Lát cắt não người chết tự học đánh đàn qua cánh tay robot khiến giới khoa học chấn động

Thành tựu mang tính bước ngoặt này vừa được công bố bởi các nhà khoa học thuộc Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp (CNRS) cùng một số tổ chức uy tín khác. Nhóm chuyên gia đã tiến hành trích xuất một phần vỏ não nhỏ từ người hiến tặng đã tử vong, thái thành các lát mỏng kích thước 300 micromet và duy trì sự sống trên một mảng vi điện cực.

Đáng kinh ngạc là ngay cả khi đã tách rời khỏi cơ thể, các tế bào thần kinh này vẫn sống và liên tục phát ra xung điện.

Hệ thống độc đáo trên được đặt tên là OPAB - thuật ngữ chỉ phương pháp nuôi cấy mô ngoại cấy lát não người trưởng thành sau khi chết. Để tiến hành thử nghiệm, các nhà nghiên cứu chỉ định ba điện cực làm nhiệm vụ vận động và nối chúng vào ba ngón tay của một cánh tay robot.

Khi một điện cực xả xung, ngón tay cơ khí tương ứng sẽ gõ xuống một phím đàn piano. Ngay lập tức, chiếc micrô đặt cạnh đó sẽ thu lại âm thanh, mã hóa thành tín hiệu điện và truyền ngược về ba điện cực cảm giác nằm trên lát não.

Cơ chế vòng lặp khép kín này được thiết kế tinh vi nhằm mô phỏng lại chính xác cách một em bé sơ sinh học hỏi thế giới. Ở những năm tháng đầu đời, trẻ thường huơ tay chân một cách ngẫu nhiên, từ đó cảm nhận phản hồi về âm thanh và xúc giác để dần hình thành sợi dây liên kết giữa hành động và cảm giác trong não bộ. Lát cắt não trong đĩa Petri cũng trải qua một khóa huấn luyện tương tự.

Sau ngày đầu tiên nhận kích thích sơ bộ, ba điện cực vận động bắt đầu xả xung luân phiên trong 72 giờ kế tiếp. Mỗi nhịp xả xung sẽ điều khiển tay robot nhấn phím, và lát não lập tức nhận lại tín hiệu âm thanh dội về.

Khi quá trình huấn luyện kết thúc, nhóm nghiên cứu đã đưa một người thật vào đánh đàn để kiểm tra phản xạ. Kết quả thu được vượt xa mong đợi: khi nghe thấy âm thanh, lát não tự động kích hoạt đúng điện cực vận động tương ứng, điểu khiển tay robot đánh lại chính xác nốt nhạc đó.

Dữ liệu ghi nhận trong số 16 lát não thử nghiệm, có 3 mẫu đạt độ chính xác tuyệt đối 100% và 7 mẫu khác sao chép đúng hai nốt nhạc. Tổng cộng 62,5% số mẫu đã học được tối thiểu hai nốt, với thời gian lưu giữ ký ức kéo dài từ 7 ngày cho tới tận 17 ngày.

Để khẳng định năng lực này thực sự đến từ quá trình tự học, một loạt bài kiểm tra đối chứng khắt khe đã được thiết lập. Khi kết nối các điện cực chưa qua huấn luyện với cánh tay robot, cỗ máy hoàn toàn bất động.

Hơn thế nữa, khi các nhà khoa học tiêm thuốc ức chế dẫn truyền synap hoặc sử dụng mô não bị nhiễm virus, năng lực bắt chước lập tức biến mất. Điều này là minh chứng tuyệt đối cho việc kết quả học tập phụ thuộc hoàn toàn vào hoạt động thần kinh bình thường.

Phân tích sâu hơn về mặt cơ chế, khả năng ghi nhớ của lát cắt này hoạt động dựa trên nguyên lý "độ dẻo phụ thuộc vào thời gian phát xung" - một quy luật nền tảng của 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 tự động trở nên bền chặt hơn.

Thí nghiệm đã tạo ra một cầu nối hai chiều giữa điện cực vận động và cảm giác, cho phép âm thanh kích hoạt hành động và ngược lại. Đây cũng chính là bản chất cốt lõi của hệ thống nơ-ron gương ẩn sâu trong bộ não chúng ta.

Tất nhiên, hệ thống hiện tại vẫn mang những giới hạn nhất định. Thử nghiệm chỉ mới triển khai với ba nốt nhạc và cỡ mẫu khiêm tốn 30 lát não từ ba người hiến tặng. Giới chuyên môn thừa nhận con số thành công 62,5% vẫn còn khá bảo thủ do các điện cực được lựa chọn ngẫu nhiên. Nếu có thể chủ động sàng lọc điện cực dựa trên mức độ hoạt động thần kinh, hiệu suất chắc chắn sẽ còn được cải thiện.

Về mặt học thuật, công trình này hiện vẫn đang dưới dạng bản thảo tiền in và chờ bình duyệt. Tuy nhiên, nền tảng của nó đã được xây dựng vững chắc từ năm 2024 khi nhóm nghiên cứu công bố báo cáo trên tạp chí Brain Stimulation, xác nhận các lát não này sở hữu độ dẻo synap. Nếu nghiên cứu trước đây chứng minh mô não "có khả năng học", thì bước tiến mới nhất đã hiện thực hóa việc ghép nối mô đó với thiết bị ngoại vi, tạo thành một vòng tuần hoàn cảm giác - vận động hoàn chỉnh.

Giá trị lớn nhất của OPAB không nằm ở phần cứng đắt tiền, mà chính là những lát não mỏng manh nhưng giữ trọn vẹn cấu trúc nguyên thủy. Chúng vượt trội hơn hẳn các tế bào nuôi cấy hai chiều nhờ duy trì được mạng lưới liên kết và nền tảng tạo ra độ dẻo.

Thành tựu này mang đến cho giới khoa học một lăng kính thao tác trực tiếp để nghiên cứu cơ chế học hỏi của não bộ. Nếu kéo dài được thời gian nuôi cấy, hệ thống này sẽ trở thành vũ khí đắc lực trong việc giải mã các bệnh lý thần kinh và thử nghiệm dược phẩm.

Song hành cùng những bước tiến y khoa, thử nghiệm này cũng mang lại những suy ngẫm sâu sắc về khía cạnh đạo đức sinh học. Dù các mô não không hề có ý thức hay khả năng tự nhận thức, việc một phần thi thể người chết tự học hành vi mới và tương tác vật lý vẫn là một ranh giới nhạy cảm.

Phía nghiên cứu khẳng định mọi quy trình đều minh bạch: các mẫu vật được lấy từ quá trình khám nghiệm tử thi và có sự đồng thuận từ gia đình. Hiện tại, giới khoa học đang hồi hộp chờ đợi sự công nhận chính thức từ các chuyên gia phản biện để công trình này có thể bước sang một trang mới.

Tham khảo: Zhihu
Đức Khương