Google và Trường Đại học Harvard công bố bản đồ chi tiết nhất về bộ não con người

Năm 2014, Tiến sĩ Jeff Lichtman thuộc Đại học Harvard nhận được một mẫu não nhỏ chỉ bằng hạt gạo. Mẫu não này tuy nhỏ bé nhưng chứa đựng 57.000 tế bào, 230 mm mạch máu và 150 triệu khớp thần kinh.

Để phân tích mẫu mô, nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Jeff Lichtman đã sử dụng kỹ thuật cắt lát mỏng bằng dao kim cương. Sau đó, các lát cắt được nhúng vào nhựa cứng và cắt lại với độ mỏng chỉ 30 nanomet, tương đương 1/1000 lần so với sợi tóc người. Để các tế bào não hiện rõ trong ảnh chụp điện tử, các nhà khoa học đã nhuộm chúng bằng kim loại nặng.

Quá trình này đã tạo ra hàng nghìn lát cắt, tựa như một dải phim, giúp tái hiện hình ảnh 3D của não bộ ở cấp độ vi mô. Tuy nhiên, lượng dữ liệu khổng lồ thu được (khoảng 300 triệu hình ảnh) đã đặt ra thách thức về lưu trữ và xử lý.

Các tế bào thần kinh bị kích thích được tô màu theo độ sâu của chúng tính từ bề mặt não. Ảnh: Google Research & Lichtman Lab/Harvard University

Nhận ra vấn đề, Tiến sĩ Lichtman đã tìm đến sự hợp tác với Google, vốn có kinh nghiệm trong việc nghiên cứu bản đồ não ruồi giấm. Nhờ có công nghệ tiên tiến và trí tuệ nhân tạo, các nhà khoa học Google đã có thể xử lý và phân tích hình ảnh, xác định loại tế bào và kết nối giữa chúng.

Một nơ-ron đơn lẻ (màu trắng) kết nối với 5.600 sợi trục (màu xanh). Ảnh: Google Research & Lichtman Lab/Harvard University

Kết quả là một mô hình 3D tương tác chi tiết về cấu trúc não người, được đánh giá là bộ dữ liệu lớn nhất ở độ phân giải này. Dữ liệu được công khai với tên gọi "Neuroglancer" và được đăng tải trên tạp chí Science bởi Lichtman và Jain (đồng tác giả).

Các tế bào thần kinh (hình chóp) đang hoạt động, được tô màu theo kích thước. Thân tế bào, nơi chứa nhân, có đường kính từ 15 đến 30 micromet. Ảnh: D. Berger/Harvard University

Dữ liệu thu thập được qua quá trình nghiên cứu đã hé lộ nhiều điều bất ngờ về não bộ con người. Các cặp nơ-ron có thể có hơn 50 kết nối thay vì chỉ 1 kết nối như trước đây được biết đến. Mẫu não chứa nhiều loại tế bào khác nhau, nhiều hơn so với những gì các nhà khoa học từng nghĩ.