Khám Phá Cuộc Thí Nghiệm Đột Phá: Não Người Chết Tự Học Đánh Đàn Qua Robot

Các nhà khoa học thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS) vừa công bố một thành tựu đột phá trong lĩnh vực nghiên cứu não bộ, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc tìm hiểu khả năng học hỏi của não người. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành trích xuất một phần vỏ não từ những người hiến tặng đã qua đời, sau đó thái thành những lát mỏng cỡ 300 micromet và duy trì hoạt động trên một mảng vi điện cực.

Điều đặc biệt là ngay cả khi đã tách rời khỏi cơ thể, các tế bào thần kinh vẫn có khả năng sống sót và phát ra xung điện liên tục. Hệ thống này được gọi là OPAB, nó cho phép nuôi cấy mô não người trưởng thành sau khi chết nhằm nghiên cứu sâu hơn về cơ chế học hỏi của não bộ.

Để thực hiện thí nghiệm, ba điện cực được gắn vào ba ngón tay của một cánh tay robot. Khi một điện cực phát ra xung điện, ngón tay cơ khí sẽ gõ xuống phím đàn piano, tạo ra âm thanh mà một chiếc micro gần đó sẽ thu nhận, mã hóa thành tín hiệu điện và gửi trở lại các điện cực nằm trên lát não.

Cơ chế này được thiết kế giống như cách mà trẻ sơ sinh học hỏi từ môi trường xung quanh. Trong giai đoạn đầu đời, trẻ em thường trải qua những hành động ngẫu nhiên để cảm nhận phản hồi âm thanh và xúc giác, qua đó dần hình thành kết nối giữa hành động và cảm xúc trong não. Các lát não trong môi trường nuôi cấy cũng trải qua quá trình huấn luyện tương tự.

Sau thời gian đầu nhận được kích thích, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các thử nghiệm kéo dài 72 giờ để xem xét mức độ phản ứng của các điện cực. Mỗi lần xả xung điều khiển tay robot nhấn phím, và lát não ngay lập tức nhận phản hồi âm thanh.

Khi quá trình huấn luyện kết thúc, nhóm đã đưa một người thật vào để đánh đàn thử nghiệm. Kết quả cho thấy, lát não có thể tự động kích hoạt đúng điện cực tương ứng với âm thanh mà nó nhận được, từ đó kiểm soát tay robot để chơi lại nốt nhạc mà nó vừa nghe.

Dữ liệu từ 16 lát não thử nghiệm cho thấy có 3 mẫu đạt độ chính xác 100% và 7 mẫu khác sao chép đúng hai nốt nhạc. Tổng cộng có 62,5% số mẫu đã học ít nhất hai nốt, với thời gian lưu giữ ký ức từ 7 đến 17 ngày.

Để chứng minh rằng năng lực này xuất phát từ quá trình tự học, các nhà khoa học đã thiết lập các bài kiểm tra đối chứng. Khi kết nối các điện cực chưa qua huấn luyện với cánh tay robot, cỗ máy hoàn toàn bất động. Hơn nữa, khi tiêm thuốc ức chế dẫn truyền synap hay sử dụng mô não bị nhiễm virus, khả năng bắt chước lập tức biến mất, cho thấy rằng việc học phụ thuộc hoàn toàn vào hoạt động thần kinh bình thường.

Khả năng ghi nhớ của lát cắt này hoạt động dựa trên nguyên lý “độ dẻo phụ thuộc vào thời gian phát xung”, một quy luật cơ bản trong hoạt động của não bộ. Khi một nơ-ron được kích thích liên tục ngay sau khi một nơ-ron khác phát xung, liên kết giữa chúng sẽ trở nên mạnh mẽ hơn.

Thí nghiệm đã thiết lập một mối liên kết hai chiều giữa điện cực vận động và cảm giác, cho phép âm thanh kích hoạt hành động và ngược lại. Điều này chính là bản chất cốt lõi của hệ thống nơ-ron gương trong não người.

Mặc dù thành công hiện tại vẫn còn giới hạn do chỉ thử nghiệm với ba nốt nhạc và mẫu nhỏ từ ba người hiến tặng, giới chuyên môn tin rằng nếu có thể chọn lọc các điện cực phù hợp hơn, hiệu suất chắc chắn sẽ được cải thiện.

Tuy nghiên cứu này hiện vẫn chỉ ở dạng bản thảo tiền in và chờ được phê duyệt, nhưng nền tảng của nó đã được khẳng định vững chắc từ năm 2024, khi nhóm công bố báo cáo trên tạp chí Brain Stimulation, xác nhận rằng lát não có độ dẻo synap. Nếu các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng mô não có khả năng học, thì bước tiến hiện tại đã giúp kết nối mô não với thiết bị ngoại vi, tạo thành vòng tuần hoàn giữa cảm giác và hành động.

Giá trị lớn nhất của OPAB không chỉ nằm ở phần cứng mà còn ở những lát não mỏng manh nhưng vẫn giữ được cấu trúc nguyên thủy, giúp vượt trội hơn các tế bào nuôi cấy hai chiều nhờ duy trì mạng lưới liên kết.

Thành tựu này không chỉ mở ra cơ hội nghiên cứu sâu hơn về cơ chế học hỏi của não bộ mà còn giúp điều trị các bệnh lý thần kinh và thử nghiệm dược phẩm. Tuy nhiên, bên cạnh những tiến bộ về y học, thí nghiệm này cũng đặt ra những câu hỏi về khía cạnh đạo đức, nhất là khi một phần mô não người chết có thể học và tương tác vật lý.

Nhóm nghiên cứu đã khẳng định rằng mọi quy trình đều được thực hiện một cách minh bạch và có sự đồng thuận từ gia đình của những người hiến tặng. Hiện tại, giới khoa học đang chờ đợi sự công nhận chính thức từ các chuyên gia để công trình này có thể được đưa vào ứng dụng thực tiễn.