Saturday, October 11, 2014

Định vị đường đi lối về: giải Nobel y học 2014


Làm sao chúng ta biết chúng ta đang ở đâu? Làm sao chúng ta có thể tìm đường đi từ nơi này đến nơi khác? Và, bằng cách nào chúng ta có thể lưu trữ các thông tin mà chúng ta có thể tìm kiếm một cách dễ dàng cho lần đi sau. Các nhà khoa học phát hiện trong não chuột (gọi là đồi hải mã – hippocampus) có một nhóm tế bào hình thành một hệ thống bản đồ và định vị giúp chúng ta biết về nơi chốn và tìm đường đi nước bước. Công trình nghiên cứu này được trao giải Nobel y sinh học năm 2014. (Bài đã đăng trên Tuổi trẻ cuối tuần 10/10/2014). 



Theo thông lệ hàng năm, giải Nobel về thành tựu trong y sinh học vừa được công bố, và 3 người được hưởng vinh dự này trong năm 2014: Giáo sư John O'Keefe (người Anh), và hai vợ chồng giáo sư May-Britt Moser và Edvard Moser (người Na Uy). May-Britt là người phụ nữ thứ 11 được trao giải Nobel y học trong lịch sử giải này. Năm nay, giải thưởng Nobel y sinh học được trao cho những công trình có giá trị thực tế và giúp chúng ta hiểu về chúng ta hơn, mà Uỷ ban Nobel ví von là "định vị" (GPS).

Một bộ môn khoa học được nhiều người trong giới khoa học quan tâm hiện nay là hệ thần kinh. Sau những khám phá về cấu trúc di truyền, cơ chế vận hành của gen, và sinh học phân tử, khoa học càng ngày càng tiến sâu vào một lĩnh vực thường được xem là bí ẩn nhất và huyền bí nhất trong cơ thể con người: bộ não và những nguyên lí vận hành của não. Một bộ môn khoa học mới ra đời và gần như độc lập với y sinh học có tên là thần kinh học (neuroscience).

Từ vấn đề triết học …

Cảm quan về nơi chốn và khả năng định hướng đóng vai trò cực kì quan trọng trong cuộc sống chúng ta. Cảm quan về nơi chốn cho chúng ta biết vị trí trong môi trường chung quanh. Trong khi định vị, chúng ta phải có cảm nhận về khoảng cách dựa vào thông tin của các vị trí trước đây.

Một trong những vấn đề làm nhiều người, kể cả giới triết học, bận tâm liên quan đến định vị. Khoảng 200 năm trước, triết gia người Đức Immanuel Kant lí giải rằng ở con người một số khả năng tinh thần tồn tại như là những thông tin tiền định, và độc lập với kinh nghiệm của con người. Kant kết luận rằng khái niệm không gian là một nguyên lí của trí não, và qua đó mà chúng ta có thể cảm nhận về thế giới.

Với sự tiến bộ của khoa học tâm lí vào giữa thế kỉ 20, những lí giải trên của Kant đã có thể giải đáp được bằng thí nghiệm. Khi Edward Tolman xem xét các chú chuột di chuyển qua những lối dẫn phức tạp, ông phát hiện rằng chúng có thể học để định vị, và ông đề nghị một “cognitive map” (bản đồ nhận thức) được hình thành trong não để cho phép chúng có thể tìm được đường đi lối về. Nhưng câu hỏi vẫn chưa được giải quyết thoả đáng: một bản đồ như thế được thể hiện trong não như thế nào?

… đến khám phá quan trọng

Cần nhắc lại vài thông tin cơ bản rằng trong não chúng ta (và chuột) có một cơ phận có tên là đồi hải mã (thuật ngữ tiếng Anh là hippocampus). Sở dĩ gọi là đồi hải mã vì cấu trúc của nó giống con ngựa biển (Hình 1).  Đồi hải mã là một bộ phận có chức năng tiếp thu và sắp xếp thông tin làm nên bộ nhớ ngắn hạn và dài hạn. Ở bệnh nhân Alzheimer, đồi hải mã là một vùng bị tổn thương, dẫn đến triệu chứng mất trí nhớ và mất định hướng. Do đó, để trả lời câu hỏi của giới triết gia, các nhà khoa học tập trung vào nghiên cứu đồi hải mã.
  
Và, những công trình nghiên cứu được trao giải Nobel y sinh học 2014 trả lời một phần quan trọng của câu hỏi đó. Năm 1971, Giáo sư John O'Keefe thuộc University College London (UCL), qua một loạt thí nghiệm trên chuột, phát hiện rằng trong đồi hải mã có một loại tế bào được kích hoạt khi chúng đi qua một địa điểm hay một môi trường cá biệt. Ông đề nghị gọi những tế bào này "place cells" (tế bào vị trí), và chính những tế bào này xây dựng cái bản đồ về môi trường chung quanh.  Đây là một phát hiện quan trọng vì nó là đầu mối cho nhiều nghiên cứu tiếp theo, và nó mở ra một cánh cử mới cho nghiên cứu về sự định vị của não.

Lab nghiên cứu của Giáo sư O'Keefe trở thành nổi danh vì có nhiều nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ đến "đầu quân" làm nghiên cứu. Trong những nghiên cứu sinh tiến sĩ đầu quân cho O'Keefe có cô May-Britt và Edvard Moser, người Na Uy. Hai người sau khi về Na Uy đã kết hôn và trở thành một cặp vợ chồng rất thành công trong khoa học.

Năm 2005, hai vợ chồng May-Britt và Edvard Moser phát hiện, cũng qua thí nghiệm trên chuột, các tế bào mà họ gọi là "grid cells" (tế bào bản đồ) được kích hoạt khi mấy con chuột đi qua những địa điểm nào đó. Tập hợp các tế bào bản đồ này hình thành một hệ thống trục tung và trục hoành giúp cho chuột nhớ hướng đi lối về.

Hai khám phá trên bổ sung cho nhau và cho ra một bức tranh tương đối rõ ràng. Nói một cách đơn giản, các tế bào vị trí (khám phá của John O'Keefe) đánh dấu điểm A và điểm B trong não chúng ta, còn bản đồ để đi từ A đến B là nhờ các tế bào bản đồ (khám phá của vợ chồng Moser).

Thế là, theo Uỷ ban Nobel, các phát hiện của John O’Keefe, MayBritt Moser và Edvard Moser đã giải mã một vấn đề làm bận tâm các nhà triết học hơn 200 năm. Họ đã trả lời câu hỏi bằng cách nào mà não chúng ta có thể tạo ra bản đồ về nơi chốn chung quanh, và cách thức mà chúng ta định vị khi di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Đây đúng là một khám phá thú vị và có thể có nhiều ứng dụng trong tương lai.

Quả thật, phải nói là khám phá thú vị! Tôi nghĩ các tế bào này có thể giải thích tại sao chúng ta nhớ những nơi mình đã đi qua. Nó cũng có thể giải thích tại sao các con vật như chó dù bị bỏ rơi cả chục cây số mà chúng vẫn có thể tìm đường về nhà. Phát hiện này thật là tuyệt vời, rất xứng đáng với giải Nobel. Tuy rằng hiện nay, việc ứng dụng các phát hiện của O'Keefe và hai vợ chồng Moser cần thời gian, nhưng tôi nghĩ rất có thể sẽ ứng dụng trong việc điều trị các bệnh phức tạp như Alzheimer và Parkinson.

Công nghệ GPS và não tài xế taxi!

Như vậy chúng ta đã có sẵn một hệ thống định vị trong não. Câu hỏi đặt ra là những tài xế taxi có cấu trúc đồi hải mã hay tế bào bản đồ khác chúng ta? Nhà thần kinh học Eleanor Maguire trong lab của Gs O'Keefe nghiên cứu cho thấy phần sau của đồi hải mã của tài xế taxi thành phố London rộng hơn so với dân số. Các nhà khoa học lí giải rằng vì tài xế taxi tiêu ra nhiều thì giờ lái xe và tìm đường, nên "bản đồ" và hệ thống GPS trong não của họ rộng hơn người thường. Tuy nhiên, phía trước của đồi hải mã của tài xế taxi có vẻ hẹp hơn so với dân số. Do đó, có sự quân bình giữa trước và sau ở đây.

Nghiên cứu ở Canada cho thấy những người kém khả năng tìm đường khi lái xe (thường là … nữ giới) họ thường có phần sau của đồi hải mã hơi hẹp hơn nam giới. Một trường hợp tiêu biểu là "bệnh nhân" nữ khi nhận việc mới, cô ấy không nhớ đường đi từ nhà đến sở làm việc. Cô ấy sau khi xét nghiệm tất cả đều bình thường, ngoại trừ hệ thống định vị trong đồi hải mã không kích hoạt!

Một trong những phát triển quan trọng về công nghệ trong thời gian gần đây là hệ thống định vị cho giao thông (GPS). Ngày nay, ở các nước tiên tiến, người lái xe không cần dùng nhiều trí não để tìm đường đi lối về, vì đã có thiết bị GPS trong xe. Với GPS chúng ta có thể đi từ A đến B mà chẳng cần nhớ đến địa điểm cụ thể! Nhưng có khá nhiều nghiên cứu cho thấy lệ thuộc vào GPS có thể làm suy giảm trí não (và ngày nay chúng ta biết đó là suy giảm sự kích hoạt các tế bào vị trí và tế bào bản đồ trong hồi hải mã). Do đó, với khám phá mới, có lẽ chúng ta nên tập thể dục trí não nhiều hơn bằng cách giảm sự lệ thuộc vào GPS ngoại tại mà nên dùng GPS đã có sẵn trong não.

Mấy năm gần đây, một số nhà khoa học chất vấn tính thiết thực của giải Nobel y sinh học, vì họ cho rằng giải thưởng này chỉ ghi nhận những công trình nghiên cứu cơ bản, và càng ngày càng xa rời thực tế của khoa học lâm sàng.  Có người thậm chí đề nghị một giải thưởng y sinh học khác thiết thực hơn!  Năm nay, Uỷ ban Nobel đã ghi nhận một công trình khoa học lâm sàng thiết thực, và đã không phụ lòng ông Nobel khi ông viết trong di chúc rằng giải thưởng nên dành cho “những ai có cống hiến đem lại phúc lợi lớn cho con người.”


Và những con người đằng sau khám phá

Cả ba người được trao giải Nobel y sinh học năm nay đều có bề dày nghiên cứu khoa học đáng kể và thành tích rất đáng nể. Giáo sư John O'Keefe sinh năm 1939 ở New York, tức năm nay đã 75 tuổi, mang hai quốc tịch Mĩ và Anh. Ông tốt nghiệp tiến sĩ ở Đại học McGill ở Canada năm 1987 (McGill là một trường có khi được xem là Harvard của Canada). Sau đó, ông sang Anh (Đại học University College London) làm việc và trở thành giáo sư vào năm 1987. Tại Anh, ông khám phá các tế bào trong đồi hải mã có chức năng định vị, và khám phà này mở ra một trường phái mới trong nghiên cứu hệ thần kinh. Cho đến nay ông đã công bố trên 100 công trình nghiên cứu trên các tập san y học trên thế giới.

Nhưng nhân vật được chú ý trong giải Nobel y sinh học năm nay là May-Britt Moser. Bà sinh năm 1963, tức mới 51 tuổi. Bà cũng chỉ mới tốt nghiệp tiến sĩ về tâm lí và thần kinh học năm 1995. Năm 1996 sau khi xong chương trình hậu tiến sĩ ở Anh bà trở lại Na Uy và được bổ nhiệm ngay chức Phó Giáo sư. Đến năm 2000 thì được bổ nhiệm làm Giáo sư. Nói cách khác, chỉ 5 năm sau tiến sĩ, bà đã trở thành giáo sư (một chức danh thường tốn 15-20 năm sau tiến sĩ nếu "thuận buồm xuôi gió"). Tính từ năm 1901 khi giải được khởi xướng, bà May-Britt Moser là người phụ nữ thứ 11 được trao giải Nobel về y sinh học.

Bài học về sự thành công của các nhà khoa học này là họ đã chọn cho mình một hướng nghiên cứu có ích. Có thể lúc họ chọn, thần kinh học chưa phải là lĩnh vực "nóng" như hiện nay, nhưng họ không phải là những người theo xu hướng thời thượng nên vẫn kiên trì với hướng đi cho đến ngày thành công. Thiết nghĩ đó là một bài học quan trọng về việc định hướng sự nghiệp.

Bài học thứ hai có lẽ là quá trình đào tạo một nhà khoa học độc lập. Tất cả các nhà khoa học trên đều trải qua một giai đoạn nghiên cứu hậu tiến sĩ trước khi trở thành một nhà khoa học độc lập. Thật ra, đó là qui trình chuẩn để đào tạo một nhà khoa học ở các nước tiên tiến. Dĩ nhiên, không phải bất cứ một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ nào cũng trở thành nhà khoa học độc lập, vì sự giới hạn về số vị trí giáo sư trong các đại học. Tuy nhiên, điều này quan trọng cho Việt Nam vì ở Việt Nam chưa có những chương trình đào tạo hậu tiến sĩ, và hệ quả là số nhà khoa học độc lập đúng nghĩa chẳng bao nhiêu.

No comments: