Xây dựng lại Bản đồ Mạng lưới Thần kinh Toàn bộ Não Ruồi giấm Hỗ trợ Giải mã Não Con người Nhóm nghiên cứu liên ngành do Giáo sư Giang An Thế, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Não của trường chúng tôi, dẫn dắt, đã thành công xây dựng lại bản đồ mạng lưới thần kinh toàn bộ não ruồi giấm, hiện tại đã gán mã vạch nhận dạng cho lần lượt 16.000 tế bào thần kinh trong não ruồi giấm. Kết quả bản đồ thần kinh ruồi giấm này đã gây ra sự chú ý rộng rãi, ngoài công bố trên tạp chí «Sinh học Đương đại», còn được Thời báo New York của Mỹ báo cáo vào ngày 14 tháng 12 cùng năm đó. Nhóm nghiên cứu liên ngành do Giáo sư Giang dẫn dắt có khoảng 40 người... (Tiếp tục đọc)

Nhóm nghiên cứu liên ngành do Giáo sư Giang An Thế, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Não của trường dẫn đầu, đã thành công trong việc tái dựng bản đồ mạng lưới thần kinh toàn não giấm trâu. Hiện nhóm đã gán mã nhận dạng riêng cho từng trong 16.000 tế bào thần kinh trong não giấm trâu. Thành tựu bản đồ thần kinh giấm trâu này đã gây sự chú ý rộng rãi. Ngoài việc được công bố trên tạp chí «Hiện Đại Sinh Học» ngày 2 tháng 12 năm 99, kết quả còn được báo «Nhật Báo Á» của Mỹ đưa tin ngày 14 tháng 12 cùng năm.

Nhóm nghiên cứu liên ngành do Giáo sư Giang dẫn đầu có khoảng 40 thành viên, đã dành gần một thập kỷ cho công trình nghiên cứu bản đồ mạng lưới thần kinh của não giấm trâu. Nhóm đã sử dụng chiến lược «kỹ thuật đảo ngược» để phân rã não giấm trâu thành các tế bào thần kinh đơn lẻ được đánh dấu bằng protein phát quang xanh, sau đó ghép các tế bào đơn lẻ lấy từ những bộ não khác nhau vào một bộ não chuẩn hóa, đồng thời vẽ bản đồ mạng lưới thần kinh hình thành từ đó. Nhờ vậy, nhóm đã xây dựng cơ sở dữ liệu hình ảnh não giấm trâu thần kinh ba chiều có độ phân giải cao, cung cấp một công cụ mạnh mẽ và hiệu quả cho các nghiên cứu khoa học não.

Sau khi phân tích hình ảnh có độ phân giải cao của 16.000 tế bào thần kinh, nhóm của Giáo sư Giang cho biết não giấm trâu có 41 «đơn vị vận hành cục bộ», 6 «đơn vị chuyển tiếp» dạng bó sợi thần kinh và các đơn vị này liên kết với nhau thông qua 58 bó sợi thần kinh. Do não người và não giấm trâu có cấu trúc cơ bản tương tự nhau, các nhà sinh học cho rằng bản đồ mạng lưới thần kinh toàn não này sẽ là bước đầu tiên trong quá trình giải mã não người.

Vì kích thước não giấm trâu chiều ngang chỉ khoảng 600 micromet, nhân viên phải trải qua nhiều tháng đào tạo chuyên môn mới có thể tiến bộ từ việc ban đầu mỗi ngày có khi không thể lấy được cả một mẫu não đến khả năng hiện nay gần như mỗi hai phút lại lấy được một mẫu não hoàn chỉnh. Giáo sư Giang cho biết, trong quá trình vẽ bản đồ mạng lưới thần kinh não giấm trâu, nhóm từng phát hiện phương pháp mới giúp tốc độ thu thập hình ảnh thần kinh nhanh hơn năm lần. Tuy nhiên, để bảo đảm tính nhất quán cho các phân tích dữ liệu trong tương lai, nhóm buộc phải loại bỏ hình ảnh của 3.000 tế bào thần kinh đã cố công thu thập bằng phương pháp cũ. Thời điểm đó thật sự vô cùng đau lòng!

Do mỗi bộ não giấm trâu có kích thước và hình dạng hơi khác nhau, nhóm của Giáo sư Giang An Thế đã tính toán kích thước trung bình của não giấm trâu đực và cái riêng biệt, sau đó xây dựng một mô hình não tiêu chuẩn ảo cho mỗi giới tính. Nhóm đưa hình ảnh ba chiều của từng tế bào thần kinh vào vị trí tương ứng trong bộ não tiêu chuẩn để so sánh. Ngoài ra, mỗi tế bào thần kinh đều được gán một mã để nhận dạng. Mã này chứa thông tin về vị trí của nhân thần kinh, các vùng não mà tế bào kết nối cùng phân tử truyền tín hiệu thần kinh đã sử dụng.

Do các mã thần kinh được vẽ là dữ liệu số nên thuận tiện cho máy tính phân tích nhanh chóng, điều này giúp nhóm của Giáo sư Giang phân tích được kiến trúc tổng thể của mạng lưới thần kinh não giấm trâu. Giáo sư Giang nói: «Não giấm trâu là sự kết hợp giữa siêu máy tính và máy tính lưới. Ngày càng nhiều bằng chứng cho thấy bản mô gen điều khiển sự phát triển và vận hành của não có mức độ tương đồng rất cao giữa các loài, do đó rất có thể não người cũng có những đơn vị vận hành cơ bản tương tự».

Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục xây dựng bản đồ mạng lưới thần kinh não giấm trâu cho đến khi hoàn thành việc vẽ toàn bộ 100.000 tế bào thần kinh. Giáo sư Giang An Thế cũng là thành viên của Đơn vị Nghiên cứu Não và Tâm Trí Kavli thuộc Đại học California, Thành Phố San Diego. Ông nói: «Chiến lược của chúng tôi có thể dễ dàng áp dụng để xây dựng bản đồ mạng lưới thần kinh não của các mô hình sinh học khác, chẳng hạn như não chuột nhắt, dù cần quy mô lớn hơn. Vì việc lập bản đồ não người còn thách thức hơn nên sẽ cần đến các kỹ thuật đánh dấu và tạo hình mới. Nhóm nghiên cứu Kavli đang mở rộng công trình lập bản đồ não để có thể bao gồm một chiến lược hiệu quả cho việc vẽ bản đồ não người».