Thiết bị chuyển mạch neuron (nơron) bằng ánh sáng

Theo Michael Hausser, Nhà nơron học ở trường Đại học London, người viết nhận xét cho công trình này, được đăng trên Tạp chí Nature ngày 6/4 và Tạp chí  Public Library of Science One, thì công cụ này sẽ đem lại cuộc cách mạng cho lĩnh vực nghiên cứu bộ não. Nó có thể thay thế điện cực kích thích, một công cụ chủ yếu của các nhà nơron học trong thế kỷ vừa qua. Công cụ đó cũng có thể giúp cải thiện những ứng dụng lâm sàng, trong đó việc sử dụng các điện cực cấy ghép đã chứng tỏ sự hữu ích để gây ra sự hưng phấn và kìm hãm những tế bào đặc thù.

Các nơron mã hoá thông tin bằng một loạt các xung điện truyền giữa các tế bào. Các nhà khoa học đã từng nghiên cứu chức năng của các tế bào não bằng cách gửi đi các xung điện do điện cực sinh ra để kích hoạt các nơron. Tuy nhiên, điều khó khăn là đưa hoạt động đó cho loại tế bào đặc thù và chưa có liệu pháp tương ứng để ngắt mạch các tế bào.

Năm 2006, Karl Deiseroth, Kỹ sư sinh học ở Stanford và Ed Boyden, Kỹ sư sinh học ở MIT đã kết nạp một kênh cảm quang từ con sứa để tạo ra bộ đóng mạch gen. Kênh này được đặt trên màng tế bào và mở ra khi tia sáng tác dụng vào, cho phép điện tích dương đi vào tế bào. Khi chiếu ánh sáng lên các nơron sẽ được áp dụng kỹ thuật gen để mang kênh này, hoạt động điện ở tế bào được kích hoạt, tiếp đó lan toả ra các nơron lân cận ở trong mạng.

Deisseroth và Boyden hiện đã tạo ra các bộ ngắt mạch, hoạt động theo cơ chế tương tự. Cả 2 bộ chuyển mạch đều có thể được tạo ra trên cùng một tế bào, cung cấp cho các nhà khoa học công cụ chuyển mạch bằng ánh sáng đối với hoạt động của nơron.

Khả năng mới được phát minh trong việc điều khiển chính xác các nơron kết cục có thể đem lại câu trả lời cho những vấn đề lớn của bộ não. Nó có thể giúp các nhà khoa học tìm ra các tế bào đặc thù hoặc các kiểu thức hoạt động nơron có liên quan đến những quá trình nhận thức, chẳng hạn như năng lực tập trung chú ý, hoặc các bệnh đặc biệt như động kinh.

Bệnh động kinh và bệnh liệt rung đều có thể được điều trị bằng các điện cực cấy vào não. Nhưng những xung điện mà chúng phát ra kích hoạt tất cả những tế bào nằm ở lân cận, chứ không riêng những tế bào bị bệnh, làm tăng tác dụng phụ và có tiềm năng làm giảm hiệu quả của liệu pháp. Theo Deissroth, vấn đề mấu chốt là phải biết nhằm vào đúng các loại tế bào. Hiện Deissroth và Boyden đang sử dụng các bộ chuyển mạch để nghiên cứu các mô hình động vật của các căn bệnh này nhằm xác định chính xác những tế bào nào cần được đóng hoặc ngắt mạch. Phát minh của họ có thể được dùng để phát triển những loại dược phẩm mới chỉ nhằm tác động vào những tế bào đó, hoặc sẽ thay thế cho các điện cực. Những bộ chuyển mạch đó cũng có thể giúp giải mã ngôn ngữ của bộ não bằng cách xác định những mô thức khác nhau của hoạt động nơron làm nảy sinh những tư duy và hành động phức hợp.

Nguồn: Techview, 4/2007, Automation.org.vn, 08/05/2007