Các nhà khoa học tạo ra robot có bộ não làm từ tế bào gốc của con người
Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một robot có bộ não nhân tạo được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, được dạy để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau.
Công nghệ não trên chip được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Thiên Tân và Đại học Khoa học Công nghệ Nam Phương cùng ở Trung Quốc. Họ kết hợp một brain organoid (mô có nguồn gốc từ tế bào gốc của con người) với một chip giao diện thần kinh để cung cấp năng lượng cho robot và dạy nó tránh chướng ngại vật, cầm nắm đồ vật.
Brain organoid là một khối mô não 3D được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm từ tế bào gốc của người. Dù không phải là bộ não hoàn chỉnh nhưng brain organoid chứa các tế bào thần kinh được tổ chức theo cách tương tự như não người, mô phỏng một số chức năng của não.
Brain organoid cung cấp một mô hình thu nhỏ của não, giúp các nhà khoa học nghiên cứu các quá trình phát triển của não, cơ chế của các bệnh lý thần kinh và tiềm năng điều trị các rối loạn thần kinh. Đây là công cụ quan trọng trong nghiên cứu sinh học và y học vì cho phép mô phỏng, quan sát các hiện tượng sinh học ở một môi trường kiểm soát.
Công nghệ này là một nhánh mới nổi của giao diện não - máy tính (BCI), nhằm mục đích kết hợp các tín hiệu điện của não với sức mạnh tính toán bên ngoài đang được Trung Quốc ưu tiên.
Theo Đại học Thiên Tân, đây là “hệ thống tương tác thông tin thông minh não trên chip nguồn mở đầu tiên trên thế giới” và có thể dẫn tới sự phát triển của tính toán giống não bộ.
“Đây là công nghệ sử dụng bộ não được nuôi cấy trong ống nghiệm, chẳng hạn như các brain organoid, kết hợp với một chip điện cực để tạo thành não trên chip", Ming Dong, Phó chủ tịch Đại học Thiên Tân, chia sẻ trên Nhật báo Khoa học và Công nghệ do nhà nước Trung Quốc sở hữu.
Công nghệ BCI đã thu hút được sự chú ý rộng rãi nhờ công ty khởi nghiệp Neuralink do Elon Musk điều hành. Đó là một giao diện cấy ghép được thiết kế để cho phép bệnh nhân điều khiển thiết bị chỉ bằng suy nghĩ của mình.
Đại học Thiên Tân hiện cho biết nghiên cứu của họ có thể dẫn đến sự phát triển trí tuệ lai giữa con người và robot.
Brain organoid được tạo ra từ các tế bào gốc đa năng của con người thường chỉ được tìm thấy trong phôi sớm có thể phát triển thành các loại mô khác nhau, gồm cả mô thần kinh.
Khi được ghép vào não, các brain organoid có thể thiết lập các kết nối chức năng với não chủ, nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Thiên Tân viết trong một bản thảo chưa chỉnh sửa được công bố trên tạp chí Brain của Đại học Oxford (Anh) hồi tháng 5.
Nhóm nghiên cứu viết: “Việc cấy ghép các brain organoid của người vào não sống là phương pháp mới để thúc đẩy sự phát triển và chức năng organoid. Các mô ghép organoid có hệ thống mạch máu chức năng do vật chủ cung cấp và thể hiện sự trưởng thành tiên tiến hơn”.
Các robot có bộ não nhân tạo cũng như chip thần kinh - Ảnh: Đại học Thiên Tân
Li Xiaohong, giáo sư tại Đại học Thiên Tân, nói rằng dù các brain organoid được coi là mô hình trí thông minh cơ bản hứa hẹn nhất, công nghệ này vẫn phải đối mặt với “những trở ngại như độ trưởng thành phát triển thấp và nguồn cung cấp chất dinh dưỡng không đủ”.
Trong bài báo, nhóm nghiên cứu cho biết đã phát triển một kỹ thuật sử dụng siêu âm cường độ thấp, có thể giúp các brain organoid tích hợp và phát triển tốt hơn trong não.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng khi các mô ghép được xử lý bằng sóng siêu âm cường độ thấp, quá trình phân hóa các tế bào organoid thành tế bào thần kinh được cải thiện và giúp cải thiện các mạng lưới mà nó hình thành với não của vật chủ.
Tế bào organoid không phải một loại tế bào cụ thể mà là thuật ngữ chỉ các cấu trúc 3D được phát triển từ tế bào gốc trong phòng thí nghiệm. Các cấu trúc này, gọi là organoid, có khả năng tự tổ chức và phát triển thành những dạng mô phức tạp, tương tự như các cơ quan trong cơ thể. Các organoid mô phỏng cấu trúc và chức năng của não, gan, thận, ruột và phổi.
Phân hóa là quá trình trong đó các tế bào chưa chuyên biệt, chẳng hạn như tế bào gốc, phát triển và biến đổi thành các loại tế bào chuyên biệt hơn với những chức năng cụ thể trong cơ thể. Quá trình này rất quan trọng trong sự phát triển và tăng trưởng của các sinh vật đa bào, cũng như trong việc sửa chữa và tái tạo các mô bị tổn thương.
Kỹ thuật này cũng có thể dẫn đến các phương pháp mới để điều trị các rối loạn phát triển thần kinh và phục hồi tổn thương vỏ não.
“Việc cấy ghép brain organoid được coi là một chiến lược đầy hứa hẹn để khôi phục chức năng não bằng cách thay thế các tế bào thần kinh bị mất và tái tạo lại các mạch thần kinh”, nhóm nghiên cứu viết.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng sử dụng siêu âm cường độ thấp trên các brain organoid được cấy ghép có thể cải thiện các khiếm khuyết về bệnh lý thần kinh trong thử nghiệm trên mô hình chuột mắc bệnh đầu nhỏ – chứng rối loạn phát triển thần kinh đặc trưng bởi kích thước não và đầu giảm.
Ngoài ra, Đại học Thiên Tân cũng cho biết việc nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp điều trị siêu âm cường độ thấp không xâm lấn có thể giúp mạng lưới thần kinh hình thành và trưởng thành, cung cấp nền tảng tốt hơn cho tính toán.
Các nhà khoa học Trung Quốc tiến gần hơn đến máy tính được điều khiển bằng ý nghĩ
Các nhà khoa học ở Trung Quốc đã khai thác các kỹ thuật quan sát của nhà thiên văn học để nghiên cứu kỹ lưỡng một vật thể bí ẩn gần gũi hơn với chúng ta, đó là não cá.
Lần đầu tiên các nhà nghiên cứu đã quét các đường dẫn truyền thần kinh của cá ngựa vằn, loài cá nước ngọt thuộc họ cá tuế, để đưa ra phân tích hình ảnh lên tới 100.000 tế bào thần kinh.
Hình ảnh thời gian thực của các tế bào thần kinh là bước tiến đáng kể trong công nghệ BCI, một lĩnh vực mới mà máy móc và thiết bị có thể được điều khiển bằng suy nghĩ.
“Nó tạo ra tín hiệu phản hồi bằng cách liên tục theo dõi hoạt động toàn bộ mạng lưới tế bào thần kinh của não cá ngựa vằn với độ trễ phản hồi dưới 70,5 mili giây và có thể xử lý luồng dữ liệu lên tới 500 megabyte mỗi giây. Tiến bộ này có thể giúp các nhà nghiên cứu phát triển các công nghệ giao diện não - máy tính quang học hiệu quả hơn trong tương lai”, theo tuyên bố của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS).
CAS nói thêm rằng phương pháp nghiên cứu này đủ tiêu chuẩn cấp bằng sáng chế có tên “Phương pháp và Hệ thống Giao diện não - Máy tính quang học”.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Neuroscience bởi hai nhà khoa học về não Mu Yu và Du Jiulin từ Trung tâm Ưu Việt về Khoa học Não bộ và Công nghệ Trí tuệ tại CAS, cùng chuyên gia thuật toán Hao Jie từ Viện Tự động hóa tại CAS.
Bộ não con người được tạo thành từ hàng trăm loại tế bào thần kinh khác nhau (tổng cộng có gần 100 tỉ tế bào thần kinh), trong khi vũ trụ gồm khoảng 200 tỉ thiên hà đã biết đến (được kết nối với nhau trong một mạng lưới tương tự như cấu trúc của não). Sự giống nhau về cấu trúc đã thúc đẩy sự suy đoán về mặt lý thuyết rằng vũ trụ giống như một bộ não rộng lớn của con người.
Các nhà khoa học biết rằng nhận thức, học tập, trí nhớ và cảm xúc của con người liên quan đến sự cộng tác của nhiều vùng não. Việc trích xuất thông tin từ các tế bào thần kinh cũng giống như việc tìm kiếm các mô hình trong phạm vi rộng lớn của thiên hà. Tuy nhiên, khả năng xử lý lượng dữ liệu khổng lồ như vậy vẫn là thách thức đáng kể.
Các nhà thiên văn học đã phải đối mặt với những thách thức tương tự trong việc nghiên cứu các vụ nổ vô tuyến nhanh (FRB) – những vụ nổ năng lượng trong không gian sâu thẳm là chủ đề được rất nhiều người quan tâm. FRB có thời gian kéo dài cực ngắn (thường chỉ bằng một phần nhỏ của giây) và hiếm khi lặp lại.
Tuy nhiên, các nhà khoa học đã có thể tăng tốc nghiên cứu bằng cách xác định chính xác FRB trong lượng lớn dữ liệu thiên văn với sự trợ giúp của máy tính được hỗ trợ bởi các bộ xử lý đồ họa (GPU).
Lấy cảm hứng từ công nghệ này, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tạo ra cách xử lý tín hiệu thần kinh ở cá ngựa vằn. Hệ thống thu thập tín hiệu từ các cảm biến quang học và gửi chúng đến hệ thống máy tính theo thời gian thực. Hệ thống này hoạt động nhanh, có khả năng phân tích các tín hiệu phức tạp, giải mã chúng và tạo ra phản hồi cho phép não hoạt động giống như công tắc điều khiển bằng ánh sáng mà về mặt lý thuyết có thể điều khiển các thiết bị bên ngoài.
Các nhà khoa học coi cá ngựa vằn là động vật có xương sống kiểu mẫu vì bộ não tương đối nhỏ và đơn giản của nó, chỉ chứa khoảng 100.000 tế bào thần kinh. Bằng cách nghiên cứu cá ngựa vằn, các nhà nghiên cứu đã khám phá ra các nguyên tắc hoạt động của não ở cấp độ toàn bộ não.
“Hệ thống đã được thử nghiệm trong ba tình huống nghiên cứu khoa học thần kinh, bao gồm kích thích quang sinh học theo thời gian thực, kích thích thị giác theo thời gian thực và kiểm soát thực tế ảo”, nghiên cứu cho biết.
Sử dụng hệ thống này, các nhà nghiên cứu muốn xác định các đặc điểm hoạt động thần kinh có thể phù hợp với giao diện não - máy tính quang học và tiết lộ cơ chế của chúng. Điều này cuối cùng sẽ dẫn đến các công nghệ giao diện não - máy tính quang học hiệu quả hơn.
