Tế bào thần kinh nhân tạo – Các nhà khoa học cuối cùng đã giải mã được những hành vi kỳ lạ của tế bào não và tái tạo chúng trong những con chip máy tính nhỏ bé.
Theo thông cáo báo chí của Đại học Bath, các tế bào thần kinh nhỏ bé có thể thay đổi cách chúng ta chế tạo các thiết bị y tế vì chúng tái tạo hoạt động sinh học lành mạnh nhưng chỉ cần một ít năng lượng mà bộ vi xử lý cần.
Các tế bào thần kinh hoạt động tương tự như các mạch điện bên trong cơ thể, nhưng hành vi của chúng khó đoán trước hơn – đặc biệt là khi phân tích mối quan hệ giữa các xung điện đầu vào và đầu ra của chúng. Nhưng các tế bào não nhân tạo mới này bắt chước thành công hành vi của tế bào thần kinh chuột từ hai vùng cụ thể của não, theo nghiên cứu được công bố hôm thứ Ba trên tạp chí Nature Communications.
Trước tiên, các nhà khoa học mô hình hóa và giải các phương trình để giải thích cách các nơron phản ứng với các kích thích (tín hiệu) của các tế bào thần kinh khác. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã phát triển chip silicon – mạch tổng hợp mô phỏng chính xác các kênh ion sinh học. Thí nghiệm cho thấy các tế bào thần kinh nhân tạo đáp ứng với một loạt các kích thích, mô phỏng chính xác hoạt động của các đối tác sinh học của chúng. Đặc biệt, các nhà nghiên cứu đã có thể tái tạo toàn bộ động lực học của các tế bào thần kinh đồ thị và tế bào thần kinh hô hấp ở chuột.
Nhà vật lý Alain Nogaret của Đại học Bath cho biết: “Cho đến nay các tế bào thần kinh giống như hộp đen, nhưng chúng tôi đã mở được hộp đen và nhìn vào bên trong”. “Công việc của chúng tôi là đang thay đổi mô hình bởi vì nó đem lại một phương pháp mạnh mẽ để tái tạo các đặc tính điện của tế bào thần kinh thực một cách chi tiết.”
Mục tiêu cuối cùng là sử dụng những tế bào thần kinh này để xây dựng các thiết bị y tế có thể đáp ứng tốt hơn nhu cầu của bệnh nhân, như một máy điều hòa nhịp tim thông minh hơn có thể đáp ứng các tác nhân gây căng thẳng và nhu cầu mới đối với trái tim của một người – về cơ bản là nâng cấp các thiết bị để hòa hợp hơn với cơ thể.
Julian Paton, nhà sinh lý học tại các trường đại học Auckland và Bristol, cho biết thêm, việc tái tạo hoạt động sinh học rất thú vị vì nó “mở ra cơ hội to lớn cho các thiết bị y tế thông minh hơn hướng tới phương pháp tiếp cận y học cá nhân hóa đối với một loạt bệnh và khuyết tật.”
Theo các tác giả, sự phát triển của các tế bào thần kinh phản ứng với tín hiệu điện từ hệ thần kinh như tế bào thật mở ra những khả năng mới trong điều trị tình trạng tế bào thần kinh thật không hoạt động đúng hoặc chết (thoái hóa thần kinh, tổn thương tủy sống…). Tế bào thần kinh nhân tạo sẽ giúp khôi phục chuỗi sinh học bị hư hỏng nếu chúng đảm nhận hiệu suất của một số chức năng nhất định.
Theo người đứng đầu dự án, Giáo sư Alain Nogaret từ Đại học Bath (Anh quốc), các tế bào thần kinh nhân tạo chỉ cần 140 nanowatt năng lượng để vận hành bộ vi xử lý. Điều này cho phép cấy ghép chúng trong điều trị các bệnh mãn tính, chúng có thể thay thế các tế bào thần kinh bị tổn thương bởi các bệnh thoái hóa thần kinh, chẳng hạn như bệnh Alzheimer hoặc bệnh xơ cứng teo cơ sườn.
Một triển vọng thú vị khác là việc tạo ra một máy điều hòa nhịp tim “thông minh” có thể điều chỉnh nhịp tim, điều chỉnh phản hồi từ hệ thống thần kinh, thay thế một số tế bào thần kinh ở não bộ. Khi đó, tế bào thần kinh nhân tạo có thể loại bỏ “sự cố” suy tim ở bệnh nhân bị suy tim. Trong tương lai, các tác giả hy vọng sẽ tạo ra một điện tử sinh học thu nhỏ, cung cấp một cách tiếp cận riêng cho việc điều trị của từng bệnh nhân.
(Theo Dan Robitzski)