The Storm Riders
Writer
Câu khẩu hiệu nổi tiếng thời kỳ bùng nổ xây dựng ở Trung Quốc cuối thập niên 1980 – “Muốn phát triển, trước tiên phải xây đường” – dường như cũng áp dụng cho cách bộ não con người hình thành. Một nghiên cứu đột phá từ các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố cho thấy có ba “xa lộ thông tin” ẩn trong não bộ, đóng vai trò nền tảng cho việc xây dựng hầu hết các cấu trúc não.
Nghiên cứu, được đăng trên tạp chí The Journal of Neuroscience đầu tháng này, do Fan Lingzhong từ Trung tâm Brainnetome thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu, đã phân tích dữ liệu hình ảnh não của 100 người trưởng thành khỏe mạnh. Nhóm sử dụng công nghệ theo dõi khuếch tán tiên tiến để lập bản đồ hơn 30.000 đường dẫn thần kinh ở mỗi bán cầu não, phát hiện ra các mô hình liên kết ổn định đến mức giống như một “bản đồ đường sinh học”.
Nhờ thuật toán học máy diffusion embedding, các nhà khoa học đã xác định ba trục chính chi phối kết nối não bộ:
Bộ não con người chứa hàng trăm tỷ nơ-ron và hàng nghìn tỷ kết nối, vận hành âm thầm khi chúng ta suy nghĩ, học hỏi hay xử lý cảm xúc. Những kết nối này không chỉ truyền tín hiệu mà còn tương tác giữa các vùng vỏ não để tạo ra hành vi và nhận thức. Dù vậy, hiểu biết của chúng ta về các chức năng cao cấp của não vẫn còn hạn chế. Chẳng hạn, các vùng não kết nối với nhau như thế nào? Chúng hình thành ngẫu nhiên hay theo một kế hoạch định sẵn? Điều gì quyết định chức năng của từng vùng?
Nghiên cứu mới mang đến câu trả lời cho những câu hỏi này. Fan Lingzhong, tác giả chính, chia sẻ với hãng tin Xinhua: “Bộ não bắt đầu phát triển dựa trên một ‘bản thiết kế’ di truyền từ giai đoạn phôi thai.” Nhóm nghiên cứu phát hiện sự trùng hợp đáng kể giữa biểu hiện gene và “trục trong-ngoài” của não, cho thấy dù số lượng gene ít hơn nhiều so với kết nối thần kinh, chúng vẫn có thể định hình mạng lưới phức tạp thông qua các quy tắc đơn giản. Những quy tắc này được cho là mô hình “dẫn hướng theo gradient”, trong đó gene điều khiển việc kết nối chính xác qua các gradient không gian.
Để củng cố phát hiện, nhóm đã phân tích dữ liệu quét não từ dự án Human Connectome Project (do Viện Y tế Quốc gia Mỹ tài trợ), so sánh giữa các cặp sinh đôi cùng trứng và sinh đôi khác trứng. Kết quả cho thấy anh em sinh đôi cùng trứng có “xa lộ thần kinh” gần giống nhau, trong khi sinh đôi khác trứng lại khác biệt rõ rệt. Ba gene phát triển quan trọng – FGF8, PAX6, WNT3 – được xác định là yếu tố chủ chốt, định hướng phân hóa vùng não từ giai đoạn phôi thai và duy trì cấu trúc ổn định đến tuổi trưởng thành.
Nghiên cứu được giới chuyên môn ca ngợi là “đột phá” vì cung cấp một khung lý thuyết thống nhất để giải mã các rối loạn như tự kỷ hay tâm thần phân liệt – những bệnh liên quan đến sự gián đoạn trong giao tiếp thần kinh. Hiểu rõ cách gene và “xa lộ thông tin” định hình não bộ không chỉ mở ra hướng nghiên cứu mới về rối loạn não mà còn hé lộ nguồn gốc sinh học của hành vi và nhận thức con người. Giống như xây đường để phát triển kinh tế, việc khám phá ba “xa lộ” này có thể là chìa khóa để hiểu và nâng cao tiềm năng của bộ não – cơ quan phức tạp nhất của chúng ta.
Nghiên cứu, được đăng trên tạp chí The Journal of Neuroscience đầu tháng này, do Fan Lingzhong từ Trung tâm Brainnetome thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu, đã phân tích dữ liệu hình ảnh não của 100 người trưởng thành khỏe mạnh. Nhóm sử dụng công nghệ theo dõi khuếch tán tiên tiến để lập bản đồ hơn 30.000 đường dẫn thần kinh ở mỗi bán cầu não, phát hiện ra các mô hình liên kết ổn định đến mức giống như một “bản đồ đường sinh học”.
Nhờ thuật toán học máy diffusion embedding, các nhà khoa học đã xác định ba trục chính chi phối kết nối não bộ:
- Trục lưng-bụng (dorsoventral way): Kéo dài từ đỉnh đầu xuống dưới.
- Trục trước-sau (rostrocaudal way): Chạy từ phía trước ra sau não.
- Trục trong-ngoài (mediolateral way): Kết nối vùng trong và ngoài của cơ quan lớn thứ hai trong cơ thể con người.
Bộ não con người chứa hàng trăm tỷ nơ-ron và hàng nghìn tỷ kết nối, vận hành âm thầm khi chúng ta suy nghĩ, học hỏi hay xử lý cảm xúc. Những kết nối này không chỉ truyền tín hiệu mà còn tương tác giữa các vùng vỏ não để tạo ra hành vi và nhận thức. Dù vậy, hiểu biết của chúng ta về các chức năng cao cấp của não vẫn còn hạn chế. Chẳng hạn, các vùng não kết nối với nhau như thế nào? Chúng hình thành ngẫu nhiên hay theo một kế hoạch định sẵn? Điều gì quyết định chức năng của từng vùng?
Nghiên cứu mới mang đến câu trả lời cho những câu hỏi này. Fan Lingzhong, tác giả chính, chia sẻ với hãng tin Xinhua: “Bộ não bắt đầu phát triển dựa trên một ‘bản thiết kế’ di truyền từ giai đoạn phôi thai.” Nhóm nghiên cứu phát hiện sự trùng hợp đáng kể giữa biểu hiện gene và “trục trong-ngoài” của não, cho thấy dù số lượng gene ít hơn nhiều so với kết nối thần kinh, chúng vẫn có thể định hình mạng lưới phức tạp thông qua các quy tắc đơn giản. Những quy tắc này được cho là mô hình “dẫn hướng theo gradient”, trong đó gene điều khiển việc kết nối chính xác qua các gradient không gian.
Để củng cố phát hiện, nhóm đã phân tích dữ liệu quét não từ dự án Human Connectome Project (do Viện Y tế Quốc gia Mỹ tài trợ), so sánh giữa các cặp sinh đôi cùng trứng và sinh đôi khác trứng. Kết quả cho thấy anh em sinh đôi cùng trứng có “xa lộ thần kinh” gần giống nhau, trong khi sinh đôi khác trứng lại khác biệt rõ rệt. Ba gene phát triển quan trọng – FGF8, PAX6, WNT3 – được xác định là yếu tố chủ chốt, định hướng phân hóa vùng não từ giai đoạn phôi thai và duy trì cấu trúc ổn định đến tuổi trưởng thành.
Nghiên cứu được giới chuyên môn ca ngợi là “đột phá” vì cung cấp một khung lý thuyết thống nhất để giải mã các rối loạn như tự kỷ hay tâm thần phân liệt – những bệnh liên quan đến sự gián đoạn trong giao tiếp thần kinh. Hiểu rõ cách gene và “xa lộ thông tin” định hình não bộ không chỉ mở ra hướng nghiên cứu mới về rối loạn não mà còn hé lộ nguồn gốc sinh học của hành vi và nhận thức con người. Giống như xây đường để phát triển kinh tế, việc khám phá ba “xa lộ” này có thể là chìa khóa để hiểu và nâng cao tiềm năng của bộ não – cơ quan phức tạp nhất của chúng ta.
