Động vật hướng dẫn bánh lái nhỏ để điều khiển các hình dạng trên màn hình đã cung cấp cho các nhà khoa học cái nhìn chưa từng có về cách các quyết định diễn ra trên toàn bộ não bộ.
Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã ánh xạ quá trình ra quyết định ở độ phân giải từng tế bào thần kinh trên toàn bộ não bộ của động vật có vú.
Các nghiên cứu thần kinh học truyền thống thường tập trung vào các cụm tế bào thần kinh nhỏ trong các vùng não biệt lập. Nhưng “bộ não liên tục đưa ra các quyết định trong cuộc sống hàng ngày”, Ilana Witten, Tiến sĩ, giáo sư thần kinh học tại Đại học Princeton cho biết. “Chúng ta đã nhận ra có nhiều vùng não hơn, chứ không chỉ một hoặc hai, đóng góp vào quá trình ra quyết định.”
Mục lục
Sự hợp tác đột phá cho thần kinh học
Witten và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm Não bộ Quốc tế (IBL, một liên minh gồm 22 phòng thí nghiệm trên toàn thế giới) đã sử dụng một phương pháp chuẩn hóa để theo dõi hoạt động thần kinh trong khi hành vi. Bằng cách tổng hợp dữ liệu trên nhiều phòng thí nghiệm, họ có thể nắm bắt được sự phức tạp của quá trình ra quyết định trong não bộ.
Nỗ lực này đã tạo ra các tập dữ liệu bao phủ hơn 600.000 tế bào thần kinh trên 279 vùng não ở 139 con chuột, cung cấp cái nhìn toàn diện về các mạng thần kinh phân tán đang hoạt động.
Việc ánh xạ toàn bộ não bộ không phải là một nhiệm vụ nhỏ. Alejandro Pan Vazquez, Tiến sĩ, một tác giả đóng góp, lưu nhận: “Việc này chưa từng được thực hiện trước đây. Có rất nhiều đổi mới về mặt tổ chức để tích hợp dữ liệu từ các phòng thí nghiệm khác nhau. Đây hóa ra là lần đầu tiên một sự hợp tác lớn như vậy từng được thực hiện trong thần kinh học.”
Ba phòng thí nghiệm tại Princeton—do Witten, Tatiana Engel, Tiến sĩ, và Jonathan Pillow, Tiến sĩ, dẫn dắt—đã điều phối nỗ lực này. Họ thiết lập các thông số thí nghiệm, thu thập dữ liệu và thiết lập các chỉ số kiểm soát chất lượng và quy trình phân tích tiêu chuẩn cho phép tập dữ liệu được kết hợp thành một tài nguyên duy nhất cho cộng đồng khoa học.
Bánh lái và các vòng tròn nhấp nháy
Thiết lập thí nghiệm tưởng chừng đơn giản. Chuột đối diện với màn hình hiển thị một vòng tròn đen trắng có sọc ở phía bên trái hoặc bên phải. Xoay một bánh lái nhỏ để di chuyển vòng tròn về trung tâm, chuột sẽ được thưởng một ngụm nước đường, thường trong vòng một giây.
Một số vòng tròn mờ nhạt, buộc chuột phải dựa vào kinh nghiệm trong quá khứ, mang lại cho các nhà nghiên cứu một cái nhìn vào quá trình ra quyết định dựa trên kỳ vọng. Các nhà nghiên cứu đã ghi lại hoạt động thần kinh sử dụng điện cực mật độ cao theo dõi hàng trăm tế bào thần kinh trên nhiều vùng não đồng thời.
Mỗi phòng thí nghiệm tập trung vào một vùng cụ thể và tập dữ liệu tổng hợp bao gồm 620.000 tế bào thần kinh từ 139 con chuột ở 12 phòng thí nghiệm, bao phủ gần như toàn bộ não bộ.
Bản đồ cho thấy hoạt động ra quyết định được phân bố rộng rãi, bao gồm cả các vùng trước đây được cho là liên quan đến chuyển động hơn là nhận thức. “Một trong những kết luận quan trọng của công việc này là quá trình ra quyết định thực sự được phân bố rất rộng khắp trong não bộ, bao gồm cả các vùng mà chúng ta trước đây nghĩ là không liên quan”, Witten cho biết.
Tài nguyên quý giá cho cộng đồng khoa học
Các phát hiện này cũng phục vụ như một “tập dữ liệu độc nhất”, Witten bổ sung. “Chúng mô tả tập dữ liệu được cấu thành từ những gì, trông như thế nào và cung cấp một nguồn lực cho lĩnh vực sử dụng để phân tích sâu hơn. Chúng tôi hy vọng những bài báo này truyền cảm hứng cho những người khác điều tra dữ liệu và đưa ra những phát hiện mới với nó.”
Trên hết, việc điều phối 22 phòng thí nghiệm trên toàn thế giới nhấn mạnh sức mạnh của thần kinh học quy mô lớn. Engel cho biết: “Bản đồ toàn não bộ chắc chắn là một thành tựu đáng kinh ngạc, nhưng nó đánh dấu một sự khởi đầu, chứ không phải là màn kết thúc. IBL đã cho thấy cách một đội toàn cầu có thể thúc đẩy lẫn nhau vượt ra khỏi vùng an toàn vào những lãnh địa chưa được khám phá mà không một phòng thí nghiệm đơn lẻ nào có thể tiếp cận được.”
Nghiên cứu, được công bố ngày 3 tháng 9 trên Nature, đặt ra tiêu chuẩn để kiểm tra các lý thuyết mới về ra quyết định và thúc đẩy lĩnh vực thần kinh học.
