần nhỏ của vỏ não người đã qua đời, làm thành các lát mỏng khoảng 300 micromet và duy trì sự sống của chúng trên một bề mặt vi điện cực.

Điều đáng chú ý là các tế bào thần kinh, ngay cả khi đã tách ra khỏi cơ thể, vẫn duy trì sự sống và liên tục phát ra xung điện.

Công nghệ này được gọi là OPAB – phương pháp nuôi cấy mô não người trưởng thành sau khi đã qua đời. Trong quá trình thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã nối ba điện cực vào ba ngón tay của một cánh tay robot để thử nghiệm tính khả thi của phương pháp.

Khi một điện cực phát xung, ngón tay robot tương ứng sẽ gõ xuống một phím piano, và âm thanh được ghi nhận từ micrô sau đó sẽ gửi tín hiệu trở lại các điện cực trên lát não.

Quá trình này được thiết kế với một cơ chế vòng lặp khép kín, nhằm tái hiện cách trẻ sơ sinh học hỏi từ môi trường bằng cách thử nghiệm hành động và tiếp nhận phản hồi cảm giác từ âm thanh. Lát não cũng trải qua một quá trình học tập tương tự.

Trong vòng 72 giờ, các điện cực sẽ phát xung luân phiên, kiểm soát cánh tay robot nhấn vào phím đàn, và lát não sẽ nhận lại tín hiệu âm thanh dội về.

Ở giai đoạn cuối của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã mời một nghệ sĩ thực thụ tham gia đánh đàn để theo dõi phản xạ. Kết quả nhận được làm mọi người ngạc nhiên: lát não đã tự động kích hoạt điện cực tương ứng để điều khiển tay robot tái hiện chính xác nốt nhạc đã phát ra.

Trong số 16 lát não tham gia thí nghiệm, có 3 mẫu đạt độ chính xác 100% và 7 mẫu khác sao chép chính xác hai nốt nhạc. Tổng cộng, 62,5% số mẫu đã ghi nhớ tối thiểu hai nốt nhạc, với thời gian duy trì ký ức từ 7 đến 17 ngày.

Để đảm bảo rằng khả năng này thực sự là kết quả của một quá trình tự học, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các bài kiểm tra đối chứng nghiêm ngặt. Khi kết nối các điện cực chưa qua huấn luyện với cánh tay robot, thiết bị hoàn toàn không hoạt động.

Thêm vào đó, khi sử dụng các loại thuốc ức chế dẫn truyền synap hoặc mô não bị nhiễm virus, khả năng bắt chước cũng biến mất nhanh chóng. Điều này khẳng định rằng kết quả học tập phụ thuộc hoàn toàn vào hoạt động thần kinh bình thường.

Khả năng nhớ của lát não này được lý giải qua nguyên lý “độ dẻo phụ thuộc vào thời gian phát xung” – một quy luật nền tảng trong chức năng não bộ. Khi một nơ-ron liên tục kích thích sau khi một nơ-ron khác phát xung, mối liên hệ giữa chúng sẽ trở nên bền chặt hơn.

Thí nghiệm đã tạo ra một mối liên kết hai chiều giữa các điện cực, cho phép âm thanh kích hoạt hành động và ngược lại. Đây cũng chính là điểm cốt lõi của hệ thống nơ-ron gương trong não người.

Mặc dù đạt được nhiều thành tựu đáng mừng, nhưng hệ thống hiện tại vẫn có những giới hạn nhất định. Thí nghiệm mới chỉ thực hiện với ba nốt nhạc và có cỡ mẫu khá nhỏ với 30 lát não từ ba người khác nhau. Các chuyên gia cho rằng tỷ lệ thành công 62,5% còn khá khiêm tốn, và nếu sàng lọc điện cực theo mức độ hoạt động thần kinh, khả năng thành công có thể được nâng cao hơn nữa.

Về mặt học thuật, nghiên cứu này hiện vẫn đang trong quá trình chờ duyệt. Thế nhưng, nền tảng của nó đã được thiết lập từ năm 2024 khi nhóm nghiên cứu công bố báo cáo trên tạp chí Brain Stimulation, xác nhận rằng các lát não này sở hữu độ dẻo synap quan trọng. Nếu như nghiên cứu trước đây đã chứng minh mô não có khả năng học, thì nghiên cứu này đã thực hiện được việc nối mô não với thiết bị ngoại vi, tạo thành một chu trình cảm giác và vận động liên tục.

Giá trị lớn nhất mà OPAB mang lại không chỉ nằm ở phần cứng mà ở chính những lát não nhỏ bé nhưng vẫn giữ nguyên cấu trúc gốc của chúng. Chúng vượt trội hơn so với các tế bào nuôi cấy hai chiều nhờ duy trì được mạng lưới liên kết vốn có.

Thành tựu này mở ra một cái nhìn mới cho các nhà khoa học trong nghiên cứu cơ chế học hỏi của não bộ. Nếu thời gian nuôi cấy có thể kéo dài hơn, hệ thống này sẽ trở thành công cụ đắc lực trong việc giải mã các bệnh lý thần kinh và thử nghiệm dược phẩm.

Bên cạnh những tiến bộ trong y khoa, thí nghiệm này còn đặt ra nhiều câu hỏi về khía cạnh đạo đức sinh học. Dù các mô não không có ý thức, việc một phần thân thể người đã qua đời có thể học hỏi và tương tác vật lý vẫn là vấn đề nhạy cảm.

Nghiên cứu khẳng định mọi quy trình đều được thực hiện công khai và có sự đồng thuận từ gia đình. Hiện tại, cộng đồng khoa học đang hồi hộp chờ đợi sự công nhận từ các chuyên gia để công trình này có thể tiến xa hơn.