Một trong những cách mà trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được sử dụng là giúp các nhà nghiên cứu hiểu được lượng dữ liệu khổng lồ – bao gồm cả dữ liệu trong khoa học và y học. Chúng tôi là thành viên của một nhóm chung gồm các nhà nghiên cứu của Google và nhà thần kinh học Harvard. Họ đã cùng nhau xây dựng một quan điểm chưa từng có về não người, có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ các rối loạn thần kinh và trả lời các câu hỏi cơ bản về cách thức hoạt động của não. Bằng cách kết hợp hình ảnh não với quá trình phân tích và xử lý hình ảnh dựa trên AI, nhóm của chúng tôi đã tái tạo lại gần như mọi tế bào và tất cả các kết nối của chúng trong một thể tích nhỏ mô não người có kích thước chỉ bằng một nửa hạt gạo. Mặc dù chỉ là một vùng não nhỏ, nhưng bản đồ 3D này – thứ mà chúng tôi cung cấp miễn phí cho cộng đồng khoa học – vẫn yêu cầu dung lượng khổng lồ 1,4 petabyte (1,4 triệu gigabyte) để mã hóa. Đây là những gì chúng tôi tìm thấy:

Cái nhìn xuyên sáu lớp não

Các nhà nghiên cứu của Harvard bắt đầu bằng việc thu thập hàng nghìn hình ảnh cắt ngang cực mỏng từ mẫu não được hiến tặng. Phần nhỏ của bộ não khỏe mạnh đã phải được cắt bỏ trong quá trình phẫu thuật cho một phụ nữ bị động kinh để các bác sĩ phẫu thuật có thể tiếp cận được phần họ cần phẫu thuật. Một mảnh nhỏ của mô bị loại bỏ đó được bảo quản như một phần của nghiên cứu được IRB phê duyệt để phân tích sau này.

Nhóm Nghiên cứu của Google đã phát triển các công cụ AI tiên tiến để xây dựng mô hình 3D tương tác của mô não. Mô hình nhấn mạnh mức độ phức tạp của bộ não con người: chỉ mô tả mẫu nhỏ này – một phần triệu tổng bộ não con người và dài khoảng 3mm – đòi hỏi hơn một triệu Gigabyte dữ liệu: 1,4 Petabyte. Đây là tập dữ liệu lớn nhất từng được tạo ra về cấu trúc não người ở độ phân giải này.

Mẫu được lấy từ một phần vỏ não (chất xám) được gọi là thùy thái dương trước (xem hình). Vỏ não có sáu lớp và bằng cách tô màu các nơron theo kích thước và loại của chúng, các lớp này sẽ hiển thị trong chế độ xem thu nhỏ của tất cả các nơron. Bề mặt của não nằm ở cạnh trên của hình ảnh.

Bản đồ não dày đặc và phức tạp

Một mẫu mô milimet khối chứa khoảng 50.000 tế bào và khoảng 150 triệu khớp thần kinh – những điểm kết nối nơi tín hiệu truyền từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh khác. Một số cặp nơron có đặc tính đáng ngạc nhiên là được kết nối với nhau cực kỳ mạnh mẽ – thông qua tới 50 khớp thần kinh. Các nhà nghiên cứu không biết tại sao họ làm điều này. Hình ảnh này cho thấy hình ảnh cận cảnh của tất cả một loại tế bào thần kinh – tế bào thần kinh kích thích – được tô màu theo kích thước với màu đỏ lớn nhất và màu xanh lam nhỏ nhất. Các tế bào có chiều ngang khoảng 15-30 micromet ở lõi của chúng.

Một điệu nhảy phản chiếu

Một phát hiện hấp dẫn trong quá trình tái tạo là sự tồn tại của các cụm tế bào có xu hướng xuất hiện theo hướng hình ảnh phản chiếu với nhau. Hình ảnh này cho thấy một cặp đối xứng đặc biệt.

Bơi trong các khớp thần kinh

Các tế bào thần kinh trong não được kết nối chặt chẽ. Tế bào thần kinh đơn lẻ này (màu trắng) có hơn 5.000 sợi trục (màu xanh) đến từ các tế bào thần kinh khác để truyền tín hiệu – và ít nhất cũng có nhiều khớp thần kinh nơi tín hiệu truyền từ sợi trục đến tế bào thần kinh nhận. Các khớp thần kinh được hiển thị bằng màu xanh lá cây.

Phát hiện gây tò mò: các sợi trục

Một phát hiện đáng ngạc nhiên của nghiên cứu này là sự xuất hiện của “các sợi trục”. Các sợi trục (màu xanh) là phần dạng sợi của tế bào thần kinh mang tín hiệu ra khỏi tế bào. Những đống sợi trục dạng vòng này rất hiếm trong mẫu và trong một số trường hợp, chúng nằm trên bề mặt của một tế bào khác (màu vàng). Chức năng của họ là không rõ.

Kết nối

Một nơron đơn lẻ (màu trắng) nhận được các tín hiệu xác định xem nơron có kích hoạt hay không. Hình ảnh này hiển thị tất cả các sợi trục có thể yêu cầu nó kích hoạt (màu xanh lá cây) và tất cả những sợi trục có thể yêu cầu nó không kích hoạt (màu xanh lam).

Vẫn còn nhiều điều cần phải quan sát và hiểu biết từ quá trình tái tạo phần não người này và chúng tôi hy vọng các nhà nghiên cứu khác sẽ sử dụng dữ liệu để thực hiện những khám phá bổ sung. Các nhà khoa học tin rằng bằng cách tiếp tục nghiên cứu các kết nối của não, một ngày nào đó họ có thể hiểu được những điều như ký ức của chúng ta hình thành như thế nào hoặc điều gì dẫn đến rối loạn thần kinh và các bệnh như tự kỷ và Alzheimer.

Độ phân giải và chi tiết cao của mô hình 3D tái tạo não người có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các rối loạn thần kinh

Độ phân giải và chi tiết cao của mô hình 3D tái tạo não người có thể cung cấp những hiểu biết mới về cấu trúc và hoạt động của não, từ đó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các rối loạn thần kinh. Bằng cách nghiên cứu chi tiết các tế bào và mối kết nối trong não, những nguyên nhân và cơ chế hoạt động của các rối loạn thần kinh có thể được phân tích và hiểu rõ hơn.

Thông qua mô hình 3D, chúng ta có thể xem xét các cấu trúc não nhỏ, như các tế bào thần kinh và máu kết nối, với độ phân giải cao. Điều này cho phép chúng ta phát hiện những đặc điểm độc đáo và những mối liên kết quan trọng giữa các tế bào và khu vực khác nhau trong não. Nhờ vào sự hiểu biết sâu sắc hơn về cấu trúc và mạng lưới của não, chúng ta có thể tìm ra những thay đổi và bất thường trong rối loạn thần kinh.

Việc hiểu rõ hơn về các rối loạn thần kinh có thể mang lại nhiều lợi ích trong lĩnh vực y tế. Nó có thể giúp chúng ta phát hiện sớm và chẩn đoán chính xác các bệnh thần kinh, tìm ra các mục tiêu điều trị mới và phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả hơn. Ngoài ra, nghiên cứu về não cũng có thể đóng góp vào việc hiểu về các khía cạnh khác của tâm lý học và nhận thức con người.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mặc dù mô hình 3D tái tạo não người có độ phân giải và chi tiết cao, việc hiểu rõ hoàn toàn về não và các rối loạn thần kinh vẫn là một thách thức lớn đối với nghiên cứu hiện tại. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ để khám phá sâu hơn và có được những hiểu biết quan trọng về bộ não con người.

Theo dõi TTP để cập nhật thêm nhiều tin tức bổ ích nhé!

Nguồn: Google The Keyword