Một nơ-ron (trắng) kết nối với hơn 5000 axon
(xanh dương) từ các nơ-ron khác qua ít nhất nhiều các khới nối thần kinh (xanh
lá) (Ảnh: Google Research & Lichtman Lab (Đại học Harvard)
Có thể không quá cường điệu khi nói rằng bộ não con người
là thứ phức tạp nhất trên đời. Nhồi nhét trong hộp sọ của chúng ta là khoảng 86
tỷ tế bào thần kinh được kết nối với nhau thông qua 100 nghìn tỷ khớp thần
kinh, và từ mạng lưới mỡ thịt xông khói rối rắm này, bằng cách nào đó phát sinh
ra toàn bộ con người chúng ta - tất cả những suy nghĩ, cảm xúc, hy vọng, ký ức
đáng xấu hổ, món ăn yêu thích hay những điều kỳ quặc chúng ta làm khi không có
ai nhìn mình.
Điều trớ trêu nhất là bộ não con người cực kỳ phức tạp đến
mức nó gần như không thể thực sự hiểu được chính nó, bất chấp khả năng xử lý của
nó. Nhưng điều đó không ngăn cản các nhóm nhà khoa học cố gắng xây dựng một sơ
đồ dây kết nối hoàn chỉnh của bộ não con người, được gọi là “connectome”.
Nay một nhóm từ Harvard và Google Research vừa đạt được bước
đột phá lớn khi công bố một bộ dữ liệu lớn nhất từ trước đến nay về các kết nối
thần kinh trong não người. Hoặc ít nhất, một mảnh nhỏ của một não bộ, chỉ có
kích thước 1 mm3, hay kích thước chỉ bằng một hạt hoa anh túc. Nhưng chứa trong
không gian đó là 57.000 tế bào thần kinh, 230 mm mạch máu và 150 triệu khớp thần
kinh.
Việc lập bản đồ chỉ phần não nhỏ bé này đã tạo ra một lượng
dữ liệu đáng kinh ngạc lên đến 1,4 Petabyte (PB), tương đương 1,4 triệu GB. Hãy
xem xét điều đó bằng một số phép toán đơn giản: một chiếc đĩa Blu-Ray 2 lớp
tiêu chuẩn có thể chứa 50 GB dữ liệu. Điều đó có nghĩa là chỉ ghi đoạn dữ liệu
nhỏ do não tạo ra tương đương với 28.000 chiếc đĩa Blu-Ray. Làm thế nào chúng
ta có thể hình dung được chồng đĩa đó? Mỗi chiếc vỏ hộp đĩa Blu-Ray dày 13 mm
(0,5 in), do đó nếu bạn xếp tất cả chúng lại thì nó cao 364 m – hoặc cao hơn Tượng
Nữ thần Tự do đứng trên đỉnh Tháp Eiffel. Tất cả đó chỉ là để lập bản đồ một thể
tích bằng hạt anh túc thôi.
Nếu chúng ta tiến hành ghi dữ liệu này vào chính bộ não, phương
tiện lưu trữ dữ liệu dày đặc nhất mà chúng ta biết, thì ước tính có dung lượng
lưu trữ của não là 2,5 PB. Điều đó có nghĩa là bộ não sẽ hết dung lượng sau khi
được nạp dữ liệu mô tả chỉ 1.5 mm3 của chính nó. Việc lập bản đồ toàn bộ bộ não
con người sẽ cần khoảng 1 exabyte (EB) dữ liệu, đây là quy mô của các trung tâm
dữ liệu của CERN dành cho Máy va chạm Hadron lớn.
Hình ảnh cận cảnh của các nơ-ron kích thích, mỗi
nơ-ron rộng khoảng 15 đến 30 micromet ở lõi của - Ảnh: Phòng thí nghiệm Google
Research & Lichtman (Đại học Harvard) - (Ảnh kết xuất của D. Berger (Đại học
Harvard)
Chúng ta có thể khó hiểu những con số như thế này, vì vậy
cách tốt nhất để cám ơn dữ liệu này là nhìn vào các bản đồ tuyệt đẹp. Các nhà
nghiên cứu đã mã hóa màu các tế bào thần kinh trong mẫu dựa trên kích thước và
loại của chúng, điều này tạo ra hình ảnh trông giống như những khu rừng rậm rạp.
Vùng não được chụp ở đây là một phần của thùy thái dương trước, chịu trách nhiệm
về trí nhớ ngữ nghĩa. Điều đó có nghĩa là các tín hiệu điện chạy xuyên qua khu
rừng nhìn thấy ở đây chứa đựng kiến thức của con người này về đồ vật, từ ngữ, sự kiện và những
người khác.
Tâm trí thực sự bối rối khi nhận ra rằng ngay lúc này,
chính những tế bào thần kinh mà bạn đang nhìn vào cũng đang hoạt động bên trong
đầu bạn khi chúng cố gắng hiểu được việc nhìn thấy chính chúng lần đầu tiên.
Ngoài việc cho thấy các tế bào thần kinh được kết nối với
nhau tốt như thế nào, hình ảnh còn tiết lộ một số cảnh tượng bất ngờ khác. Một
số cụm tế bào thần kinh dường như xuất hiện theo cặp phản chiếu mà không rõ lý
do. Những nghiên cứu khác cho thấy cái mà nhóm nghiên cứu gọi là “vòng xoắn axon”,
trong đó các phần sợi dài của tế bào thần kinh sẽ tạo thành các vòng lặp theo
cách chưa từng thấy trước đây. Các nhà nghiên cứu cho biết đây có thể là một
triệu chứng chưa xác định của bệnh động kinh, vì mẫu bệnh phẩm được lấy từ bệnh
nhân mắc phải căn bệnh này, hoặc chúng có thể chỉ là một hiện tượng hiếm gặp ở
mô não khỏe mạnh.
Các vòng xoắn sợi trục có thể được nhìn thấy bằng
màu xanh lam, tạo thành các vòng kỳ lạ đôi khi nằm trên bề mặt của các tế bào
thần kinh khác - Ảnh: Google Research & Lichtman Lab (Đại học Harvard). Kết
xuất của D. Berger (Đại học Harvard)
Tất nhiên, mẫu này chỉ là một bước nhỏ hướng tới mục tiêu
cuối cùng là lập bản đồ toàn bộ bộ não con người nhưng không có gì bàn cãi rằng
chúng ta vẫn còn một chặng đường dài mới đạt được mục tiêu đó. Cho đến nay, các
nhà nghiên cứu đã đi từ hoàn thành lập bản đồ một bộ não giun đến hoàn thành một
nửa bộ não ruồi giấm, và giờ là một phần bộ não con người nhỏ xíu này, với giai
đoạn tiếp theo là xử lý chuột.
LH (Đại học Harvard)