Kỹ thuật hình ảnh của MIT làm sáng tỏ hoạt động điện não

Các nhà nghiên cứu ở MIT đã phát triển một kỹ thuật hình ảnh để giúp nghiên cứu chính xác các tín hiệu điện truyền qua não như thế nào, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bệnh Alzheimer, động kinh và các rối loạn khác của não, cũng như các tư tưởng và cảm xúc được hình thành như thế nào.

Chụp MRI não cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về cách hoạt động của bộ não, nhưng chúng chỉ có thể tạo ra gần đúng các vùng được kích hoạt bởi một kích thích nhất định. Để làm sáng tỏ những chi tiết vụn vặt của nơ-ron giao tiếp và cộng tác để hình thành nên những những suy nghĩ và cảm xúc như thế nào, chúng ta sẽ cần các công cụ hình ảnh với các giải pháp được cải thiện nhiều hơn nữa.

Ngày nay, với việc nghiên cứu 86 tỷ nơ-ron trong não người, các nhà thần kinh học phải giải quyết các nghiên cứu về các sinh vật đơn giản như giun và ấu trùng cá (với số lượng neuron trong phạm vi hàng trăm đơn vị), dựa vào các phương pháp tiếp cận chậm, cồng kềnh như cấy ghép điện cực vào mô não để phát hiện các tín hiệu điện.

Tuy nhiên, điều này có thể sớm thay đổi. Nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Ed Boyden ở MIT đã xây dựng dựa trên nghiên cứu trước đây để hoàn thiện một kỹ thuật hình ảnh cung cấp hình ảnh đầy đủ hơn về hoạt động của não.

Khi tiếp xúc với ánh sáng đỏ, một protein huỳnh quang được lựa chọn cẩn thận gắn với màng tế bào của nơ-ron phản ứng với các tín hiệu điện bằng cách chiếu sáng, để lộ đường dẫn thần kinh chính xác.

Boyden và nhóm đã phát triển một robot tinh vi để chọn các protein trong số gần 10 triệu ứng cử viên và 13 điểm đột biến. Robot đã tiêm mỗi một protein vào một tế bào động vật có vú, phát triển tế bào trong các đĩa thí nghiệm, và chụp một bức tranh về các kết quả, trong khi một phần mềm đã được chọn để hiển thị các đặc tính phù hợp với thí nghiệm, bao gồm độ sáng, vị trí của protein trong tế bào, và khả năng chống lại sự tẩy sáng.

Áp dụng protein cho ấu trùng cá ngựa vằn, giun tròn Caenorhabditis elegans, cũng như mô não chuột cho phép các nhà nghiên cứu hình ảnh hóa và đo hoạt động điện não trong các sinh vật này khi nó truyền qua não. Hơn nữa, kỹ thuật này có thể được sử dụng song song với cái gọi là "các protein quang học" có thể kích thích các tế bào thần kinh đơn lẻ theo ý muốn.

Các nhà nghiên cứu cho thấy chúng có thể kích thích một nơ-ron bị cô lập bằng cách này, và sau đó sử dụng protein huỳnh quang để theo dõi dọc đường dẫn của nơ-ron đã được kích hoạt.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ cố gắng mô phỏng một cách toàn diện hoạt động của chuột khi thực hiện các nhiệm vụ khác nhau, với mục đích khám phá chính xác một số mạch thần kinh tạo ra các hành vi cụ thể.

Nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Nature Chemical Biology.

Xem thêm:

• Lập trình tác động đến não bộ của chúng ta như thế nào?
• Ánh sáng mờ có thể làm thu hẹp bộ não của bạn
• Thần kinh đóng vai trò quan trọng trong khả năng ngụy trang phi thường của mực