Trung Quốc đã bắt đầu kế hoạch phát triển máy quét não mạnh nhất thế giới, thiết bị có thể phát ra từ trường cực mạnh để lần đầu tiên quan sát được cấu trúc và hoạt động của mọi tế bào thần kinh trong não người sống. Mục tiêu là tạo ra thiết bị chụp cộng hưởng từ (MRI) mạnh nhất thế giới.
Theo South China Morning Post, chiếc máy quét sẽ không chỉ cung cấp ảnh chụp tức thời với mức độ chi tiết vượt xa các công cụ hiện nay mà còn theo dõi đường đi của các tác nhân hóa học khác nhau bao gồm natri, phốt pho và kali khi chúng truyền các tín hiệu quan trọng dọc theo mạng sợi thần kinh.
Những hình ảnh này sẽ được sử dụng để nghiên cứu ý thức và các bệnh về não như Parkinson.
 |
| Các nhà khoa học Trung Quốc đang phát triển máy quét não mạnh nhất thế giới. Ảnh: Alamy. |
Cách mạng các nghiên cứu về não bộ
Thiết bị trị giá hàng tỷ nhân dân tệ này “sẽ cách mạng hóa các nghiên cứu về não bộ”, một nhà khoa học cấp cao làm việc trong dự án tại thành phố Thâm Quyến, tỉnh Quảng Đông, miền Nam Trung Quốc, cho biết.
“Nó sẽ cho chúng ta thấy một thế giới khác với hiện tượng chưa từng thấy trước đây... thậm chí có thể là linh hồn”, người này tiết lộ.
Linh hồn hay ý thức của con người vẫn là vấn đề gây tranh cãi. Từ các lãnh đạo tôn giáo, các nhà triết học đến những người bình thường, không ít người tin rằng linh hồn tồn tại cùng những giả thuyết mô tả hoặc giải thích nó. Tuy nhiên, cộng đồng khoa học chưa tìm thấy bất kỳ bằng chứng vật lý nào để ủng hộ cho những tuyên bố này.
Cuối tháng trước, Viện Công nghệ tiên tiến Thâm Quyến, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, thông báo giai đoạn đầu của dự án vừa được chính phủ phê duyệt. Tuy nhiên, quá trình thiết kế và phát triển công nghệ sẽ kéo dài ít nhất 5 năm trước khi có thể bắt đầu chế tạo thiết bị.
Các mô người như nội tạng, cơ bắp và não chứa lượng nước lớn. Trong từ trường mạnh, các hạt nhân, chẳng hạn hydro trong phân tử nước, sẽ xếp hàng và quay theo cùng chiều.
Bằng cách ứng dụng sóng vô tuyến vào từ trường, các nhà khoa học có thể làm cho các hạt nhân lật ngược theo hướng ngược lại. Sau đó, khi giảm cường độ từ trường, các hạt nhân sẽ lần lượt trở lại trạng thái bình thường và giải phóng tín hiệu bức xạ vô tuyến yếu.
Việc phát hiện và đo lường tín hiệu này có thể tiết lộ cấu trúc bên trong của các mô, hướng và tốc độ của dòng máu hoặc cường độ tiêu thụ oxy. Trong khoa học não bộ, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng thông tin này để suy luận, ví dụ, khu vực nào của não được bật hoặc tắt khi tham gia một số loại nhiệm vụ nhận thức nhất định.
Công nghệ này, được gọi là hình ảnh cộng hưởng từ, có thể giúp nghiên cứu hoặc chẩn đoán các tình trạng thoái hóa thần kinh bao gồm bệnh Parkinson và bệnh Alzheimer.
Tìm kiếm nguồn gốc và sự tiến hóa của ý thức
Trong khi máy quét MRI thông thường của bệnh viện tạo ra từ 1,5 đến 3 tesla còn các máy mạnh hơn mới được chế tạo ở Mỹ và châu Âu có thể tạo ra 11 tesla, thiết bị mới của Trung Quốc có thể tạo ra tới 14 tesla. Ở mức này, từ trường sẽ đủ mạnh để kích thích hạt nhân của các nguyên tố khác nặng hơn hydro.
Chẳng hạn, các phân tử có chứa natri, phốt pho và kali đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu điện hóa từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh khác. Nếu có thể làm cho các nguyên tố này cộng hưởng theo cách tương tự hydro thì thông tin thu được sẽ tăng lên gấp nhiều lần.
 |
| Hình ảnh cộng hưởng từ có thể được sử dụng để nghiên cứu và chẩn đoán tình trạng thoái hóa thần kinh như bệnh Parkinson và Alzheimer. Ảnh: Alamy. |
“Lần đầu tiên chúng ta có thể chụp được hình ảnh đầy đủ về ý thức của con người hoặc thậm chí là bản chất của sự sống. Sau đó, chúng ta có thể định nghĩa chúng và giải thích cách chúng hoạt động theo các thuật ngữ vật lý chính xác - giống như Newton và Einstein đã định nghĩa và giải thích vũ trụ”, thành viên dự án cho biết.
Phần thân của một tế bào thần kinh có đường kính từ 4 đến 100 micromet. Các máy MRI mạnh nhất hiện nay không thể nhìn thấy các vật thể có đường kính nhỏ hơn 1mm (1.000 micromet). Nhà nghiên cứu Trung Quốc cho biết độ phân giải của thiết bị mới ở Thâm Quyến sẽ lên tới 1 micromet.
Các nhà khoa học tham gia dự án đang rất phấn khích với những tiềm năng và thách thức mà thiết bị mới mang lại.
Đầu năm nay, các nhà nghiên cứu tại Đại học Minnesota ở Mỹ đã chụp bức ảnh đầu tiên về cơ thể người bằng chiếc máy 10 tesla. Gần đây, Pháp đã hoàn thành chế tạo thiết bị 11 tesla nhưng thiết bị này vẫn chỉ có thể cộng hưởng hạt nhân hydro mà không tạo được từ trường mạnh hơn do dùng vật liệu siêu dẫn tương tự các máy tiêu chuẩn bệnh viện.
Hiện tượng siêu dẫn cho phép dòng điện chạy qua một cuộn dây mà không có điện trở. Không có siêu dẫn, cuộn dây tạo ra từ trường có thể tan chảy. Vật liệu siêu dẫn thông thường là hợp chất của niobi và titan, một vật liệu mềm có thể dễ dàng cuộn lại nhưng sẽ mất tính siêu dẫn khi vượt quá 10 tesla.
Để đáp ứng các yêu cầu của dự án, các nhà khoa học sẽ phát triển một số vật liệu siêu dẫn mới. Thành viên dự án cho biết mặc dù các quốc gia khác cũng có một số ý tưởng nhưng Trung Quốc mới là nước biến ý tưởng thành hiện thực nhờ sự hỗ trợ mạnh mẽ từ chính phủ.
Rủi ro của siêu máy quét
Nhóm nghiên cứu cho biết an toàn là ưu tiên hàng đầu. Không ai được tiếp cận thiết bị cho đến khi các thử nghiệm trên động vật như khỉ được tiến hành để chứng minh rằng thí nghiệm sẽ không gây hại cho sức khỏe.
Giáo sư Lu Haidong, nhà khoa học não bộ tại Phòng thí nghiệm Khoa học Thần kinh Nhận thức thuộc Đại học Sư phạm Bắc Kinh, cho biết công nghệ MRI thường có lợi thế hơn hẳn so với các phương pháp chẩn đoán hình ảnh khác như tia X. MRI không phát ra chùm phóng xạ, do đó không gây hại cho mô.
Tuy nhiên, cường độ từ trường sử dụng trong y tế chỉ bằng 1/10 so với thiết bị đang được chế tạo.
 |
| Dự án siêu máy quét não của Trung Quốc hứa hẹn sẽ "cách mạng hóa các nghiên cứu về não bộ". Ảnh: BMJ Case Reports. |
“Chưa ai từng tiếp xúc với từ trường tới 14 tesla. Một số tác dụng phụ như nung nóng bên trong có thể xảy ra. Phải đánh giá nghiêm ngặt rủi ro về an toàn trước khi quét một người còn sống”, Giáo sư Lu nói.
Giáo sư He Rongqiao, nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý Sinh học thuộc Viện Khoa học Trung Quốc ở Bắc Kinh, người nghiên cứu tác động sức khỏe của lực từ lên não, cho biết ông không tin rằng chiếc máy sẽ nhìn thấy linh hồn hay ý thức.
“Ý thức là gì? Thậm chí còn không có định nghĩa khoa học về nó. Nếu còn không thể định nghĩa nó thì làm sao biết được những gì đang thấy là thứ đang tìm kiếm”, ông nói.
Ngoài ra, các sự cố như mất điện có thể khiến bệnh nhân gặp rủi ro cao. “Cường độ từ trường phải giảm dần. Nếu nó biến mất đột ngột, sự phá vỡ trật tự có thể gây tổn hại và đau đớn. Nó giống như rơi từ mái của tòa nhà cao tầng xuống vậy”, He nói.
