Khoa học - Y dược

Lần đầu tiên tạo ra tế bào thần kinh nhân tạo có khả năng bắt chước hiệu quả tế bào thần kinh sống (06/12/2019)

Lần đầu tiên tạo ra tế bào thần kinh nhân tạo có khả năng bắt chước hiệu quả tế bào thần kinh sốngMột nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã đạt được một bước đột phá đầu tiên trên thế giới, trong nhiều thập kỷ khi tạo ra các nơ-ron nhân tạo với khả năng hành xử giống hệt như các nơ-ron sống thực sự. Công nghệ này hiện vẫn chưa sẵn sàng áp dụng lâm sàng trên người, nhưng sự đổi mới này mở đường cho khả năng điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer’s, cho phép các máy tạo nhịp tim hiện đại kích thích tế bào thần kinh điều hòa việc bơm máu của tim.

Những tế bào thần kinh nhân tạo này có thể được sử dụng trong tương lai để điều trị mọi thứ bệnh từ bệnh tim đến bệnh Alzheimer. Ảnh: Đại học Bath

Việc tạo ra các tế bào thần kinh nhân tạo là một thách thức mà các nhà khoa học đã phải đối mặt và nỗ lực nghiên cứu trong nhiều năm. Ngoài những trở ngại về kỹ thuật vật lý rõ ràng trong việc phát triển phần cứng ở cấp độ thu nhỏ có chức năng giống với tế bào thần kinh, các nhà nghiên cứu cần tạo ra các mô hình toán học phức tạp có thể điều khiển hoạt động điện phi tuyến tính phức tạp trong các tế bào thần kinh nhân tạo.

Giáo sư Alain Nogaret (trái) và cộng sự Kamal Abu Hassan (phải) trong phòng thí nghiệm tại Đại học Bath.

Alain Nogaret, nhà nghiên cứu từ trường Đại học Bath, đứng đầu dự án giải thích: “Phương pháp tiếp cận của chúng tôi dựa trên sự kết hợp một số bước đột phá. Chúng tôi có thể đánh giá rất chính xác các thông số chính xác kiểm soát mọi hành vi của nơ-ron với độ chắc chắn cao. Chúng tôi đã tạo ra các mô hình vật lý của phần cứng và chứng minh khả năng bắt chước thành công hành vi của các tế bào thần kinh sống thực sự. Bước đột phá thứ ba là tính linh hoạt của mô hình mới của chúng tôi khi nó cho phép đưa vào các kiểu và chức năng khác nhau của một loạt các tế bào thần kinh động vật có vú phức tạp”.

Trong nghiên cứu mới được công bố, hai loại tế bào thần kinh nhân tạo đã được chứng minh hoạt động hiệu quả, đó là tế bào thần kinh ở trung tâm hô hấp và ở vùng hồi hải mã. Chúng được tạo ra để tái tạo chính xác một phạm vi hoạt động hoàn chỉnh so với các bản sao sinh học của chúng.

Julian Paton, đồng tác giả về nghiên cứu mới cho biết: “Kỹ thuật sao chép phản ứng của các tế bào thần kinh hô hấp có thể thu nhỏ và cấy ghép trong điện tử sinh học rất thú vị và mở ra cơ hội to lớn cho khả năng phát triển các thiết bị y tế thông minh hơn hướng đến các phương pháp điều trị y học cá nhân hóa đối với một loạt các bệnh và khuyết tật”.

Những vi mạch silicon thu nhỏ này cung cấp một loạt các ứng dụng giả định. Một trong các ứng dụng đó là thiết bị điều hòa nhịp tim thông minh, cho phép không chỉ khả năng kích thích điện cho tim mà còn giao tiếp với các tế bào thần kinh cụ thể trong vùng đáy não được biết là nguyên nhân chính gây suy tim. Ngoài ra, tế bào thần kinh nhân tạo cũng có thể được sử dụng để thay thế các con đường thần kinh (kết nối được hình thành bởi các sợi trục chiếu từ các nơ-ron để tạo ra các khớp thần kinh lên các nơ-ron ở một vị trí khác, để cho phép tín hiệu được gửi từ một vùng của hệ thần kinh đến một vùng khác) bị khuyết tật hay bị tổn thương do ảnh hưởng của bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer’s.

“Hiện nay, nơ-ron thần kinh vẫn được ví như hệ thống hộp đen, và chúng tôi đã rất cố gắng để mở hộp đen và nhìn vào bên trong. Mục tiêu của chúng tôi là thay đổi mô hình nhằm sao chép các tính chất điện của các nơ-ron thần kinh sống một cách chi tiết”, Nogaret giải thích.

Về mặt lý thuyết, công nghệ mới có thể được áp dụng trong tương lai để tạo ra các con đường thần kinh mới giúp nhận biết kiểu giao diện giữa máy móc và não bộ trong dự án nghiên cứu máy tính não của start-up công nghệ Neuralink do tỷ phú Elon Musk đồng sáng lập. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đằng sau dự án mang tính bước ngoặt này quan tâm nhiều hơn đến những tác động trực tiếp đối với sức khỏe con người, chẳng hạn như phương pháp thay thế mạng lưới thần kinh bị khuyết tật hay bị tổn thương ở người. Các nhà khoa học cho biết sẽ mất nhiều năm thử nghiệm công trình nghiên cứu mới và thử nghiệm trước khi có thể được ứng dụng trong thế giới thực phục vụ con người, tuy nhiên, nghiên cứu này là một bước tiến cơ bản trong việc mở ra những chân trời mới cho các nhà nghiên cứu trong tương lai.

Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Nguồn: P.K.L (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 06/12/2019