Rút ngắn con đường truyền tin
Khi bạn lái xe về phía một ngã tư, ánh sáng đèn giao thông chuyển sang màu đỏ khiến bạn nhấn phanh để dừng lại. Hành động này diễn ra nhờ một chuỗi sự kiện bên trong đầu của bạn. Đầu tiên mắt truyền tín hiệu đến trung tâm thị giác ở phần não phía sau. Sau khi các tín hiệu được xử lý, chúng di chuyển dọc theo một con đường thần kinh đến khu vực vỏ não tiền vận động (premotor cortex) – nơi bộ não lên kế hoạch cho các chuyển động. Bạn hãy tưởng tượng có một thiết bị được cấy vào trong não, nó có thể rút ngắn con đường trên và “cấy” thông tin trực tiếp vào vỏ não tiền vận động.
Trong nghiên cứu đăng trên tạp chí Neuron hôm 7/12, các nhà khoa học thần kinh tại Đại học Rochester (Mỹ) đã thành công trong việc đưa thông tin trực tiếp vào vỏ não tiền vận động của khỉ. Mặc dù nghiên cứu vẫn còn trong giai đoạn mở đầu và chỉ được thực hiện trên hai con khỉ, nhưng các nhà khoa học hy vọng nó sẽ mở đường cho các phương pháp điều trị trong tương lai, nhằm giúp đỡ bệnh nhân mất một số chức năng não sau đột quỵ hoặc chấn thương.
Con khỉ bên trái thực hiện hành động theo đèn LED, trong khi con khỉ bên phải làm theo tín hiệu của các điện cực. Nguồn: Mazurek và Schieber/sciencedaily.com.
"Bạn có thể bỏ qua những vùng não bị tổn thương và kích thích vào vỏ não tiền vận động. Đây có thể là cách để khắc phục những phần não không còn khả năng giao tiếp" - Kevin A. Mazurek - tác giả chính của nghiên cứu - cho biết.
Để nghiên cứu vỏ não tiền vận động, Mazurek và đồng tác giả Marc H. Schieber huấn luyện hai con khỉ nâu (rhesus monkey) để chúng tham gia vào một trò chơi. Hai con khỉ ngồi trước bảng điều khiển có một nút bấm, một núm hình cầu, một núm hình trụ và một tay cầm hình chữ T. Tất cả đều được gắn với một vòng tròn đèn LED. Khi bắt đầu thí nghiệm, con khỉ nắm lấy tay cầm ở vị trí trung tâm. Nếu ánh sáng xung quanh một trong bốn vật thể được bật lên, con khỉ phải đưa tay nắm lấy vật thể này để nhận phần thưởng.
Mỗi vật thể đòi hỏi con khỉ phải có hành động khác nhau khi vòng tròn đèn LED của chúng sáng lên. Con khỉ sẽ phải nhấn nút bấm, xoay tròn núm hình cầu, và kéo núm hình trụ hoặc tay cầm hình chữ T. Sau khi hai con khỉ học được cách chơi game, nhóm nghiên cứu đặt 16 điện cực vào vùng vỏ não tiền vận động của chúng. Họ sử dụng các điện cực để truyền một xung điện nhẹ và ngắn vào vùng não này tại các điểm kích thích khác nhau, tương ứng với mỗi vị trí đèn sáng và hành động của khỉ sau đó.
Khi những con khỉ thành thạo trò chơi, ánh sáng phát ra sẽ được điều chỉnh mờ đi. Ban đầu, hai con khỉ mắc rất nhiều lỗi nhưng sau đó thành tích của chúng được cải thiện. Cuối cùng đèn tắt hoàn toàn, nhưng những con khỉ vẫn có thể sử dụng tín hiệu phát ra từ các điện cực trong não để chọn đúng vật thể và thực hiện các thao tác nhấn, xoay, kéo một cách chính xác. Chúng làm điều này tương tự như khi được chỉ dẫn bởi ánh sáng đèn. Kết quả trên chỉ ra rằng, bộ não có khả năng phản hồi những thông tin nhận trực tiếp qua điện cực.
Hy vọng cho những bệnh nhân mất một số chức năng não
Các nhà thần kinh học từ lâu đã biết việc kích thích xung điện vào một số phần bộ não có thể khiến con người co giật bất thình lình các phần nhất định trên cơ thể của họ. Nhưng đây không phải là những gì hai con khỉ đã trải qua.
Mazurek và Schieber loại trừ khả năng này bằng cách tạo ra xung điện ngắn trong các điện cực – khoảng 1/5 giây. Một xung điện như vậy quá ngắn để khiến những con khỉ co giật cánh tay. Vì vậy, các xung điện không có tác dụng khiến cho cơ bắp vận động mà thay vào đó tạo nên thông tin trong não khỉ để nó tự đưa ra quyết định cho hành động.
Điều khiến cho kết quả nghiên cứu trở nên đặc biệt hấp dẫn là các tín hiệu đưa vào não khỉ không có kết nối ngầm nào với các nút, núm và tay cầm.
"Quá trình kích thích bằng xung điện đã tạo ra một số loại nhận thức có ý thức nhất định. Nhưng thật khó để nói chính xác đó là gì, do bạn không thể yêu cầu con khỉ nói những gì chúng đã trải qua", Paul Cheney – nhà sinh lý học về thần kinh tại Trung tâm Y tế Đại học Kansas (Mỹ) – nói.
Khi hai con khỉ bắt đầu sử dụng tín hiệu phát ra từ điện cực để chọn đúng vật thể, nhóm nghiên cứu bắt đầu xáo trộn tín hiệu: Bây giờ mỗi điện cực sẽ tương ứng với một núm/tay nắm khác so với ban đầu nhưng những con khỉ nhanh chóng học được quy tắc mới để làm theo.
Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu những mảng cấy ghép có thể bao gồm đến 1.000 điện cực. Thiết bị này một ngày nào đó sẽ truyền tải nhiều gói thông tin phức tạp hơn vào trong khu vực vỏ não tiền vận động.
Schieber cho rằng, các nhà khoa học có thể sử dụng những điện cực tiên tiến để giúp đỡ những bệnh nhân bị tổn thương não, ví dụ người bị đột quỵ. Các điện cực cấy ghép có thể “nghe trộm” các nơ-ron thần kinh ở vùng não khỏe mạnh – chẳng hạn như vỏ não thị giác – sau đó chuyển tiếp thông tin đến vỏ não tiền vận động. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu là tiền đề để phát triển giao tiếp trực tiếp giữa bộ não của con người với máy tính trong tương lai.