TỪ TÍNH TRONG NÃO
Trong thập kỷ qua, nhiều thiết bị công nghệ cao mới đã bước vào bộ công cụ của các nhà thần kinh học, bao gồm máy quét điện từ xuyên sọ (TES – transcranial electromagnetic scanner), chụp từ (MEG – magnetoencephalography), quang phổ cận hồng ngoại (NIRS – near-infrared spectroscopy) và quang học di truyền (optogenetics) giữa hàng loạt các thứ khác nữa.
Đặc biệt, từ tính đã được sử dụng để đóng lại một cách hệ thống các phần cụ thể của não mà không cần cắt mở nó ra. Vật lý cơ bản đằng sau những công cụ mới này là một điện trường thay đổi nhanh chóng có thể tạo ra từ trường và ngược lại. MEGs đo lường một thụ động các từ trường được tạo ra bởi các điện trường thay đổi của bộ não. Những từ trường này yếu và cực kỳ nhỏ bé, chỉ bằng một phần tỷ của từ trường Trái đất. Giống như EEG, MEG là cực kỳ tốt ở độ phân giải về thời gian, xuống đến một phần nghìn giây. Tuy nhiên, độ phân giải về không gian của nó chỉ là một cm khối.
Không giống như đo lường thụ động của MEG, TES tạo ra một xung điện lớn, do đó tạo ra một chùm năng lượng từ. TES được đặt cạnh bộ não, do đó xung từ xuyên qua sọ và tạo ra một xung điện khác bên trong não. Xung điện thứ cấp này, quay trở lại, đủ để tắt hoặc làm ẩm ướt/yếu hơn đi hoạt động của các vùng được chọn của não.
Trong lịch sử, các nhà khoa học đã phải dựa vào đột quỵ hoặc khối u để làm im lặng một số phần của não và do đó xác định những gì họ làm. Nhưng với TES, người ta có thể tắt hoặc làm ẩm một cách vô hại đến các bộ phận của não theo ý muốn. Bằng cách bắn năng lượng từ tính tại một vị trí cụ thể trong não, người ta có thể xác định chức năng của nó bằng cách đơn giản theo dõi hành vi của một người đã thay đổi như thế nào. (Ví dụ, bằng cách bắn các xung từ vào thùy thái dương trái, người ta có thể thấy rằng điều này ảnh hưởng bất lợi đến khả năng nói của chúng ta.)
Một nhược điểm tiềm tàng của TES là các từ trường này không thâm nhập rất xa vào bên trong não (vì từ trường giảm nhanh hơn nhiều so với độ giảm bình thường của điện theo định luật cường độ nghịch đảo với bình phương của khoảng cách.) TES khá hữu ích trong việc tắt các bộ phận của não gần sọ, nhưng từ trường không thể tới được trung tâm quan trọng nằm sâu trong não, chẳng hạn như hệ thống limbic. Nhưng các thế hệ tương lai của các thiết bị TES có thể khắc phục vấn đề kỹ thuật này bằng cách tăng cường độ và sự chính xác của từ trường.
Hình 6. Chúng ta thấy máy quét điện từ xuyên sọ và máy chụp hình từ tính, sử dụng từ tính thay thế sóng vô tuyến để thâm nhập vào hộp sọ và xác định tính chất tự nhiên đang có khi ấy nơi các suy nghĩ trong não. Từ tính có thể tạm thời làm im lặng các bộ phận của não, cho phép các nhà khoa học xác định một cách an toàn các khu vực này hoạt động như thế nào mà không phải dựa vào các nạn nhân đột quỵ.
KÍCH THÍCH NÃO SÂU – DEEP BRAIN STIMULATION
Tuy nhiên, một công cụ khác đã được chứng minh là quan trọng đối với các nhà thần kinh học là kích thích não sâu (DBS). Các đầu dò ban đầu được sử dụng bởi Tiến sĩ Penfield là tương đối thô sơ. Ngày nay, các điện cực này có thể nhỏ như các sợi tóc và tiếp cận các khu vực cụ thể của não sâu bên trong nó. Không chỉ có DBS cho phép các nhà khoa học xác định vị trí chức năng của các bộ phận khác nhau của não, nó cũng có thể được sử dụng để điều trị các rối loạn tâm thần. DBS đã chứng minh được giá trị của nó với bệnh Parkinson, mà trong đó một số vùng nhất định của não hoạt động quá mức và thường tạo ra sự run rẩy không kiểm soát được.
Gần đây hơn, các điện cực này đã nhắm vào một khu vực mới của não (gọi là khu vực số 25 của Brodmann) thường hoạt động quá mức ở những bệnh nhân bị trầm cảm không đáp ứng với liệu pháp tâm lý hay thuốc. Kích thích não sâu đã cứu trợ gần như là kỳ diệu sau nhiều thập kỷ đau đớn và khổ sở cho những bệnh nhân đáng thương này.
Hàng năm, điều mới mẻ trong việc sử dụng cho kĩ thuật kích thích não sâu vẫn đang được tìm thấy. Trong thực tế, gần như tất cả các rối loạn chính của não đang được xem xét lại trong ánh sáng này và các công nghệ quét não mới khác. Điều này hứa hẹn sẽ là một lĩnh vực mới thú vị để chẩn đoán và thậm chí điều trị bệnh tật.
QUANG HỌC DI TRUYỀN - CHIẾU SÁNG NÃO
Nhưng có lẽ công cụ mới nhất và thú vị nhất trong bộ công cụ của nhà thần kinh học là quang học di truyền – optogenetics, vốn từng được coi là khoa học viễn tưởng. Giống như một cây đũa thần, nó cho phép bạn kích hoạt một số con đường kiểm soát hành vi bằng cách chiếu một chùm ánh sáng lên não.
Thật đáng kinh ngạc, một [gen nhạy cảm với ánh sáng – light-sensitive gene] thứ làm cho tế bào bị cháy lên, có thể được chèn vào, với độ chính xác như phẫu thuật, một cách trực tiếp vào một tế bào thần kinh. Sau đó, bằng cách bật một chùm ánh sáng, tế bào thần kinh được kích hoạt. Quan trọng hơn, điều này cho phép các nhà khoa học kích thích hay làm phấn khởi nơi những con đường này, để bạn có thể bật và tắt một số hành vi nhất định chỉ bằng việc bật tắt công tắc.
Mặc dù công nghệ này chỉ mới có tuổi đời cỡ một thập kỷ, nhưng công nghệ quang học di truyền đã chứng minh thành công trong việc kiểm soát một số hành vi của động vật. Bằng cách bật công tắc đèn, nó có thể làm cho ruồi giấm bất ngờ bay ra, giun ngừng quẫy, và những con chuột chạy vòng quanh điên cuồng trong vòng tròn. Thử nghiệm với khỉ hiện đang bắt đầu, và ngay cả những thử nghiệm trên người cũng đang được thảo luận. Hy vọng rằng công nghệ này sẽ có một ứng dụng trực tiếp trong điều trị các rối loạn như Parkinson và trầm cảm.
BỘ NÃO TRONG SUỐT
Giống như optogenetics, một phát triển mới ngoạn mục khác là làm cho bộ não hoàn toàn trong suốt để các đường đi thần kinh của nó được trưng bày ra với mắt thường. Vào năm 2013, các nhà khoa học tại Đại học Stanford đã thông báo rằng họ đã thành công trong việc làm cho toàn bộ bộ não của một con chuột trong suốt, cũng như các bộ phận của não người. Thông báo này thật tuyệt vời khi nó chễm ở trang đầu của tờ New York Times, với tiêu đề "Bộ Não giờ đây trong suốt như rau câu Jell-O để các nhà khoa học khám phá".
Ở cấp độ tế bào, các tế bào được nhìn thấy riêng biệt là trong suốt, với tất cả các thành phần vi mô của chúng được phơi nhiễm hay được nhìn thấy hoàn toàn. Tuy nhiên, một khi hàng tỷ tế bào đến với nhau để tạo thành các cơ quan như não, việc bổ sung các chất béo (chất béo, dầu, sáp và hóa chất không hòa tan trong nước) giúp làm cho cơ quan ấy bị trở ra đục màu. Chìa khóa cho kỹ thuật mới là loại bỏ các chất béo trong khi giữ cho các tế bào thần kinh còn nguyên vẹn. Các nhà khoa học ở Stanford đã làm điều này bằng cách đặt não vào hydrogel (một chất giống như gel chủ yếu làm bằng nước), chất này liên kết với tất cả các phân tử của não ngoại trừ chất béo. Bằng cách đặt não vào dung dịch có tính xà phòng với một điện trường, dung dịch có thể được xả ra khỏi não, mang theo lipit, để lại một bộ não trong suốt. Việc bổ sung thuốc nhuộm sau đó có thể làm cho các con đường thần kinh có thể nhìn thấy được. Điều này sẽ giúp xác định và lập bản đồ nhiều con đường thần kinh của não.
Làm cho mô trở ra trong suốt không phải là mới, nhưng đạt được chính xác các điều kiện thích hợp cần thiết để làm cho toàn bộ bộ não trong suốt mất rất nhiều sự khéo léo. Tiến sĩ Kwanghun Chung, một trong những nhà khoa học hàng đầu trong nghiên cứu cho biết: “Tôi đốt cháy và làm tan chảy hơn một trăm bộ não. Kỹ thuật mới, được gọi là Clarity, cũng có thể được áp dụng cho các cơ quan khác (và thậm chí cả các cơ quan được bảo tồn cách đây nhiều năm trong các hóa chất như formalin). Ông đã tạo ra được gan, phổi và tim trong suốt. Kỹ thuật mới này có các ứng dụng đáng ngạc nhiên trên tất cả của y học. Đặc biệt, nó sẽ tăng tốc xác định vị trí các con đường thần kinh của não, đó là trọng tâm của nghiên cứu và tài trợ mạnh mẽ.
TƯƠNG LAI CỦA TÂM TRÍ - MICHIO KAKU
BẢN DỊCH CỦA ĐỖ BÁ HUY
