Đột phá mới trong công nghệ theo dõi hoạt động não bộ động vật
Các nhà khoa học thuộc Đại học Thanh Hoa phối hợp cùng Trường Y của Quân Giải phóng Nhân dân Trung Quốc vừa phát triển thành công Airscope, thiết bị quan sát não bộ không dây nhẹ vỏn vẹn 1 gram.
Công nghệ này có khả năng ghi nhận đồng thời hoạt động của hơn 8.500 tế bào thần kinh khi động vật thí nghiệm di chuyển tự do, mở ra bước tiến quan trọng trong nghiên cứu thần kinh, cảm xúc và trí thông minh.
Lời giải cho bài toán khó của ngành khoa học thần kinh
Trong nhiều năm qua, giới nghiên cứu phải đối mặt với thách thức lớn khi tìm cách quan sát sự phối hợp giữa các tế bào thần kinh ở động vật trong trạng thái tương tác tự nhiên. Nhược điểm của những hệ thống quan sát trường rộng trước đây là kích thước đồ sộ, buộc động vật phải bị cố định đầu hoặc nối với hệ thống dây cáp phức tạp. Tình trạng này làm hạn chế khả năng thể hiện các hành vi tự nhiên, từ đó ảnh hưởng đến tính chính xác của dữ liệu thần kinh thu được. Trong khi đó, các thiết bị đeo siêu nhỏ lại gặp hạn chế lớn về phạm vi quan sát.
Sự ra đời của Airscope đã giải quyết triệt để nút thắt này. Đội ngũ phát triển đã thu nhỏ thể tích của toàn bộ hệ thống kính hiển vi xuống khoảng 100.000 lần so với các thiết bị để bàn thông thường nhưng vẫn bảo đảm chất lượng tín hiệu thu nhận. Nhờ trọng lượng siêu nhẹ, các đối tượng thí nghiệm có thể thoải mái leo trèo, đào bới hay khám phá không gian xung quanh mà không gặp bất kỳ cản trở đáng kể nào.
Sự kết hợp giữa quang học hiện đại và trí tuệ nhân tạo
Để đạt được kích thước tối ưu mà vẫn duy trì độ chính xác cao, các nhà nghiên cứu đã đồng bộ hóa hàng loạt công nghệ từ quang học, chiếu sáng, điện tử cho đến truyền tải dữ liệu. Nhóm tác giả tận dụng trí tuệ nhân tạo nhằm thiết kế hệ thống thấu kính tinh vi, đồng thời tích hợp cảm biến hình ảnh 2 megapixel có tính năng nén dữ liệu trực tiếp. Điều này cho phép thiết bị truyền tải hình ảnh chất lượng cao qua sóng không dây ổn định.
Bên cạnh đó, một mô hình thị giác máy tính chuyên dụng cũng được tích hợp để nhận diện và liên tục theo dõi các mục tiêu trong quá trình ghi hình. Công nghệ này giúp quá trình thu thập tín hiệu không bị gián đoạn hay xảy ra tình trạng nhầm lẫn đối tượng khi động vật di chuyển nhanh.
Cơ hội mới trong nghiên cứu hành vi và y học
Trong các thử nghiệm thực tế, Airscope đã ghi lại chi tiết sự thay đổi tín hiệu của hơn 8.500 tế bào thần kinh riêng lẻ thuộc vùng vỏ não của chuột. Dữ liệu thu được bước đầu giúp các nhà khoa học làm rõ mối liên hệ giữa các mô hình hoạt động ở vùng não phía lưng với lợi thế cạnh tranh xã hội của động vật. Việc quan sát chi tiết các mạng lưới thần kinh phức tạp trong điều kiện sống tự nhiên hứa hẹn cung cấp những manh mối quan trọng để giải mã cơ chế tâm lý, trạng thái cảm xúc cũng như các chứng bệnh như trầm cảm.
Công trình này là bước nối tiếp thành công của nhóm nghiên cứu Đại học Thanh Hoa sau khi ra mắt hệ thống kính hiển vi RUSH3D vào năm 2024. Chuyên gia dẫn đầu nghiên cứu nhận định, khả năng của công nghệ mới không chỉ dừng lại ở khoa học thần kinh mà còn có thể mở rộng sang các lĩnh vực y học khác như miễn dịch học hay ung thư học, hỗ trợ việc theo dõi toàn bộ tiến trình phát triển của bệnh lý trong tương lai.
Phạm Tuấn
