Ed Boyden: Công tắc bằng ánh sáng cho nơ-ron thần kinh

Ed Boyden chỉ ra rằng, bằng cách cấy các gen quy định protein nhạy sáng vào tế bào não, anh ấy có thể kích hoạt hoặc vô hiệu quá những nơ-ron thần kinh cụ thể bằng sợi quang. Với khả năng điều khiển chưa từng có này, anh ấy có thể chữa trị cho những con chuột mang triệu chứng rồi loạn stress sau sang chấn (PTSD) và một số dạng mù lòa. Tương lai phát triển: Kiểm soát hệ thống thần kinh, thần kinh nhân tạo. Người chủ trì hội nghị Juan Enriquez nói trong buổi Hỏi và Trả lời (Q&A)

Hãy thử nghĩ về một ngày của bạn.

Bạn thức dậy, cảm nhận cơn gió mát lành vuốt qua mặt khi bạn bước ra khỏi cửa,

gặp gỡ những người đồng nghiệp mới và có những cuộc thảo luận thú vị,

và thấy ngạc nhiên khi bạn biết một điều gì đó mới mẻ.

Nhưng tôi cược rằng có một điều mà bạn chưa nghĩ tới trong hôm nay

một điều rất gần gũi

mà bạn hầu như không nghĩ về nó thường xuyên.

Và điều đó là tất cả những cảm xúc, cảm giác,

quyết định và hành động

đều được điều khiển bằng chiếc máy tính trong đầu bạn

được gọi là bộ não.

Và đây, não bộ có vẻ đơn giản khi nhìn từ bên ngoài --

một vài pound thịt hồng-xám,

vô định hình --

nhưng thành tựu của thần kinh học trong 100 năm qua

đã cho phép chúng ta nhìn sâu hơn vào não bộ,

và thấy được sự phức tạp của cấu trúc bên trong.

Và điều này cho ta biết não bộ

là một mạng lưới vô cùng phức tạp

được tạo nên từ hàng trăm tỉ tế bào được gọi là nơ-ron.

Không giống như những chiếc máy tính do con người ra,

những chiếc máy chỉ có một số ít cấu kiện --

chúng ta biết chúng hoạt động ra sao, bởi chúng ta đã tạo ra chúng --

còn bộ não được cấu thành từ hàng ngàn loại tế bào,

có thể là hàng chục ngàn.

Chúng có những hình dạng khác nhau; chúng được tạo ra từ những phân tử khác nhau;

chúng điều khiển và kết nối tới các vùng khác nhau của não bộ.

Và chúng cũng thay đổi khác nhau ở mỗi trạng thái nhiễm bệnh.

Hãy làm cho việc này rõ ràng hơn.

Đây là một nhóm các thế bào,

những tế bào khá nhỏ, gây ức chế tế bào và làm dịu các tế bào lân cận.

Chúng là một trong các tế bào mà có lẽ bị teo ở những rối loạn như tầm thần phân liệt.

Chúng được gọi là tế bào rọ (basket cell).

Và loại tế bào này là một trong hàng ngàn loại tế bào

mà chúng ta đang nghiên cứu.

Những loại tế bào mới đang được tìm ra hàng ngày.

Thêm một ví dụ thứ hai:

những tế bào hình chóp, to lớn này

chúng có thể bao phủ một phần đáng kể của não bộ.

Chúng dễ bị kích thích.

Và chúng là loại tế bào

mà có thể hoạt động thái quá ở những rối loạn như động kinh.

Mỗi tế bào nói trên

là một cấu kiện điện tử đang kinh ngạc

Chúng nhận thông tin từ hàng ngàn đồng sự thượng nguồn

và tự tính toàn thông tin đầu ra của chúng,

khi mà chúng truyền đi một mức nhất định nào đó,

sẽ đi tới hàng ngàn đồng sự hạ nguồn của chúng.

Và những bước xử lí này, chỉ mất khoảng vài phần ngàn giây,

xảy ra thàng ngàn lần trong một phút

ở mỗi tế bào trong 100 tỉ tế bào,

khi bạn sống

suy nghĩ và cảm thụ

Vậy làm sao để chúng ra tìm ra công dụng của loại mạch này?

Theo lý tưởng, chúng ta xét toàn mạng lưới

và "bật", "tắt" những loại tế bào khác nhau

và xem xét nếu chúng ta có thể biết được

các chức năng nhất định của một loại tế bào nào đó

và những loại tế bào nào bị lỗi ở một tình trạng bệnh lý nhất định nào đó.

Nếu chúng ta có thể kích hoạt các tế bào, chúng ta có thể thấy được sức mạnh thật sự mà chúng có thể có,

những thứ mà chúng có thể tiếp nhận hay chống lại.

Nếu chúng ta có thể vô hiệu hóa chúng,

chúng ta có thể thử và tìm ra chúng cần cho chức năng gì.

Và đó là câu chuyện mà tôi sẽ nói với các bạn ngày hôm nay.

Thành thật mà nói, khi mà chúng tôi đã trải qua 11 năm,

qua cố gắng tìm được phương thức

để điều khiển trạng thái của các mạch, tế bào, các phần và các đường dẫn của não bộ

tắt và bật,

để hiểu được khoa học,

và cũng để giải quyết một vài vấn đề

đang đối diện với chúng ta.

Trước khi tôi nói với các bạn về công nghệ này,

có một điều không hay là một bộ phận đáng kể trong chúng ta ngồi tại phòng này

nếu chúng ta sống đủ lâu,

thì có lẽ sẽ bị mắc bệnh rối loạn về não.

Đã có hàng tỉ người

bị mắc các loại rối loạn về não

mà làm họ bất lực.

Và những con số không làm j` ngoài đánh giá khách quan.

Những rồi loạn này -- tâm thần phân liệt, Alzheimer's,

chán nản, nghiện --

chúng không chỉ đánh cắp thời gian sống của chúng ta, chúng còn thay đổi con người chúng ta;

chúng lấy đi cá tính của ta và thay đổi cả cảm xúc của ta --

và thay đổi cả con người chúng ta.

Vào thế kỉ 20,

có một vài hi vọng đã được nhen nhóm

qua sự phát triển của ngành dược trong chữa trị các chứng rối loạn tâm thần.

Và khi mà rất nhiều loại thuốc đã và đang được phát triển

mà có thể làm dịu đi các triệu chứng của rồi loạn thần kinh,

nhưng không một phương pháp nào được xem là có thể chữa trị hoàn toàn trong thực tế.

Và một phần nguyên nhân là do chúng ta đang dìm não bộ vào hóa chất.

Mạch phức tạp này

cấu tạo bởi hàng ngàn loại tế bào khác nhau

đang bị chìm trong một loại chất.

Đó cũng giải tích vì sao mà hầu hết các loại thuốc, không phải là tất cả, đang ở trên thị trường

có thể để lại một vài tác dụng phụ nghiêm trọng.

Giờ đây một số người đã có được niềm an ủi

từ những thiết bị điện tử mô phỏng được cấy vào não.

Và đối với bệnh Parkinson,

cấy ốc tai ,

việc này thực sự đã có thể

mang tới một vài phương pháp chữa trị

đối với những người bị những chứng rối loạn nhất định.

Nhưng dòng điện cũng sẽ đi theo tất cả mọi hướng --

theo con đường điện trở nhỏ nhất,

nơi xuất phát của một phần dòng điện.

Và nó cũng ảnh hưởng tới các mạch bình thường cũng như các mạch bất thường mà bạn muốn điều trị.

Nên chúng ta lại được đưa về với ý tưởng

về điều khiển siêu chính xác.

Liệu chúng ta có thể truyền thông tin tới nơi mà ta muốn một cách chính xác?

Vì vậy, khi tôi bắt đầu học thần kinh học 11 năm trước đây,

Tôi đã được đào tạo như một kỹ sư điện và một nhà vật lý,

và điều đầu tiên tôi nghĩ là về,

nếu những tế bào thần kinh là các cấu kiện điện tử,

thì việc mà chúng ta cần làm là tìm một cách nào đó

để thay đổi những hiện tượng điện từ bên ngoài.

Nếu chúng ta có thể bật điện trong một tế bào,

nhưng không ảnh hưởng tới những tế bào lân cận,

thì việc đó sẽ trao cho chúng ta công cụ mà ta cần để kích hoạt và vô hiệu hóa những tế bào khác nhau,

hiểu được những tế bào đó có hoạt động gì và vai trò của chúng

đối với mạng lưới mà chúng tồn tại trong đó.

và bên cạnh đó việc này cũng cho phép chúng ta có đc sự kiểm soát siêu chính xác mà chúng ta cần

để sắp xếp lại các tính toán mạch

đã bị sai lệch

Vậy làm thế nào để chúng ta có thể thực hiện được điều đó?

Cũng có nhiều phân tử tồn tại trong tự nhiên,

có thể cho phép chuyển đổi ánh sáng thành điện năng.

Bạn có thể nghĩ chúng như những phân tử protein nhỏ bé

giống như pin mặt trời.

Nếu chúng ta có thể cấy các phân tử này vào tế bào thần kinh,

thì những nơ-ron này sẽ trở thành điều khiển về mặt điện được bằng ánh sáng.

Và những tế bào lân cận không có các phân tử nhạy sáng sẽ không bị ảnh hưởng.

Có một thủ thuật khác mà bạn cần để biến điều này thành sự thật,

và đó chính là khả năng truyền ánh sáng tới não bộ.

Và để làm việc đó -- não bộ không bị tổn thương -- bạn có thể đặt --

tận dụng lợi thế của tất cả những thành tựu

dùng trong lĩnh vực Internet và viễn thông tin liên lạc v...v... --

các sợi quang được kết nối với thiết bị laser

mà bạn có thể sử dụng để kích hoạt, ví như trong các động vật thí nghiệm,

hay trong nghiên cứu tiền lâm sàng,

các nơ-ron và xem chúng có phản ứng gì.

Vậy chúng ta có thể làm đc điều đó bằng cách nào?

Trong năm 2004,

với sự hợp tác cùng Gerhard Nagel và Karl Deisseroth,

tiềm năng này đã trở thành sự thật.

Có một loại tảo nhất định trong tự nhiên,

và nó cần hướng về ánh sáng

để có thể quang hợp 1 cách tối ưu.

Và chúng cảm nhận ánh sáng bằng những "đốm mắt" nhỏ,

chúng hoạt động không giống mới mắt của chúng ta.

Trong màng tế bào của chúng, hoặc vỏ của chúng,

có chứa các phân tử protein nhỏ

mà thực sự có thể chuyển đổi ánh sáng thành điện năng.

Vì vậy, các phân tử này được gọi là channelrhodospins.

Và mỗi phân tử protein này hoạt động như các tế bào mặt trời mà tôi đã nói lúc trước.

Khi ánh sáng xanh làm nóng chúng,chúng sẽ mở ra 1 lỗ hổng nhỏ

và cho phép các hạt nhiễm điện thâm nhập vào "đốm mắt".

Và điều này làm cho những "đốm mắt" có các tín hiệu điện

giống như việc sạc pin bằng năng lượng mặt trời

Vì thế việc chúng tôi cần làm là lấy những phân tử đó

và cấy chúng vào các nơ-ron.

Và bởi vì chúng là những phân tử protein

nên DNA của chúng đã đc mã hóa.

Vì thế việc tất cả chúng tôi cần làm là lấy các DNA này

đặt nó vào một liệu pháp gen trung gian, giống như virus,

và đặt nó vào các nơ-ron.

Thời kì này là quãng thời gian mà liệu pháp gen phát triển mạnh,

và rất nhiều chủng loại virus xuất hiện.

Nên điều này trở thành một việc vô cùng dễ dàng để thực hiện.

Vào 1 buổi sáng sớm mùa hè năm 2004,

chúng tôi đã thử nghiệm điều đó và nó đã thành công ngay ở lần thử đầu tiên.

Bạn lấy DNA này và đặt vào các tế bào thần kinh.

Nơ-ron sử dụng cơ chế tạo protein tự nhiên

để tạo ra những protein nhạy sáng nhỏ bé này

và cấy chúng lên toàn bộ tế bào,

giống như việc lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời lên mái nhà vậy

Và điều tiếp theo mà bạn biết,

nếu bạn có 1 tế bào thần kinh mà có thể hoạt động với ánh sáng.

thì đây là một công cụ vô cùng mạnh mẽ.

Một trong những thủ thuật bạn phải làm

là tìm ra cách để đưa các gen này tới các tế bào mà bạn muốn.

mà không phải là những tế bào lân cận.

Và bạn có thể làm được điều đó; bạn có thể biến đổi các virus

sao cho chúng chỉ xâm nhập vào một số tế bào chứ không phải các tế bào khác.

Và còn một thủ thuật di truyền học mà bạn có thể sử dụng

để lấy được các tế bào quang hoạt.

Lĩnh vực này ngày này được gọi là quang di truyền học (optogenetics).

Và chỉ thêm một ví dụ về những việc mà bạn có thể làm,

bạn có thể lấy một mạng lưới phức tạp,

sử dụng một trong những loại virus này để vận chuyển gen

tới chỉ một loại tế bào trong mạng lưới dày đặc này.

Tiếp đến khi mà bạn chiếu sáng lên toàn bộ mạng lưới,

thì chỉ loại tế bào đã cấy sẽ được kích hoạt.

Ví dụ, chúng ta hãy xem xét lại loại tế bào xô (basket cell) mà tôi đã nói với các bạn trước đó --

loại tế bào mà bị teo lại trong bệnh tâm thần phân liệt

và gây ức chế.

Nếu chúng ta có thể đưa gen đó tới các tế bào này --

và tất nhiên các tế bào sẽ không bị thay thế bởi gen mà chúng ta đưa tới --

rồi nháy sáng xanh lên toàn bộ mạng lưới của não,

chỉ những tế bào được cấy ghép này sẽ bị ảnh hưởng.

Và khi ánh sáng không còn nữa, những tế bào này quay lại trạng thái bình thường,

vì vậy chúng không có vẻ phản ứng chống lại việc cấy ghép.

Bạn không những sử dụng phương pháp này để nghiên cứu chức năng,

vai trò của các tế bào này trong việc tính toán của não bộ,

mà bạn còn có thể sử dụng phương pháp này để biết được --

có lẽ chúng ta nên kích thích hoạt động của các tế bào này,

nếu chúng thực sự bị teo.

Bây giờ tôi muốn kể cho các bạn nghe 1 vài câu chuyện ngắn

về việc chúng tôi đã sử dụng phương pháp này,

cả ở mức độ khoa học, lâm sàng và tiền lâm sàng.

Một trong những câu hỏi mà chúng tôi phải đối mặt

đó là tìn hiệu nào trong não mang tới cảm giác được khen thưởng?

Bởi vì nếu bạn có thể tìm ra được những tín hiệu này,

thì đó sẽ là những tín hiệu điều khiển việc học hỏi.

Não bộ sẽ làm việc nhiều hơn mỗi khi nó nhận được sự khen thưởng.

Và có cả những tín hiệu bị sai lệch ở các rối loạn như nghiện.

Vì thế nếu chúng ta có thể tìm ra những tế bào đó là loại nào,

chúng ta có thể tìm được những mục tiêu mới

mà có thể sử dụng để kiểm soát hay chống lại chất gây nghiện,

hay sử dụng để thay thế các điện cực đặt bên trong

cho những người có khuyết tật rất nghiêm trọng.

Để làm được điều đó, chúng tôi đã nảy ra ý tưởng với 1 mô hình đơn giản

trong khi hợp tác vs nhóm Fiorella,

nơi một phía của chiếc hộp nhỏ này,

nếu con vật đi tới đó, nó sẽ nhận được một xung ánh sáng

để làm cho những tế bào khác nhau trong não nhạy cảm với ánh sáng.

cho nên nếu những tế bào này sinh ra cảm giác khen thưởng,

thì con vật sẽ đi tới góc đó nhiều hơn.

Và nếu đó là điều xảy ra,

con vật này sẽ đi tới phải bên phải và gãi gãi mũi nó ở đó,

và nó nhận được một chớp sáng xanh lỗi lần nó làm điều đó.

Nó sẽ làm việc đó hàng trăm lần.

Có các nơ-ron dopamine,

mà một số bạn có thể đã biết chúng trong một số các trung tâm khoái cảm trong não.

Chúng tôi đã chỉ ra rằng một hành động ngắn này

thực chất là đủ để kích thích việc học.

Bây giờ chúng ta có thể khái quát ý tưởng.

Thay vì chỉ kiểm soát một điểm trên não,

chúng ta có thể tạo ra các thiết bị bao quát cả não bộ,

mà có thể đưa ánh sáng vào theo không gian ba chiều --

hệ thống những sợi quang,

được kết nối với từng nguồn sáng nhỏ riêng biệt.

Và rồi chúng ta có thể thí nghiệm trên các tế bào cô lập

mà chỉ được làm trên đĩa ngày nay --

như kiểm tra thông lượng cao trên toàn bộ não

đối với các tín hiệu mà có thể làm một số thứ xảy ra.

Hoặc chúng có thể là những mục tiêu

để điều trị rối loạn về não.

Và 1 câu chuyện tôi muốn kể cho các bạn nghe

là về việc chúng tôi tìm ra đích cho việc điều trị căng thẳng tâm lý sau sang chấn như thế nào --

một hình thức của sự lo lắng và sợ hãi không kiểm soát.

Và một trong những việc mà chúng tôi đã làm

là sử dụng một kiểu sợ hãi rất cổ điển.

Điều này trở lại với thời kì Pavlovian (Phản ứng có điều kiện).

Nó được gọi là điều kiện sợ hãi Pavlovian --

khi mà một âm thanh kết thúc cùng với một cơn sốc ngắn.

Sốc không phải là đau đớn, nhưng nó đem lại 1 chút khó chịu.

Và theo thời gian - trong trường hợp này, một con chuột,

là 1 động vật thí nghiệm hiệu quả, chúng thường được dùng trong các thí nghiệm như vậy --

con vật học được nỗi sợ hãi khi nghe âm thanh đó.

Con vật sẽ phản ứng bằng cách đứng lại,

kiểu giống với con nai trước ánh đèn pha ô tô.

Câu hỏi được đặt ra chúng ta tìm được vùng nào trong bộ não

mà giúp ta vượt qua được sự sợ hãi này?

Nên việc chúng tôi làm là chúng tôi cho phát lại âm thanh đó

sau khi nó đã được kết hợp với nỗi sợ hãi.

Nhưng chúng tôi kích hoạt một số mục tiêu trong não, các mục tiêu khác nhau,

sử dụng hệ thống sợi quang mà tôi đã nói với bạn về trong slide trước đó,

để thử và tìm ra mục tiêu nào

có thể làm cho não bộ vượt qua được kí ức về sự sợ hãi.

Đoạn video ngắn này

sẽ cho bạn thấy 1 trong những mục tiêu trên não bộ mà chúng tôi đang nghiên cứu.

Đây là một khu vực trong vỏ não trước trán,

vùng mà chúng sử dụng tri thức cho việc thử vượt qua trạng thái cảm xúc ác cảm.

Và con vật sẽ được nghe một âm thanh -- và một chớp sáng sẽ được bật cùng lúc.

Ở đây không có âm thanh, nhưng các bạn có thể thấy con vật đứng im.

Âm thanh này từng có nghĩ là điều không hay sẽ tới.

Và có một chiếc đồng hò nhỏ ở góc dưới phía bên trái,

nên bạn có thể thấy con vật ở trong tình trạng này khoảng 2 phút.

Và trong clip kế tiếp

là chỉ 8 phút sau đó.

Và cũng âm thanh đó được phát ra, và chớp sáng sẽ lại chớp.

Được rồi, nó đây. Ngây bây giờ.

Và giờ các bạn có thể thấy, chỉ 10 phút trong thí nghiệm,

mà chúng tôi đã trang bị bộ não bằng quang hoạt một vùng

để khắc phục biểu hiện

của những kí ức sợ hãi.

Trong vài năm gần đây, chúng tôi tôi đã trở lại nghiên cứu cây sự sống (tree of life),

bởi vì chúng tôi muốn tìm các cách để tắt các mạch trong não bộ.

Nếu chúng tôi có thể làm điều đó, thì đó sẽ là một sức mạnh to lớn.

Nếu bạn có thể vô hiệu hóa các tế bào chỉ cho một vài phần nghìn giây hoặc vài giây,

bạn có phát hiện ra vai trò cần thiết của chúng

trong các mạch mà chúng có mặt.

Và chúng tôi đã và đang nghiên cứu các tế bào trên toàn bộ cây sự sống --

ở mỗi vương quốc của sự sống ngoại trừ động vật, chúng tôi thấy hơi khác nhau.

Và chúng tôi phát hiện tất cả các loại phân tử, chúng được gọi là halorhodopsins hoặc archaerhodopsins,

đều phản ứng lại với ánh sáng xanh và vàng

Và chúng làm điều ngược lại với phân tư

có channelrhodopsin kích hoạt khi có ánh sáng xanh mà tôi đã nói với bạn trước đó.

Ví dụ cho thấy ý kiến của chúng tôi về hướng phát triển của điều này.

Xét ví dụ với bệnh động kinh,

mà ở bệnh này, não hoạt động quá mức.

Nếu sử dụng thuốc thất bại trong việc điều trị động kinh,

thì một trong những cách làm là loại bỏ một phần của bộ não.

Nhưng việc này rõ ràng không thể trả lại trạng thái ban đầu, và có thể có các tác dụng phụ.

Điều gì xảy ra nếu chúng ta có thể dừng hoạt động của não trong một thời gian ngắn,

cho đến khi cơn động kinh hết đi,

và giúp não bộ trở lại trạng thái ban đầu của nó --

kiểu như một hệ thống động học được xoa dịu xuống trạng thái ổn định.

Đoạn hoạt họa sâu sẽ giải thích khái niệm này

chúng tôi làm những tế bào này sẽ bị tắt khi có ánh sáng,

và chúng tôi chiếu sáng vào,

và chỉ trong thời gian đủ để cắt cơn,

chúng tôi hi vọng rằng có thể tắt được chúng đi.

Và mặc dù chúng tôi không có dữ liệu để cho các bạn thấy ở đây,

nhưng chúng tôi rất nhiệt huyết trong việc này.

Giờ tôi muốn kết thúc bằng một câu chuyện,

mà chúng tôi nghĩ là một khả năng khác --

có thể các phân tử này, nếu bạn có thể kiểm soát siêu chính xác,

có thể dùng được trong não

để tạo nên 1 phương pháp lắp bộ phận giả,quang học giả.

Như tôi đã nói rằng sự kích thích điện là không giống nhau.

75,000 người mắc Prrkinson's được cấy ghép các vật kích thích sâu trong não.

Khoảng 100,000 người cấy ốc tai,

mà cho phép họ có thể nghe được.

Có một việc khác, đó là bạn phải ghép các gen này vào các tế bào.

Và 1 niềm hi vọng mới về liệu pháp Gen đang được phát triển

bởi vì virus cũng giống như virus liên quan tới các tuyến (adeno-associated virus)

mà có thể hầu hết chúng ta trong phòng này đang mang trên người,

và nó không có bất cứ triệu chứng gì,

khi được áp dụng cho hàng trăm bệnh nhân

để chuyển Gen vào não bộ hay cơ thể

Và cho đến nay, không có 1 triệu chứng bất lợi nghiêm trọng nào

liên quan đến virus.

Có một điều quan trong cuối cùng, đó chính là các protein,

mà được lấy từ tảo và vi khuẩn và nấm,

và toàn bộ cây sự sống.

Hầu hết ta không có nấm hoặc các loại tảo trong não,

vậy não của chúng sẽ phản ứng thế nào nếu chúng ta đặt nấm và tảo vào?

Các tế bào sẽ chịu đựng được? Liệu hệ thống miễn dịch sẽ phản ứng?

Ở những thời kì đầu này -- những phương pháp này chưa được áp dụng lên người --

nhưng chúng tôi đang có những nghiên cứu đa dạng

để thử và trải nghiệm điều này.

Và cho đến nay chúng ta chưa thấy phản ứng công khai về mức độ nghiêm trọng nào

đối với những phân tử này

hay đối với sự chiếu sáng bộ não bằng ánh sáng.

Thành thật mà nói đây mới chỉ là những buổi ban đầu, nhưng chúng tôi vô cùng nhiệt huyết với nó.

Tôi muốn kết thúc bằng một câu chuyện,

mà chúng tôi nghĩ rằng có thể có khả năng

là một ứng dụng lâm sàng.

Hiện nay có nhiều hình thức của bệnh mù

khi mà các tế bào cảm quang,

các cảm biến sáng tự nhiên mà nằm ở phía sau mắt chúng ta, bị mất.

Tất nhiên, võng mạc là một cấu trúc phức tạp.

Hãy phóng to nó để mọi người có thể nhìn thấy cụ thể hơn.

các tế bào cảm quang có thể thấy ở đây, ngay phía trên,

và rồi các tín hiệu được các cảm quang thu nhận

và được chuyển hóa bởi sự tính toán đa dạng,

cho đến lớp tế bào ở dưới cùng, các tế bào hạch,

chuyển tiếp thông tin đến não,

nơi mà chúng ta hiểu là tri giác.

Trong nhiều dạng của bệnh mù, như viêm võng mạc sắc tố,

hoặc thoái hóa điểm vàng,

các tế bào cảm quang bị teo hoặc bị phá hủy.

Vậy làm sao để điều trị tình trạng này?

Thậm chí không rõ ràng là một loại thuốc nào có thể chữa được,

bởi vì không có gì để cho các loại thuốc gắn kết vào.

Mặt khác, mắt vẫn có thể nhìn thấy được ánh sáng.

Ánh sáng vẫn còn rõ rệt và bạn có thể nhận được ánh sáng.

Nên sẽ thế nào nếu chúng ta chỉ lấy những channelrhodopsins này và các phân tử khác

và cấy chúng lên một vài trong những tế bào dự trữ khác

và chuyển chúng thành những máy quay nhỏ bé.

Bởi vì có nhiều tế bào trong mắt

chúng có khả năng là những chiếc máy ảnh với có độ phân giải cao.

Đó là một vài công việc mà chúng tôi đang thực hiện.

Được thực hiện dưới sự chỉ đảo bởi một trong những cộng tác viên của chúng tôi,

Alan Horsager ở USC,

và đang trong tiến trình thương mại hóa bởi công ty Eos Neuroscience,

gây quỹ bởi NIH.

Và bạn đang thấy ở đây là một con chuột đang giải một mê cung.

Đó là một mê cung 6 cánh. Và có một chút nước trong mê cung

để ép con chuột di chuyển, nếu không nó sẽ chỉ ngồi một chỗ.

Và tất nhiên mục đích của mê cung này

là làm sao ra khỏi nước và đi tới cái bệ nhỏ

đó là ở phía dưới.

Con chuột khá là thông minh, nên cuối cùng nó có thể giải được ma trân này,

nhưng nó tìm theo kiểu dò từng cửa (brute-force search)

Nó bơi xuống từng cửa cho tới khi nó tìm đến được cái bệ.

Nên nó không chỉ sử dụng thị giác để làm điều đó.

Con chuột này có sự biến đổi khác

mà biểu thị cho các loại mù lòa ở con người.

Vì thế mà chúng ra phải hết sức cẩn thận khi thử nghiệm trên những vật thí nghiêm khác nhau này,

và vì thế chúng tôi đưa ra một phương pháp tiếp cận tổng quát.

Vậy bằng cách nào mà chúng ta có thể giải quyết được điều này?

Chúng tôi đang làm chính xác những gì đã được vạch từ slide trước

Chúng tôi sẽ lấy những cảm biến với ánh sáng xanh này

và cấy chúng lên một lớp các tế bào

ở giữa võng mạc ở phía sau của mắt

và chuyển chúng thành một chiếc máy ảnh.

Giống như việc đặt các tấm pin mặt trời trên những tế bào thần kinh

để làm cho chúng nhạy sáng.

ánh sáng được chuyển hóa thành điện trên chúng.

Con chuột này đã bị mù vài tuần trước thí nghiệm này

và được nhận một liều các phân tử nhạy sáng qua virus.

Và giờ các bạn có thể thấy, con vật đã tránh các bức tường

và đi tới cái bệ

và rút ra kinh nghiệm sử dụng mắt lần nữa.

Và để chỉ ra sức mạnh của điều này:

những con vật mù có thể đi tới bệ

nhanh như

Nghiên cứu tiền lam sáng này, theo tôi,

báo trước hy vọng cho những thứ như thế này

chúng toi hy vọng có thể làm được điều này trong tương lai

Tóm lại, tôi muốn chỉ ra rằng chúng tôi cũng đang khám phá

mô hình kinh doanh mới cho lĩnh vực thần kinh học.

Chúng tôi đang phát triển những thiết bị này,

nhưng chúng tôi chia sẻ miễn phí chúng với hàng trăm nhóm trên toàn thế giới,

để mọi người có thể nghiên cứu và cố gắng điều trị các chứng rối loạn khác nhau.

Và đó là hy vọng của chúng tôi, bằng cách tìm hiểu mạch não bộ

ở mức độ mà cho phép chúng ta có thể sửa chữa và thiết kế chúng,

chúng ta có thể đương đầu với các rối loạn mà tôi đã trình bày trước đó,

trong thực tế chưa một bệnh nào đã chữa được,

và trong thế kỉ 21 biến chúng thành quá khứ.

Cảm ơn.

(Vỗ tay)

Một vài khái niệm vẫn hơi mơ hồ.

(Tiếng cười)

Nhưng những ý tưởng

về việc có thể kiểm soát sự lên cơn hay bệnh động kinh

bằng ánh sáng thay vì bằng thuốc,

và có thể nhắm tới chúng một cách chuyên biệt

là điều đầu tiên.

Điều thứ hai mà tôi nghĩ rằng anh đã nói

đó là các anh giờ có thể điểu khiển bộ não theo 2 màu.

giống như việc bật/tắt công tắc.

Đúng như vậy

Như vậy là mọi xung đi qua não có thể phiên thành mã nhị phân.

EB: Ồ, đúng vậy

Đó là ánh sáng xanh, chúng ta có thể điều chỉnh thông tin, và đó ở dạng của mức logic 1.

Và khi tắt nó đi, nó giống mới mức logic 0.

Vì vậy, hy vọng của chúng tôi là cuối cùng sẽ xây dựng được các bộ đồng xử lý với não

mà có thể làm việc cùng với não,

từ đó có thể cải thiện các chức năng ở người khuyết tật.

Và trên lí thuyết, điều này cũng có nghĩa

khi một con chuột cảm nhận, đánh hơi,

nghe, chạm,

anh có thể mô hình nó ra như là xâu các bit nhị phân 0 và 1.

Đúng là như vậy. Chúng tôi hi vọng có thể dùng cách này để kiểm tra

những mã thần kinh nào có thể điều khiển một số hành vi

cùng 1 số ý nghĩ và cảm giác

để hiểu hơn về bộ não.

Có phải điều đó có nghĩa rằng, một ngày nào đó anh có thể tải về kí ức

và có lẽ là tải chúng lên?

Đó là điều khiến chúng tôi làm việc chăm chỉ.

Hiện tại thì chúng tôi đang làm một vài công ciệc

mà ở đó chúng tôi đang cố gắng lát não bộ bằng các yếu tố ghi nhớ.

Vì vậy, chúng ta có thể ghi lại thông tin và sau đó đưa chúng quay trở lại --

kiểu tính toán mà não bộ cần

nhằm để tăng thêm tính xử lý thông tin bộ não.

JE: Điều đó sẽ thay đổi được một số thứ. Cảm ơn anh. (EB: Cảm ơn.)

(Vỗ tay)