Công nghệ ánh sáng kiểm soát hoạt động não

Trong một cuộc hội thảo thường niên của hiệp hội các chuyên gia thần kinh học tại San Diego - Mỹ, các nhà khoa học nước này cho biết: đã phát triển một loại thiết bị có tên gọi optogenetic gồm hai cực phát sáng được dùng để cấy vào bên trong não. Khi hoạt động, chúng có tác dụng kích thích một vùng não kiểm soát hành vi và thái độ hành xử thông qua việc kiểm soát hoạt động của các tế bào thần kinh. Việc kiểm soát các tế bào thần kinh này dựa trên việc kiểm soát một loại protein nhạy cảm với ánh sáng có tên gọi rhodopsins.

Chúng trực tiếp làm thay đổi dòng tín hiệu điện não của các tế bào thần kinh và tạo nên các tác động trực tiếp tức thời. Khi được đưa vào các tế bào thần kinh, các khuẩn rhodopsins này xâm nhập xuyên qua màng não, và khiến cho các tế bào não trở nên nhạy cảm với ánh sáng. Các tia sáng do thiết bị optogenetic tạo ra có thể kích động hoặc kiềm chế các nhóm neuron thần kinh chỉ trong vòng một phần triệu giây. Thí nghiệm  mới đây nhất đã được thử nghiệm và cho thấy hiệu quả của thiết bị này trong việc kiểm soát các hành vi ở các loài động vật, phục hồi hình ảnh ở những con chuột bị mù, hay phục hồi thương tổn chức năng thần kinh ở những con chuột bị tổn thương cột sống...

Nhà nghiên cứu Ed Boyden - thuộc Trung tâm Nghiên cứu MIT media lab - Mỹ đồng thời là tác giả của công trình nghiên cứu về tác động của ánh sáng đối với hoạt động não bộ đã sử dụng công nghệ gien để tạo ra các vi khuẩn rhodopsins nhạy cảm với ánh sáng; cải thiện tốc độ và khả năng phục hồi hoạt động của chúng, từ đó cho phép kiểm soát tốt các hoạt động phức tạp của hệ thần kinh. Khi cấy thử nghiệm vào não các động vật có vú, optogenetics đưa vào não các sợi quang học cho phép chuyển ánh sáng lazer tới các vùng não đã được định trước.

Các neuron thần kinh não xử lý thông tin nhờ vào một mạng lưới phức tạp có chứa hàng trăm loại enzymes và các phân tử mang tín hiệu khác nhau. Thiết bị optogenetics có thể cho phép ứng dụng để nghiên cứu làm rõ quá trình truyền tín hiệu và tương tác giữa các tế bào thần kinh.

Ngoài ra, các nhà khoa học còn có thể sử dụng optogenetics để kiểm soát quá trình sao chép gien (trong quá trình này thông tin di truyền được sao chép lại ngay ở giai đoạn tổng hợp nên các protein nuôi dưỡng và hình thành nên tế bào). Nhờ đó, nó cho phép các nhà khoa học nắm được xu hướng hình thành, phát triển nên các đặc tính mang yếu tố di truyền, đồng thời kịp thời điều chỉnh sự tác động của gen đến quá trình hình thành các tế bào hệ thần kinh và não bộ.

Cũng nhờ đó, các nhà khoa học có thể kiểm soát hoạt động của não và hệ thần kinh theo ý muốn. Công nghệ này được đảm bảo về tính an toàn và không gây ra sự phản ứng của hệ miễn dịch cơ thể