Các nhà khoa học đã mất 12 năm làm việc cần mẫn để xây dựng bản đồ về toàn bộ não của ấu trùng ruồi giấm.
Bản đồ cho thấy vị trí của tất cả 3.016 tế bào thần kinh trong bộ não của ấu trùng ruồi giấm (Drosophila melanogaster). Giữa các tế bào não đó là 548.000 điểm kết nối hay khớp thần kinh (synapses), tại đây các tế bào có thể gửi cho nhau những thông điệp hóa học, và các thông điệp này sẽ kích hoạt tín hiệu điện đi qua các dây dẫn của tế bào.
Các nhà nghiên cứu xác định mạng lưới bằng cách tìm xem các tế bào thần kinh nào ở một bên não bộ gửi dữ liệu sang phần não bên kia. Nhóm nghiên cứu cũng phân loại 93 loại tế bào thần kinh riêng, khác nhau về hình dáng, chức năng giả định và làm sao chúng kết nối với các tế bào thần kinh khác.
Trước đó, vào năm 2020, một nhóm nghiên cứu khác đã công bố một phần bản đồ kết nối thần kinh trong não bộ của một con ruồi giấm trưởng thành, gồm 25.000 tế bào thần kinh và 20 triệu synapse. Nhưng các nhà khoa học đã hoàn chỉnh bản đồ kết nối thàn kinh của ba sinh vật khác: giun tròn, ấu trùng hải tiêu, và ấu trùng giun biển. Từng bản đồ kết nối này chứa vài trăm tế bào thần kinh và thiếu các bán cầu não riêng biệt được thấy ở các loài côn trùng và động vật có vú - theo Joshua Vogelstein, tác giả nghiên cứu, giám đốc và nhà đồng sáng lập phòng thí nghiệm NeuroData tại Đại học Johns Hopkins.
Hơn 80 người đã tham gia góp phần xây dựng nên bản đồ kết nối mới, tác giả chính Michael Winding, giám sát viên nghiên cứu tại Khoa Động vật học Đại học Cambridge, cho biết. Để thực hiện điều này, các nhà khoa học đã cắt mỏng bộ não ấu trùng ruồi thành 5.000 phần và chụp hình ảnh của từng mảnh qua kính hiển vi. Họ ghép những hình ảnh này lại với nhau để tạo thành một hình 3D. Sau đó, họ nghiên cứu kỹ các hình ảnh, xác định từng tế bào một và lần theo các dây dẫn của chúng một cách thủ công.
Thành quả của họ là một bản đồ gây kinh ngạc cho giới khoa học theo nhiều cách. Chẳng hạn, các nhà khoa học có xu hướng cho rằng tế bào thần kinh gửi đi thông điệp ra ngoài thông qua các dây dẫn dài được gọi là sợi trục, và nhận lại thông điệp thông qua các dây dẫn phân nhánh, ngắn hơn gọi là sợi nhánh. Tuy nhiên, có những ngoại lệ cho quy luật này. Hóa ra các kết nối từ sợi trục tới sợi trục, sợi nhánh tới sợi nhánh và sợi nhánh tới sợi trục hình thành nên khoảng 1/3 số synapse trong bộ não ấu trùng ruồi, theo Winding.
Bản đồ kết nối này cũng “nông” một cách đáng kinh ngạc, tức là thông tin cảm giác đầu vào đi qua rất ít tế bào thần kinh trước khi được truyền tới một tế bào liên quan đến điều khiển chuyển động, thứ có thể chỉ đạo con ruồi thực hiện một hành vi. Để đạt được mức độ hiệu quả này, bộ não có các “lối tắt” sẵn có giữa các mạch.
Một hạn chế của bản đồ kết nối là nó không nắm bắt được những tế bào thần kinh nào có thúc đẩy hay ức chế hoạt động của các tế bào thần kinh khác. Những động lực này ảnh hưởng tới cách thông tin truyền qua não bộ.
Dẫu vậy, bản đồ kết nối này đã mở ra cánh cửa tới nhiều tiến bộ khác trong tương lai, chẳng hạn như các hệ thống AI tiết kiệm năng lượng hơn và hiểu rõ thêm về cách con người học hỏi.
Nguồn: