Allan Jones: Bản đồ bộ não.

Đã từ rất lâu, nhân loại đã tìm hiểu về bộ não của con người. Chúng tôi vẽ biểu đồ nó, mô tả, phác họa, và mô hình hóa nó. Giờ đây nó giống như các bản đồ vật lý của thế giới bị ảnh hưởng sâu sắc bởi công nghệ như Google Maps, như GPS và điều tương tự đang xảy ra đối với việc lập bản đồ bộ não, thông qua sự biến đổi.

Chúng ta hãy nói về não bộ. Hầu hết mọi người, khi nhìn thấy một bộ não còn tươi nguyên, họ nói, "Nó nhìn không giống với những vật thường thấy khi một ai đó chỉ cho bạn xem một bộ não." Điển hình là, bạn đang nhìn thấy một bộ não đã cố định. Nó màu xám. Và lớp vỏ ban ngoài này, đây là hệ mạch máu nằm một cách lạ thường quanh não bộ. Đây là các mạch máu. 20% oxy đến từ phổi 20% máu được bơm từ tim, là để phục vụ cho cơ quan này. Và, kích cỡ của bộ não thì chỉ nhỉn hơn một chút so với hai nắm tay của bạn để gần nhau.

Các nhà khoa học ở cuối thế kỷ 20 nhận ra rằng họ có thể lần theo đường đi của dòng máu để lập bản đồ não bộ một cách an toàn nhất khi các hoạt động đang diễn ra trong bộ não. Ví dụ như, họ có thể nhìn thấy phần phía sau của bộ não , đó là phần quay vòng vòng ở ngay kia. Ở đó là phần hành tủy, nó giúp cho bạn giữ thăng bằng. Nó giúp tôi đứng thẳng. Bộ phận này điều phối các cử động cần có sự phối hợp. Nằm bên cạnh đó, là vỏ thái dương. Đây là khu vực nơi các thông tin âm thanh được xử lý sơ bộ, và nhờ vậy bạn đang nghe thấy tôi, bạn đang gửi chúng tơi các trung tâm xử lý ngôn ngữ ở mức độ cao hơn. Nằm về phía trước của bộ não, là khu vực hình thành hầu hết các suy nghĩ phức tạp cũng như ra quyết định - đó là bộ phận được trưởng thành sau cùng ở người lớn. Tất cả quá trình ra quyết định hay lựa chọn của bạn đều xảy ra ở đây. Đó là nơi mà ngay bây giờ bạn đang quyết định điều gì đó chẳng hạn như, có lẽ tối nay bạn sẽ không ăn bít tết.

Nếu như bạn nhìn sâu hơn vào bộ não. có một điều, nếu bạn nhìn vào giải phẩu cắt ngang của nó, bạn có thể nhận ra rằng, bạn không thể nhìn thấy tất cả mọi cấu trúc ở đây. Nhưng thật ra ở đây có vô vàn cấu trúc. Đó là những tế bào hay dây thần kinh, tất cả được đan bện vào nhau. khoảng một trăm năm trước đây, một số nhà khoa học đã phát minh ra một phương pháp nhuộm trên tế bào. Nó được minh họa ở đây, với màu xanh rất sáng. Bạn có thể nhìn thấy các khu vực ở đó những thể tế bào bình thường bị nhuộm. Và điều bạn sẽ nhận thấy là, chúng vô cùng không đồng nhất. Có vô số cách kết cấu khác nhau. Phần ngoài cùng của não là phần áo não mới. Nó là một bộ phận xử lý thông tin liên tục, nếu bạn muốn biết. Nhưng bạn cũng có thể thấy những thứ khác nằm bên dưới đó nữa. Tất cả những khu vực trống này chính là nơi mà các dây thần kinh đi xuyên qua. Và sẽ có ít tế bào hơn. Thường thì bộ não có kỏoảng 86 tỉ tế bào thần kinh. Như bạn đã thấy đó, chúng được bố trí không đồng đều. Và sự phân bố này thực sự hữu ích đối với vai trò của chúng. Và dĩ nhiên, như tôi đã nói. vì từ nay chúng ta có thể lập bản đồ chức năng của não bộ, chúng ta có thể bắt đầu kết nối chúng với từng tế bào.

Bây giờ hãy nhìn sâu hơn, kĩ hơn nhé. Thử với tế bào thần kinh xem. Như tôi nói rồi đấy, có khoảng 86 tỉ tế bào thần kinh. Ở đó có những tế bào nhỏ hơn mà bạn sẽ thấy nữa. Đó là các tế bào nuôi dưỡng - astrocyte glia. Và các dây thần kinh chính là địa điểm tiếp nhận thông tin đưa vào. CHúng lưu trữ những thông tin này, chúng đang xử lý nó. Mỗi tế bào thần kinh được kết nối thông qua các xy náp với hơn 10.000 tế bào thần kinh khác trong não của bạn. Và mỗi tế bào này tương đối đặc biệt. Sự khác biệt trong chính mỗi tế bào, và của mỗi tế bào nằm trong một bộ sưu tập của não bộ được xác lập bởi những đặc điểm căn bản thuộc về tính chất hóa sinh của chúng. Đó chính là các protein Chúng là những protein điều hòa những quá trình ví dụ như sự di chuyển qua các kênh tế bào. Chúng đang điều khiển những sự kết nối của các tế bào trong hệ thần kinh. Và trên thực tế, về căn bản chúng chỉ huy tất cả mọi thứ mà hệ thần kinh cần phải làm.

Nếu như chúng ta đi sâu hơn nữa. tất cả những protein này được mã hóa bởi hệ gen của chúng ta/ Mỗi người có 23 cặp nhiễm sắc thể. Trong mỗi cặp này, một chiếc từ cha, một từ mẹ. Trên các nhiễm sắc thể đó, chúng ta có khoảng 25000 gen. Chúng được mã hóa trong DNA. Bản chất của một tế bào bất kì liên quan tới những đặc tính hóa sinh được ghi trong 25000 gene này sẽ được khởi động và chúng chỉ được mở lên ở một mức nào đó.

Và dự án của chúng tôi đang tìm kiếm cách nào đó để nhận biết được những thông tin này, để hiểu xem trong số 25000 gene này gene nào được khởi đông. Để tiến hành dự án như vậy, dĩ nhiên chúng tôi cần nhiều bộ não. Và chúng tôi gửi những kĩ thuật viên phòng thí nghiệm đi khắp nơi. Chúng tôi tìm kiếm các bộ não người bình thường. Điểm khởi đầu thực sự của chúng tôi là văn phòng của một người giám định y khoa. Đây là nơi mà các thi thể được đưa đến. Chúng tôi tìm kiếm các bộ não bình thường. Và chúng tôi có nhiều tiêu chí để chọn ra những bộ não đó. Chúng tôi muốn đảm bảo rằng có thể thu được những bộ não người trong độ tuổi từ 20-60, và họ chết bởi những lý do tự nhiên không bị tổn thương não bộ, không có bất kì bệnh tâm thần nào và chũng không dùng các loại thuốc kích thích. do đó chúng tôi thực hiện một thử nghiệm độc tính học. Và chúng tôi rất cẩn thận về những bộ não sẽ được chọn ra. Chúng tôi cũng lựa chọn những bộ não mà chúng tôi có thể lấy ra các mô, và chúng tôi có thể được chấp thuận để lấy mô trong vòng 24 giờ sau cái chết. Bởi vì thông tin chúng tôi muốn đo đạc, các RNA - - sản phẩm từ gene - rất dễ bị phân hủy vì vậy chúng tôi cần di chuyển cực kỳ nhanh chóng.

Đây là một ghi chú khi thu thập các bộ não: Bởi vì cách mà chúng tôi thu thập, và bởi vì chúng tôi yêu cầu sự chấp thuận, trên thực tế chúng tôi thu được nhiều bộ não nam giới hơn là não của phụ nữ. Đàn ông thường có nguy cơ đột tử vào giai đoạn đỉnh cao trong cuộc đời họ. Và đàn ông thường yêu cầu người bạn đời của họ, chẳng hạn như vợ, đồng ý cho đi bộ não hơn là điều ngược lại.

(Tiếng cười)

Và việc đầu tiên chúng tôi làm tại địa điểm thu nhận là thu thập thứ được gọi là MR. Đây là một kĩ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ - MRI. Đây là một khuôn mẫu chuẩn chúng tôi dùng để lưu trữ các dữ liệu còn lại. Do vậy chúng tôi thu thập các MR này. Và bạn có thể nghĩ về nó như một hình ảnh vệ tinh cho bản đồ của chúng tôi. Việc tiếp theo cần làm là thu thập các ảnh chụp ten-xơ thẩm thấu. Dạng ảnh này phác họa lại các kết nối chủ đạo trong bộ não. Bạn có thể nghĩ đến nó như bản đồ các đường cao tốc liên bang của chúng ta, nếu bạn muốn. Bộ não được tách khỏi hộp sọ và cắt thành những lớp mỏng 1cm. Sau đó chúng được làm đông cứng rồi chuyển tới Seattle. Và tại Seattle, chúng tôi lấy các mẫu này ra -đây là toàn bộ bán cầu não của con người- chúng tôi đưa chúng vô một chiếc máy cắt lát thịt nổi tiếng nhất. Có một lưỡi dao ở đây, nó sẽ cắt ngang qua một phần của mô và chuyển nó tới lam kính hiển vi Rồi chúng tôi sẽ nhuộm các mẫu này theo cách nào đó và sau đó scan nó lên. Thế là chúng tôi có được bản đồ đầu tiên.

Tiếp tới là các chuyên gia đến họ làm bài tập định danh giải phẫu cơ bạn. Bạn có thể tưởng tượng đây là các đường bao quanh tiểu bang, nếu như bạn muốn khi nhìn vào những đường viền xinh đẹp đó. Từ đây, chúng tôi có thể phân tích bộ não kĩ lưỡng hơn nữa, cắt nhỏ thành nhiều mảnh và các mảnh nhỏ này được bỏ vô một máy điều lạnh. Bạn có thể nhìn thấy ở đây mô đông lạnh này đang được cắt ra. Nó dày khoảng 20 micromet, chỉ vào khoảng chiều dày sợi tóc của một em bé Và nên nhớ là chusngd dược đông lạnh. Và bạn có thể thấy ở đây công nghệ cổ xưa của chiếc cọ vẽ được áp dụng. Chúng tôi lấy một lam kính hiển vi Và cẩn thận làm tan chảy mẫu lên trên lam kính. Sau đó chuyển lam vô một máy robot để tiến hành nhuộm mẫu. Các nhà giải phẫu học sẽ đến và phân tích mẫu nhuộm thật kĩ càng

Một lần nữa, đây là thứ họ sẽ thấy bên dưới kính hiển vi/ Bạn có thể thấy các tập hợp và hình thể của những tế bào lớn nhỏ nằm tụ lại với nhau và ở nhiều điểm khác nhau/ Rồi từ đó, những hoạt động này trở thành thường nhật. Họ đã biết cách làm thế nào để thực hiện nó. Và họ có thể, trên căn bản, làm nên một cuốn chiếu thư atlas. Đây là một bản đồ chi tiết hơn.

Và các nhà khoa học dùng nó để truy ngược lại một mảnh khác trong mô để thực hiện thủ thuật cắt lát bằng tia laze Các kĩ thuật viên sẽ nhận hướng dẫn. Họ khoanh vùng dọc theo điểm đó. Rồi các tia laze bắt đầu cắt. Bạn có thể nhìn thấy tia xanh đó thực hiện quá trình cắt. Rồi các mô rời ra. Bạn sẽ nhìn thấy trên các lam kính hiển vi ở đây, đó chính là điều diễn ra trên thực tế. Có một vật chứa nằm bên dưới để thu thập các mô này. Chúng tôi dùng những mô này và tách RNA ra khỏi nó sử dụng vài kĩ thuật căn bản, sau đó chúng tôi gắn một đuôi phát huỳnh quang lên chúng. Chúng tôi lấy các vật liệu được gắn đuôi đó và đưa vào máy microarray.

Bây giờ, bạn sẽ thấy chúng giống như hàng trăm đốm sáng, nhưng mỗi đốm sáng riêng biệt đó thực ra chính là một mảnh đặc trưng của bộ gene người chúng tôi sẽ chấm xuống thủy tinh. Có kỏoảng 60000 thành tố ở đây và chúng tôi đo đạc các gene một cách lập đi lập lại trong 25000 gene trong bộ gene người Chúng tôi lấy một mẫu và lai với khuôn. từ đó sẽ cho ra một dấu vân tay đặc trưng, nếu bạn muốn hình dung theo cách đó, một dấu ấn đặc trưng về hàm lượng của gene được biểu hiện trong mẫu đó.

Bây giờ chúng tôi thực hiện việc này lặp đi lặp lại, cho tất cả các bộ não khác. Chúng tôi lấy khoảng 1000 mẫu từ mỗi bộ não. Đây là phần đồi hãi mã của não. Nó góp phần quan trọng trong quá trình học hỏi và trí nhở. Chúng tôi lấy kỏoảng 70 mẫu từ vùng này trong tổng số một ngàn mẫu. Mỗi mẫu này cung cấp khoảng 50000 điểm dữ liệu chúng tôi lặp lại các phép đo đạc cho một ngàn mẫu.

Tính ra, chúng tôi có tổng cộng 50 triệu điểm dữ liệu đối với mỗi bộ não. Mới đây chúng tôi mới hoàn thành dữ liệu của hai bộ não. Chúng tôi tổng hợp các thông tin lại với nhau thành một thứ duy nhất, tôi sẽ cho bạn thấy dữ liệu tổng hợp đó nhìn như thế nào. Về căn bản, nó là một tập hợp thông tin lớn hơn và nó có thể được tra cứu một cách miễn phí bởi bất kì nhà khoa học nào trên thế giới. Thậm chí họ không cần đăng nhập mới dùng được các công cụ này, khai thác các dữ liệu này hay tìm ra những điều quan trọng thú vị từ nó. Đây là các mô thức chúng tôi tổng hợp lại. Bạn sẽ bắt đầu nhận thấy những thứ này từ các dữ liệu chúng tôi thu thập trước đó. Đây là các MR. Nó cung cấp khung nền. Có một thanh công cụ bên phải cho phép bạn lật qua lật lại, nó giúp bạn phóng to thu nhỏ và còn cho phép bạn tô đậm những phần cấu trúc riêng biệt.

Nhưng quan trọng nhất, bây giờ chúng tôi đưa bản đồ vào khung nền giải phẫu này, nó là một khung nền phổ biến giúp mọi người hiểu các gene được biểu hiện ở đâu. Mức độ đỏ là nơi gene được hoạt động ở một mức cao độ. Màu xanh lá là các khu vực mà gene không hoạt động. Và mỗi gene cho chúng ta một dấu vân tay. Nhớ là chúng ta đã kiểm tra tất cả 25000 gene trong hệ gene và chuyển tất cả các thông tin lên nguồn dữ liệu này.

Như vậy, các nhà khoa học có thể biết được điều gì từ những dữ liệu này? Chúng tôi chỉ mới bắt đầu tự mình khai thác những dữ liệu này. Có một số điều căn bạn mà bạn sẽ muốn hiểu. Hai ví dụ kinh điển nhất là về các loại thuốc. Prozac và Wellbutrin. Chúng là các loại thuốc trầm cảm thường được kê đơn cho bán cho những bệnh nhân. Và nhớ lại, chúng tôi đang phân tích gene. Gene đưa ra các chỉ thị để tạo nên protein. Protein chính là đích ngắm của thuốc. Thuốc gắn lên protein. và "tắt" đi chức năng của những protein này hay tác động gì đó khác. Nếu bạn muốn hiểu hoạt động của thuốc, bạn sẽ cần phải hiểu bằng cách nào chúng hoạt động theo những cách mà bạn muốn, cũng như những cách mà bạn không muốn. Trong hồ sơ ghi tác động phụ và những dữ liệu khác, bạn muốn biết những gene đó được bật lên ở đâu. Và lần đầu tiên trong lịch sư, chúng tôi thực sự có thể làm như vậy. Chúng tôi có thể làm điều đó trong nhiều cá thể khác nhau mà chúng tôi đang tiến hành phân tích cho tới thời điểm này.

Chúng tôi có thể nhìn xuyên thấu từng ngóc ngách của bộ não. Chúng tôi có thể thấy những dấu vân tay đặc trưng này. Và chúng tôi được kiểm chứng. Chúng tôi biết được chắc chăn trằng, trên thực tế, gene được bật lên cho những loại thuốc như Prozac, trong các cấu trúc sinh serotonin, đây là các cấu trúc từng được biết đến là bị các loại thuốc này tác động - nhưng chúng tôi thậm chí có thể nhìn thấy một cách toàn diện. Chúng tôi tìm hiểu những khu vực mà trước đó chưa ai từng phân tích, và rồi chúng tôi thấy các gene này được mở lên ở đó. Nó cũng thú vị tương tự như một tác dụng phụ vậy. Một điều khác mà bạn có thể làm với nó đó là bạn có thể, bởi vì đó là một bài tập liên hệ các mẫu hình bởi vì ở đó có những dấu vân tay đặc biệt, chúng tôi thực sự có khả năng quét qua toàn bộ hệ gene và tìm kiếm các protein khác có dấu vân tay tương tự. Như vậy nếu bạn làm trong ngành nghiên cứu dược phẩm, ví dụ, bạn có thể đọc qua một danh sách liệt kê toàn bộ những thông tin có được từ hệ gene để tìm kiếm đích tác động hữu hiệu hơn của thuốc và tối ưu hóa nó.

Hầu hết các bạn có lẽ đều quen thuộc với các nghiên cứu "Liên đới toàn bộ hệ gene" thông qua những tin tức đại chúng ví dụ như. "Các nhà khoa học vừa mới tìm ra một gene trong số các gene tác động lên X. Và các dạng nghiên cứu này được công báo thường xuyên bởi các nhà khoa học và chúng rất tuyệt vời. Họ phân tích các quần thể lớn. Họ nhìn vào toàn thể bộ gene, và cố gắng tìm kiếm các điểm tập trung của những hoạt động được liên kết với những gene gây bệnh. Nhưng nếu bạn tiến hành nghiên cứu dạng này, cái mà bạn biết được chỉ đơn thuần là một danh sách các gene. Nó trả lời cho câu hỏi "cái gì", nhưng nó không trả lời được câu hỏi "ở đâu". Do vậy, điều đó rất quan trọng đối với những nhà nghiên cứu này, khi chúng tôi tạo ra một nguồn dữ liệu như thế này. Bây giờ họ có thể tới họ có thể bắt đầu tìm kiếm những chứng cớ về các hoạt động. Họ có thể bắt đầu bằng cách phân tích những con đường phổ biến - những cách khác mà họ chưa từng có khả năng để thực hiện trước đó.

Do vậy tôi nghĩ khán giả này, theo một cách đặc biệt, có thể hiểu được tầm quan trọng của tính cá thể. Và tôi nghĩ mỗi người chúng ta đều có một hệ di truyền khác nhau chúng ta sống những cuộc đời riêng biệt. Nhưng sự thật là hệ gene của chúng ta giống nhau tới hơn 99%. Chúng ta giống nhau ở mức độ di truyền. Và cái mà chúng ta đang tìm kiếm thực ra là, thậm chí ở mức độ sinh hóa của bộ não, chúng ta khá tương tự nhau. Và điều này chỉ ra, không phải 99% mà là gần 99% tương quan ở một định mức hợp lý vậy gần như mọi thứ trong đám mây mù đều có tương quan. Sau đó chúng tôi tìm một số thứ nằm ở bên ngoài, những thứ nằm vượt ra khỏi đám mây. Những gene này rất thú vị. nhưng chúng cực kì ít ỏi. Nên tôi nghĩ có một thông điệp quan trọng để chúng ta ghi nhớ đó là dù chúng ta vui mừng với mọi sự khác biệt của chúng ta, chúng ta thực sự khá giống nhau thậm chí ở mức độ não bộ.

Vậy thì, những sự khác biệt đó trông như thế nào? Đây là một ví dụ của nghiên cứu chúng tôi thực hiện để theo sát và hiểu rõ chính xác những sự khác biệt đó là gì chúng khá ít ỏi. Có những gene chỉ được bật lên trong một tế bào riêng lẽ. Ở đây có hai gene có thể làm ví dụ tốt mà chúng tôi tìm thấy. Một cái là RELN - nó liên quan tới việc phát triển những tín hiệu sớm. DISC1 là một gene được phát hiện trong bệnh tâm thần phân liệt Đây không phải là những người bị tâm thần phân liệt nhưng họ mang một số biến thể ở mức quần thể. Và điều mà bạn đang nhìn thấy ở đây trong người cho số 1 và số 4 tức là ngoại lệ của hai số còn lại đó là gene đã được bật lên trong những nhóm tế bào đặc biệt Những đốm tím bên trong tế bào cho phép chúng ta biết chúng được bật lên ở đâu Việc những biểu hiện này là do sự khác biệt về di truyền hay về kinh nghiệm sống, chúng tôi chưa biết. Các nghiên cứu dạng đó đòi hỏi một quần thể lớn hơn.

Tôi sắp gửi đến bạn một thông điệp cuối cùng về sự phức tạp của bộ não và về quãng đường bao xa mà chúng ta cần phải đi. Tôi nghĩ các nguồn thông tin này vô cùng có giá trị, tới mức không thể tin được. Nó cung cấp một sự hướng dẫn cho các nhà nghiên cứu về địa điểm cần phải đi tới. Nhưng chúng ta mới chỉ nhìn thấy cuốn hướng dẫn của từng cá thể tại thời điểm này. Chúng ta nhất định phải đi xa hơn nữa. Tôi vừa mới kết thúc bằng cách nói Các công cụ đang ở đó, Nó thực sự giống như một lục địa chưa được khai thác và khám phá. Nó là chân trời mới, nếu bạn muốn nghĩ vậy. Và như vậy đối với những người không bị nghi ngờ nhưng bị chế giễu bởi độ phức tạp của bộ não, tương lai đang đón chờ bạn.

Cảm ơn!

(Tiếng vỗ tay)