นักวิทยาศาสตร์สร้าง Brain Map ละเอียดที่สุดในโลกจากสมองหนู

นักวิทยาศาสตร์สร้างแผนที่การเชื่อมต่อของสมองที่ละเอียดที่สุดในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม โดยสามารถระบุเซลล์และไซแนปส์ทุกจุดในเนื้อเยื่อสมองของหนูบริเวณเยื่อหุ้มสมองส่วนการมองเห็น (visual cortex) ขนาดเพียง 1 ลูกบาศก์มิลลิเมตร ด้วยเทคโนโลยีไมโครสโคปขั้นสูง ปัญญาประดิษฐ์ และการสร้างภาพสามมิติ นักวิจัยสามารถตรวจจับเซลล์สมองได้กว่า 200,000 เซลล์ และการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ (synapse) มากกว่า 523 ล้านจุด

ผลการวิจัยเผยให้เห็นหลักการใหม่ของการทำงานในสมอง เช่น พฤติกรรมของเซลล์ยับยั้งที่มีความเฉพาะเจาะจงและการประสานงานทั่วทั้งเครือข่ายสมอง โดยความสำเร็จครั้งนี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจการทำงานของสมอง สติปัญญา และโรคทางระบบประสาท

Brain Map แนวคิดใหม่ในการเข้าใจสมอง

โครงการนี้ใช้เวลา 7 ปี ดำเนินการภายใต้ชื่อ MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks) โดยได้รับการสนับสนุนจาก IARPA (หน่วยงานวิจัยขั้นสูงของรัฐบาลสหรัฐฯ) และโครงการ The BRAIN Initiative ของ NIH ซึ่งรวบรวมทีมนักวิทยาศาสตร์กว่า 150 คนจากสถาบันชั้นนำ เช่น Baylor College of Medicine, Allen Institute, Princeton และ Stanford

ทีมนักวิจัยเริ่มต้นด้วยการบันทึกการทำงานของสมองหนูขณะดูวิดีโอและคลิป YouTube ผ่านกล้องจุลทรรศน์พิเศษ จากนั้นนำเนื้อสมองส่วนเดียวกันไปตัดบางถึง 25,000 ชั้น โดยแต่ละชั้นบางกว่าผมมนุษย์ถึง 400 เท่า แล้วถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนความละเอียดสูง สุดท้ายทีมจาก Princeton ใช้ AI วิเคราะห์และสร้างภาพโครงสร้าง 3 มิติ

หนึ่งในผลการศึกษาที่สำคัญคือการค้นพบว่า เซลล์ประสาทยับยั้ง (inhibitory neurons) ไม่ได้ทำหน้าที่แค่ "ลดทอน" การทำงานของเซลล์อื่นเท่านั้น แต่ยังมีพฤติกรรมเลือกเป้าหมายอย่างแม่นยำ เพื่อควบคุมการทำงานของวงจรประสาทอย่างเป็นระบบและมีแบบแผน

หรือเราพูดให้เข้าใจง่ายๆ ก็คือ ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์เคยคิดว่าเซลล์ชนิดหนึ่งในสมองที่เรียกว่า "เซลล์ยับยั้ง" มีหน้าที่เหมือนเบรกในรถ คือคอยลดความแรงของสัญญาณในสมอง เพื่อไม่ให้ทำงานหนักเกินไป แต่จากการศึกษาใหม่นี้พบว่า เซลล์ยับยั้งไม่ได้ทำงานแบบสุ่มหรือทั่ว ๆ ไป 

มันเลือกว่าจะเบรก "ใคร" และ "เมื่อไหร่" อย่างเฉพาะเจาะจง ซึ่งแปลว่าการทำงานของสมอง ไม่ได้เป็นแค่การเปิด-ปิดแบบง่ายๆ แต่มีการวางแผนซับซ้อนและแม่นยำกว่าที่เคยคิดกัน

ทำไม Brain Map ถึงสำคัญ ?

แผนที่นี้ช่วยเปิดประตูสู่ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับโรคสมอง เช่น อัลไซเมอร์ พาร์กินสัน ออทิสติก และจิตเภท โดยให้ข้อมูลโครงสร้างที่สามารถเปรียบเทียบระหว่างสมองปกติและสมองที่มีความผิดปกติได้

นอกจากนี้ ข้อมูลการเชื่อมโยงแบบละเอียดนี้ยังมีศักยภาพในการพัฒนา AI และระบบคอมพิวเตอร์เลียนแบบสมอง ในอนาคต รวมถึงการออกแบบ brain-computer interface ที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ดร.นูโน ดา คอสตา จากสถาบัน Allen กล่าวเปรียบเทียบว่า “ถ้าคุณมีวิทยุที่เสีย และคุณมีแผนผังวงจร คุณก็จะมีโอกาสมากขึ้นในการซ่อมมันได้” เช่นเดียวกับสมอง การเข้าใจ "แผนที่" การเชื่อมต่อของเซลล์ คือกุญแจสำคัญสู่การรักษาโรคต่าง ๆ

โครงการ MICrONS ได้รับการยกย่องว่าเป็น "ก้าวเปลี่ยน" สำหรับวงการประสาทวิทยา ไม่ต่างจากโครงการถอดรหัสพันธุกรรมมนุษย์ในอดีต และเป็นพื้นฐานสำหรับการวิจัยระดับสูงในอนาคต เช่น การสร้างแบบจำลองสมองทั้งระบบ หรือการพัฒนา AI ที่เลียนแบบการทำงานของสมองจริง

อ้างอิง: neurosciencenews