“Robot Ếch” ra đời, hỗ trợ y tế tương lai?

Tạp chí “Rất Thú Vị” của Tây Ban Nha ngày 5 tháng 4, bài viết tiêu đề: Họ đã tạo ra những “siêu robot sinh học” đầu tiên được cấy ghép tế bào thần kinh, những robot này có khả năng tự tạo ra não bộ.
Khi ranh giới giữa học máy và sinh học trở nên mờ nhạt đến gần như biến mất, điều gì sẽ xảy ra? Liệu có thể sinh ra những sinh vật nhân tạo như trong tiểu thuyết “Frankenstein” không?
Một nghiên cứu mới trong lĩnh vực kỹ thuật hệ thống sinh học đã tích hợp tế bào ếch vào cơ thể robot, từ đó tạo ra “siêu robot sinh học” có hệ thần kinh điều khiển riêng của chúng.

Khả năng thích nghi của tế bào đáng kinh ngạc

Gần đây, trong một bài báo đăng trên tạp chí “Khoa học Tiên tiến” của Đức, các nhà nghiên cứu từ Đại học Tufts và Harvard đã phát triển ra những robot sinh học tự chủ đầu tiên bằng cách sử dụng tế bào tiền thân thần kinh (là loại tế bào chưa trưởng thành có khả năng tự làm mới và phân hóa đa hướng, có thể biến thành neuron, tế bào hình sao và tế bào sợi thần kinh).
Nghiên cứu này không chỉ thách thức hiểu biết của chúng ta về robot mà còn tiết lộ khả năng thích nghi của tế bào: các tế bào thần kinh có thể phát triển và xây dựng mạng lưới logic ngoài môi trường sinh học tự nhiên.

Cơ sở xây dựng những robot sinh học này là mô biểu bì của ếch tai châu Phi. Trong điều kiện bình thường, các tế bào này tạo thành lớp da của động vật, cung cấp hàng rào bảo vệ.
Tuy nhiên, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ hình thái học tổng hợp để trích xuất các tế bào này khỏi môi trường ban đầu của chúng và tái tổ hợp chúng thành một dạng vật lý hoàn toàn mới, hoạt động phối hợp như một “siêu robot sinh học”.
Điểm khác biệt căn bản so với các thí nghiệm trước đó là họ thêm vào “mảnh ghép trí tuệ”: các tế bào tiền thân neuron.
Khi các tế bào thần kinh này được đưa vào cơ thể robot sinh học, sẽ xảy ra một quá trình tự lắp ghép như trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng.
Các neuron được cấy ghép sẽ dần trưởng thành, mở rộng sợi trục và dendrite, hình thành các khớp thần kinh chức năng trong cơ thể robot do con người thiết kế.
Các tế bào tự khám phá môi trường mới, tìm kiếm các tế bào lân cận và xây dựng mạng lưới tín hiệu điện, thay vì do kỹ sư kết nối từng tế bào dưới kính hiển vi.

Mạng lưới thần kinh không phải là trang trí

Để hiểu cơ chế hoạt động ở cấp phân tử của robot, các nhà nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật gọi là giải trình tự RNA.
Kỹ thuật này cho phép họ quan sát các gen trong tế bào của robot sinh học ở trạng thái “bật” hoặc hoạt động trong những thời điểm nhất định.
Kết quả nghiên cứu mang lại một phát hiện bất ngờ về mặt kỹ thuật, buộc chúng ta phải suy nghĩ lại về cách hiểu cảm nhận trong sinh học tổng hợp.

Kết quả cho thấy một sự thật bất ngờ về khả năng cảm nhận của các sinh vật này.
Dù không có mắt hoặc cấu trúc đầu, những robot sinh học này vẫn có thể tự kích hoạt các gen liên quan đến cảm nhận thị giác.
Hiện tượng này cho thấy neuron vẫn giữ một dạng ký ức về dòng họ của chúng, hoặc nói cách khác, khi chúng phát hiện ra mình nằm trong cấu trúc cơ thể mới, chúng sẽ cố gắng kích hoạt các đường dẫn cảm giác để hiểu môi trường xung quanh.
Điều này cho thấy, ngay cả khi thiếu các cơ quan cảm giác truyền thống, sinh vật vẫn không ngừng khám phá những cách mới để cảm nhận thế giới.
Để xác nhận rằng mạng lưới thần kinh này không chỉ là “trang trí” về mặt cấu trúc, nhóm nghiên cứu của Harvard và Tufts đã sử dụng kỹ thuật hình ảnh hoá bằng canxi.
Kỹ thuật này giúp các nhà khoa học quan sát thời điểm và cách các tín hiệu điện giữa các tế bào được kích hoạt theo thời gian thực.
Bằng cách thêm các chỉ thị huỳnh quang phản ứng với dòng chảy của ion canxi, các nhà khoa học có thể quan sát “giao tiếp” điện giữa các neuron robot này.

Hệ thống kiểm soát cơ bắp tổng hợp có thể

Kính hiển vi độ phân giải cao đã xác nhận sự tồn tại của mạng lưới logic hoạt động.
Hình ảnh hoá bằng canxi xác nhận sự tồn tại của các xung điện đồng bộ, điều phối hành vi của robot sinh học.
Khi có kích thích từ bên ngoài, các xung điện trong mạng lưới thần kinh sẽ khiến robot sinh học phản ứng phù hợp, giúp chúng tương tác với môi trường xung quanh.
Loại “trí tuệ nền tảng” này cho phép robot sinh học di chuyển theo cách khác với các sinh vật đơn giản không có hệ thần kinh.

Những robot này không phải là “Frankenstein” trong phòng thí nghiệm, mà là những khám phá giới hạn của sinh mạng.
Bằng cách trang bị hệ thần kinh cho robot sinh học, các nhà nghiên cứu đang đặt nền móng cho công nghệ y học thế hệ mới.
Trong tương lai, các hệ thống tương tự có thể được thiết kế để tự điều hướng trong cơ thể người, nhận diện tổn thương mô, và sử dụng khả năng xử lý sinh học của chính chúng để phối hợp các quá trình sửa chữa phức tạp.
Hiểu cách neuron tự tái tạo trong môi trường nhân tạo mở ra khả năng thiết kế hệ thống kiểm soát thần kinh cơ tổng hợp chính xác cao.
Sự ra đời của các hệ sinh thái có hệ thần kinh riêng này đánh dấu một bước ngoặt trong lĩnh vực kỹ thuật sinh học. (Tác giả Santiago Campillo Brocal, dịch bởi Lý Vân)