Não người thu nhỏ
Trong phòng thí nghiệm của Alysson Muotri, nhà khoa học thần kinh tại Đại học California, San Diego (UCSD), hàng trăm cấu trúc não người có kích thước bằng hạt vừng đang trôi nổi trong đĩa thí nghiệm và phát ra hoạt động điện.
Những cấu trúc "não" nhỏ bé này được gọi là các organoid. Chúng là mô hình đơn giản thu nhỏ của não người được phát triển từ tế bào gốc của người, và đã trở thành một vật quen thuộc trong nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu các đặc tính của não. Nhưng Muotri đã tìm ra vài cách bất thường để sử dụng organoid. Ông đã kết nối các organoids với robot biết đi, sửa đổi bộ gen của chúng bằng gen của người Neanderthal, phóng chúng lên quỹ đạo trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, và sử dụng chúng làm mô hình để phát triển các hệ thống trí tuệ nhân tạo giống con người hơn, v.v... Và như nhiều nhà khoa học khác, Muotri đã tạm thời chuyển hướng sang nghiên cứu COVID-19, sử dụng các organoid để kiểm tra cách thức hoạt động của thuốc chống lại virus corona SARS-CoV-2.
Nhưng một thử nghiệm của Muotri đã thu hút nhiều sự chú ý hơn những thử nghiệm khác. Tháng 8/2019, nhóm của ông đã xuất bản một bài báo trên Tạp chí Cell Stem Cell, báo cáo về việc tạo ra các organoid có thể tạo ra các sóng hoạt động phối hợp với nhau, giống như các sóng thấy trong não trẻ sơ sinh.
Các ý kiến trái chiều đã xuất hiện trong nhiều tháng trước khi nhóm nghiên cứu kết thúc thử nghiệm. Nguyên nhân tranh cãi là loại hoạt động điện phối hợp này là một trong những đặc tính của bộ não có ý thức. Phát hiện của nhóm đã khiến các nhà đạo đức học và nhà khoa học đặt ra một loạt câu hỏi mang tính đạo đức và triết học về việc liệu các organoid có nên được phép đạt đến mức phát triển tiên tiến này hay không, liệu các organoid 'có ý thức' có được đối xử đặc biệt và có các quyền không dành cho các nhóm tế bào khác hay không, và khả năng con người có thể tạo ra bộ não có ý thức trong phòng thí nghiệm.
Từ lâu, ý tưởng về bộ não "trần trụi" không có cơ thể, có khả năng tự nhận thức đã nằm trong tưởng tượng của nhiều nhà khoa học thần kinh. Chỉ vài tháng trước thử nghiệm của Muotri, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Yale ở New Haven, Connecticut, thông báo rằng họ đã khôi phục ít nhất một phần sự sống cho bộ não của những con lợn đã bị giết vài giờ trước đó. Bằng cách loại bỏ não khỏi hộp sọ của lợn và truyền vào não một loại hỗn hợp, các nhà nghiên cứu đã hồi sinh các chức năng và khả năng truyền tín hiệu điện của tế bào thần kinh.
Các thí nghiệm khác, chẳng hạn như thêm tế bào thần kinh của con người vào não chuột, cũng đang đặt ra nhiều câu hỏi.
Các nghiên cứu như vậy đã tạo tiền đề cho cuộc tranh luận giữa những người muốn tránh việc tạo ra ý thức và những người xem các organoid như một phương tiện để nghiên cứu các bệnh ở người. Muotri và nhiều nhà khoa học thần kinh khác nghĩ rằng các organoid có thể là chìa khóa để hiểu các tình trạng như chứng tự kỷ và tâm thần phân liệt, những thứ không thể nghiên cứu chi tiết bằng mô hình chuột. Để đạt được mục tiêu này, Muotri nói, thậm chí phải cố ý tạo ra ý thức trong phòng thí nghiệm.
Các nhà nghiên cứu hiện đang kêu gọi xây dựng một bộ hướng dẫn, tương tự như những hướng dẫn được sử dụng trong nghiên cứu động vật, để hướng dẫn việc sử dụng nhân đạo các organoid hoặc các thí nghiệm khác có thể tạo ra ý thức. Vào tháng 6/2020, Viện Hàn lâm Khoa học, Kỹ thuật và Y học Quốc gia Hoa Kỳ đã bắt đầu một nghiên cứu với mục đích vạch ra các vấn đề pháp lý và đạo đức tiềm ẩn liên quan đến các organoid và nghiên cứu ghép nối giữa người - động vật.
Mối quan tâm về những bộ não được nuôi trong phòng thí nghiệm cũng làm nổi bật một điểm mù: các nhà khoa học thần kinh không có cách nào thống nhất để xác định và đo lường ý thức. Nếu không có một định nghĩa cứng về trạng thái "ý thức", các nhà đạo đức học lo lắng rằng sẽ không thể dừng một thử nghiệm trước khi nó vượt qua ranh giới.
Trong quá trình phát triển các organoid não người, các tế bào tiền thần kinh (màu đỏ) chuyển thành các tế bào thần kinh (màu xanh lá cây), cuối cùng kết nối thành mạng lưới (màu trắng).
Xác định trạng thái "có ý thức"
Tạo ra một hệ thống có ý thức có thể dễ dàng hơn rất nhiều so với việc xác định nó. Các nhà nghiên cứu và bác sĩ lâm sàng định nghĩa ý thức theo nhiều cách khác nhau cho các mục đích khác nhau, nhưng thật khó để tổng hợp chúng thành một định nghĩa gọn gàng có thể dùng để xác định trạng thái của một bộ não đang được phát triển trong phòng thí nghiệm.
Các bác sĩ thường đánh giá mức độ ý thức của bệnh nhân ở trạng thái thực vật trên cơ sở người bệnh có chớp mắt, phản ứng trước cơn đau hoặc các kích thích khác hay không. Ví dụ, bằng cách sử dụng các kết quả đọc điện não đồ (EEG), các nhà nghiên cứu có thể đo lường phản ứng của não bộ khi bị tác động bởi một xung điện. Một bộ não có ý thức sẽ hiển thị các hoạt động điện phức tạp, không thể đoán trước hơn nhiều so với một bộ não không có ý thức. Bộ não không có ý thức thường chỉ phản ứng theo các mẫu hoạt động điện đơn giản, thông thường.
Nhưng những thử nghiệm như vậy có thể không phản ánh đầy đủ liệu một người có ý thức hay không. Trong nghiên cứu hình ảnh não của những người hôn mê hoặc trong trạng thái thực vật, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng những người không phản ứng vẫn có một số hoạt động não gần giống với có ý thức - chẳng hạn như xuất hiện hoạt động não ở các khu vực vận động khi họ được yêu cầu nghĩ về việc đi bộ.
Ngoài ra, các xét nghiệm y tế tiêu chuẩn về ý thức rất khó áp dụng cho các tế bào não được nuôi trong đĩa thí nghiệm, hoặc não động vật đã tách rời khỏi cơ thể. Khi Muotri gợi ý rằng các mô hình hoạt động điện của organoid trong thí nghiệm của ông cũng phức tạp như ở não trẻ sơ sinh, các nhà khoa học đã rất bối rối. Một số nhà nghiên cứu không coi hoạt động não bộ ở trẻ sơ sinh là đủ phức tạp để được xếp vào loại có ý thức. Và các organoid thì không có cơ thể để chớp mắt hoặc giật mình sau một kích thích đau đớn, vì vậy chúng sẽ không vượt qua được bài kiểm tra lâm sàng về ý thức.
Ngược lại, nhiều khả năng bộ não nguyên vẹn của một con lợn mới bị giết có các cấu trúc cần thiết cho ý thức, như trí nhớ và kinh nghiệm đã trải qua khi con vật còn sống. "Tôi không biết bộ não như vậy có thể làm gì về mặt tư duy, nhưng chắc chắn không phải là con số không," Jeantine Lunshof, nhà triết học và thần kinh học tại Đại học Harvard ở Cambridge, Massachusetts, nói. Đưa một bộ não lợn đã chết trở lại trạng thái sống, như nhóm nghiên cứu ở Yale đã làm, cho thấy tiềm năng khôi phục ý thức ở một mức độ nào đó, mặc dù các nhà khoa học khi thực hiện thí nghiệm đã cố tình tránh tạo ra ý thức bằng cách sử dụng các chất hóa học ngăn cản hoạt động của toàn não bộ.
Nhưng nhìn chung, các nhà nghiên cứu đồng ý rằng họ cần phải xem xét các khả năng mà các nghiên cứu như của Muotri hay nhóm Yale chỉ ra một cách nghiêm túc.
Hiện không có quy định nào ở Mỹ hoặc ở châu Âu về việc tạo ra các bộ não có ý thức trong phòng thí nghiệm, và các thử nghiệm ngày càng trở nên phức tạp hơn.
Hầu như tất cả các nhà khoa học và đạo đức học đều đồng ý rằng cho đến nay, chưa ai tạo ra được ý thức trong phòng thí nghiệm. Nhưng họ đang tự hỏi mình phải đề phòng điều gì khi nghiên cứu não, và lý thuyết nào về ý thức thì phù hợp nhất. Ví dụ, theo một ý tưởng được gọi là lý thuyết thông tin tích hợp, ý thức là sản phẩm của các mạng lưới tế bào thần kinh dày đặc trên não bộ. Càng nhiều tế bào thần kinh tương tác với nhau, mức độ ý thức càng cao - một đại lượng được gọi là phi. Nếu phi lớn hơn 0, sinh vật được coi là có ý thức.
Theo lý thuyết này, hầu hết các loài động vật đều đạt đến ngưỡng có ý thức. Christof Koch, chủ tịch Viện Khoa học Não Allen ở Seattle, Washington, cho rằng các organoid (mô hình đơn giản thu nhỏ của não được tạo ra từ tế bào gốc của người, để sử dụng trong thí nghiệm) hiện có đều chưa đạt được ngưỡng này, nhưng thừa nhận rằng một organoid tiên tiến hơn thì có thể.
Các lý thuyết khác về ý thức yêu cầu đầu vào của giác quan hoặc các mẫu hoạt động điện phối hợp trên nhiều vùng não. Ví dụ, một ý tưởng được gọi là lý thuyết không gian hoạt động toàn cục cho rằng vỏ não trước trán hoạt động như một máy tính, xử lý các đầu vào cảm giác và giải thích chúng để hình thành cảm giác. Theo đó, vì các organoid không có vỏ não trước và không thể tiếp nhận thông tin đầu vào nên chúng không thể trở nên có ý thức. "Không có đầu vào và đầu ra, các tế bào thần kinh có thể nói chuyện với nhau, nhưng điều đó không nhất thiết có nghĩa như suy nghĩ của con người," Madeline Lancaster, nhà sinh vật học phát triển tại Đại học Cambridge, Vương quốc Anh, cho biết.
Nhà sinh học phát triển Madeline Lancaster trong phòng thí nghiệm của cô tại Đại học Cambridge, Vương quốc Anh, làm việc với organoid để nghiên cứu tổ chức não và các rối loạn não.
Thí nghiệm não bộ ngày càng phức tạp
Tuy nhiên, kết nối các organoid với các cơ quan để cho chúng đầu vào và đầu ra là một nhiệm vụ khá đơn giản. Năm 2019, nhóm của Lancaster đã cho các organoid phát triển đặt bên cạnh cột sống và cơ lưng của chuột. Khi các dây thần kinh từ organoid kết nối với cột sống, các cơ bắt đầu co lại một cách tự nhiên.
Hầu hết các organoid được xây dựng để chỉ tái tạo một phần của não. Nhưng nếu chúng phát triển đủ lâu và với các loại yếu tố tăng trưởng phù hợp, tế bào gốc của con người sẽ tự động tái tạo nhiều phần khác nhau của não, sau đó bắt đầu điều phối hoạt động điện giữa chúng. Trong một nghiên cứu được công bố vào năm 2017, nhà sinh học phân tử Paola Arlotta tại Đại học Harvard đã cho các tế bào gốc phát triển thành các organoid bao gồm nhiều loại tế bào khác nhau, trong đó có các tế bào nhạy cảm với ánh sáng như tế bào được tìm thấy trong võng mạc. Khi tiếp xúc với ánh sáng, các tế bào thần kinh trong organoid bắt đầu hoạt động. Nhưng các tế bào này hoạt động không có nghĩa là các organoid có thể nhìn thấy và xử lý thông tin thị giác, Arlotta phân tích. Chỉ đơn giản là chúng có thể liên kết với nhau để tạo thành các mạch kích thích - phản ứng.
Arlotta và Lancaster đều cho rằng các organoid của họ quá thô sơ để có thể có ý thức, vì chúng thiếu cấu trúc giải phẫu cần thiết để tạo ra các mẫu điện não đồ phức tạp. Tuy nhiên, Lancaster thừa nhận rằng đối với các organoid nâng cao, thì có ý thức hay không còn phụ thuộc vào định nghĩa.
Lancaster và hầu hết các nhà nghiên cứu khác nghĩ rằng một thứ gì đó giống như bộ não lợn được hồi sinh sẽ có nhiều khả năng đạt tới trạng thái ý thức hơn một organoid.
Dưới sự dẫn dắt của nhà thần kinh học Nenad Sestan, một nhóm nghiên cứu ở Trường Y Yale, New Haven, Connecticut đã thực hiện nghiên cứu về não lợn và cố gắng tìm ra những cách mới để hồi sinh các cơ quan chứ không phải tạo ra ý thức từ đầu. Và họ đã có thể kích hoạt các tế bào thần kinh riêng lẻ hoặc các nhóm tế bào, đồng thời cố tránh tạo ra các sóng não lan rộng. Khi nhận thấy hoạt động điện não đồ có phối hợp toàn cục ở một trong các bộ não, họ lập tức tạm dừng dự án. Thậm chí sau khi một chuyên gia thần kinh xác nhận rằng mẫu hình hoạt động này không phù hợp với trạng thái có ý thức, nhóm đã gây mê bộ não đó như một biện pháp phòng ngừa.
Sestan cũng đã liên hệ với Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH) để được hướng dẫn về cách tiếp tục xử lý thí nghiệm này. Hội đồng đạo đức thần kinh của NIH đã đánh giá và đồng ý rằng Sestan nên tiếp tục gây mê các bộ não.
Nhà khoa học thần kinh Nenad Sestan sử dụng nền tảng BrainEx để khôi phục hoạt động thần kinh trong não lợn đã tách rời khỏi cơ thể.
Hình thành các hướng dẫn
Hiện tại, không có quy định nào ở Mỹ hoặc ở châu Âu ngăn cản một nhà nghiên cứu tạo ra ý thức. Hội đồng của Viện Hàn lâm Quốc gia Hoa Kỳ dự kiến phát hành một báo cáo vào đầu năm tới, trong đó cân nhắc các câu hỏi như liệu có cần được sự đồng ý của một người để phát triển tế bào của họ thành các organoid hay không, và làm thế nào để nghiên cứu và thải bỏ các organoid một cách nhân đạo. Hiệp hội Nghiên cứu Tế bào gốc Quốc tế cũng đang nghiên cứu các hướng dẫn về organoid, nhưng sẽ không giải quyết vấn đề ý thức vì họ cho rằng khoa học hiện nay chưa đạt đến điểm đó.
Theo một thành viên Hội đồng đạo đức thần kinh của NIH, Hội đồng vẫn chưa nhận được bất kỳ đề xuất nào liên quan đến việc tạo ra các organoid phức tạp, có ý thức và đòi hỏi có các hướng dẫn mới. Bản thân Muotri nói, ông không biết bất kỳ ai đang cố tình tạo ra các organoid có ý thức, mặc dù một organoid đủ phức tạp, theo một số định nghĩa, có thể vô tình đạt tới trạng thái đó.
Tuy nhiên, Muotri và những người khác cho biết họ sẽ hoan nghênh hướng dẫn từ các cơ quan quản lý về một số vấn đề như yêu cầu các nhà khoa học giải trình về số lượng organoid mà họ sử dụng; chứng minh chỉ sử dụng organoid cho các nghiên cứu không thể thực hiện theo bất kỳ cách nào khác, để hạn chế mức độ đau đớn có thể gây ra cho các organoid; và loại bỏ organoid sau khi sử dụng một cách nhân đạo.
Có sẵn những hướng dẫn như vậy sẽ giúp các nhà nghiên cứu cân nhắc chi phí và lợi ích của việc tạo ra các thực thể có ý thức. Và nhiều nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng những thí nghiệm như vậy có khả năng mang lại những hiểu biết quan trọng. "Có những người thực sự tỉnh táo bị rối loạn thần kinh mà không có cách điều trị," Lancaster nói. "Nếu chúng tôi ngừng tất cả nghiên cứu này vì một tư tưởng triết học, thì sẽ rất bất lợi cho những con người thực tế đang cần một cách điều trị mới."
Tuy nhiên, vẫn có thể thử nghiệm các phương pháp điều trị trên các organoid được tạo ra từ tế bào gốc của chuột hoặc trên các mô hình động vật thông thường.
Về phần mình, Muotri nhận thấy rất ít sự khác biệt giữa làm việc trên một organoid từ tế bào gốc của người hay chuột thí nghiệm. "Chúng ta cần tiến về phía trước và nếu organoid trở nên có ý thức, thành thật mà nói, tôi không thấy đó là một vấn đề lớn," Muotri nói.
Nguồn: https://www.nature.com/articles/d41586-020-02986-y
Hoàng Nam dịch
Tag:khoa học thần kinh, cấu trúc não người,organoid, não người, tế bào gốc của người, đặc tính của não,trạng thái ý thức, rối loạn thần kinh
