How do we safely study living brains? - John Borghi and Elizabeth Waters

Translator: Phuong Nguyen Le Reviewer: Akiko Kato

Cho đến hiện nay, chỉ có duy nhất

As far as we know,

there’s only one thing in our solar system sophisticated enough to study itself:

một thứ trong vũ trụ này đủ phức tạp để tự tìm hiểu:

the human brain.

bộ não con người.

But this self-investigation is incredibly challenging;

Nhưng quá trình tự tìm hiểu này rất khó khăn;

a living brain is shielded by a thick skull,

bộ não sống được bảo vệ trong hộp sọ dày,

swaddled in layers of protective tissue,

được bao bọc bởi các mô sợi,

and made up of billions of tiny, connected cells.

và được cấu thành từ hàng tỷ tế bào liên kết với nhau.

That’s why it’s so difficult to isolate, observe, and understand diseases

Đó là lí do vì sao rất khó tách, quan sát, và nghiên cứu các bệnh

like Alzheimer’s.

như Alzheimer.

So how do we study living brains without harming their owners?

Vậy làm thế nào để tìm hiểu về bộ não sống mà không làm hại chủ thể?

We can use a trio of techniques called EEG,

Ta có thể sử dụng bộ ba công nghệ tên là EEG,

fMRI,

fMRI,

and PET.

và PET.

Each measures something different and has its own strengths and weaknesses,

Mỗi loại đo đạc chỉ số khác nhau và có ưu - nhược điểm riêng,

and we’ll look at each in turn.

mà chúng ta sẽ lần lượt đi vào tìm hiểu.

First is EEG, or electroencephalography,

Đầu tiên là EEG, hay Điện Não Đồ,

which measures electrical activity in your brain.

là phương pháp đo các hoạt động của dòng điện trong não.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

Khi các tế bào trong não hoạt động, chúng tạo ra sóng điện não.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

Các điện cực được đặt ở vỏ sọ sẽ tiếp thụ các bước sóng đó,

and differences in the signals detected between electrodes

và sự khác nhau giữa các tín hiệu mà điện cực thu được

provide information about what’s happening.

cung cấp thông tin về những gì đang xảy ra.

This technique was invented almost 100 years ago,

Phương pháp này được phát minh cách đây gần 100 năm,

and it’s still used to diagnose conditions like epilepsy and sleep disorders.

và vẫn được dùng để chẩn đoán các bệnh như động kinh và rối loạn giấc ngủ.

It’s also used to investigate what areas of the brain are active

Nó cũng được dùng để kiểm tra vùng nào của não đang hoạt động

during learning or paying attention.

khi học tập hay tập trung.

EEG is non-invasive,

EEG không phạm vào bên trong cơ thể,

relatively inexpensive,

có giá thành khá rẻ

and fast:

và nhanh chóng:

it can measure changes that occur in just milliseconds.

nó có thể phát hiện các thay đổi chỉ trong vài phần nghìn giây.

Unfortunately, it’s hard to determine

Không may, khá khó để chúng tìm ra chính xác

exactly where any particular pattern originates.

nơi nào khởi nguồn các mẫu dạng.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

Các tín hiệu điện được lan tỏa liên tục khắp não

and they interact with each other to produce complex patterns.

và tương tác với nhau để tạo ra các mẫu dạng phức tạp.

Using more electrodes or sophisticated data-processing algorithms can help.

Dùng thêm điện cực hay các thuật toán giải mã phức tạp có thể trợ giúp.

But in the end, while EEG can tell you precisely when certain activity occurs,

Nhưng dù có thể chỉ ra chính xác khi nào các hoạt động nhất định xảy ra,

it can’t tell you precisely where.

EEG lại không thể chỉ ra chính xác vị trí.

To do that, you’d need another technique,

Để làm được việc này, cần dùng kĩ thuật khác,

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

ví dụ như hình ảnh cộng hưởng từ chức năng, hay fMRI.

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

fMRI đánh giá tốc độ hấp thụ oxi của các tế bào não.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

Các vùng não hoạt động dùng oxi nhanh hơn.

So watching an fMRI scan while a person completes cognitive or behavioral tasks

Scan fMRI khi một người làm các bài tập về nhận thức và hành vi

can provide information about which regions of the brain might be involved.

có thể chỉ ra những vùng của não tham gia hoạt động,

That allows us to study everything from how we see faces

cho phép ta tìm hiểu từ cách nhìn khuôn mặt

to how we understand what we’re feeling.

đến hiểu cảm giác của bản thân.

fMRI can pinpoint differences in brain activity to within a few millimeters,

fMRI có thể chỉ rõ sự khác nhau trong hành động của não trong vài milimet,

but it’s thousands of times slower than EEG.

nhưng chậm hơn EEG hàng nghìn lần.

Using the two techniques together

Dùng hai phương pháp cùng lúc

can help show when, and where, neural activity is occurring.

có thể chỉ ra các hoạt động thần kinh diễn ra khi nào và ở đâu.

The third, even more precise, technique is called positron emission tomography

Thứ ba, mang tính chính xác cao hơn, là kĩ thuật ghi hình bằng bức xạ

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

đo các chất phóng xạ được dẫn vào trong não.

That sounds much scarier than it actually is;

Nghe thì kinh khủng hơn nhiều so với thực tế;

PET scans, like fMRI and EEG, are completely safe.

Scan PET, như fMRI và EEG, hoàn toàn an toàn.

During a PET scan, a small amount of radioactive material called a tracer

Trong khi scan PET, một ít chất phóng xạ đánh dấu

is injected into the bloodstream,

được dẫn vào mạch máu,

and doctors monitor its circulation through the brain.

các bác sĩ sẽ điều khiển nó lưu thông qua não bộ.

Bằng cách dùng chất đánh dấu để liên kết với các phân tử nhất định,

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

researchers can use PET to study the complex chemistry in our brains.

các nhà nghiên cứu có thể dùng PET để tìm hiểu

các chất hóa học phức tạp trong bộ não chúng ta.

It’s useful for studying how drugs affect the brain

Nó hữu ích cho việc tìm hiểu ảnh hưởng của thuốc đến não

and detecting diseases like Alzheimer’s.

và các bệnh như Alzheimer.

But this technique has the lowest time resolution of all

Nhưng phương pháp này có tiến trình chậm nhất

because it takes minutes for the tracer to circulate and changes to show up.

vì nó cần vài phút để chất phóng xạ lưu chuyển và hiển thị.

These techniques collectively help doctors and scientists

Tựu chung, các phương pháp này giúp bác sĩ và các nhà khoa học

connect what happens in the brain with our behavior.

kết nối những gì đang xảy ra trong bộ não và hành vi của chúng ta.

But they’re also limited by how much we still don't know.

Nhưng chúng bị giới hạn bởi những điều ta chưa biết.

For example, let's say researchers are interested in studying how memory works.

Ví dụ, các nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu về cách bộ nhớ hoạt động.

After asking 50 participants to memorize a series of images while in MRI scanners,

Sau khi nhờ 50 người ghi nhớ một dãy loạt hình ảnh khi MRI scan,

the researchers might analyze the results

các nhà nghiên cứu sẽ phân tích kết quả

and discover a number of active brain regions.

và tìm ra thêm rất nhiều các vùng não hoạt động.

Making a link between memory and specific parts of the brain

Kết nối giữa bộ nhớ và các vùng não nhất định

is an important step forward.

là bước tiến rất quan trọng.

But future research would be necessary

Nhưng cần có thêm các dự án nghiên cứu

to better understand what’s happening in each region,

để hiểu rõ hơn điều gì xảy ra trong từng vùng của não,

how they work together,

làm thế nào chúng hoạt động,

and whether the activity is because of their involvement in memory

liệu các hoạt động đó liên quan đến bộ nhớ

or another process occurring simultaneously.

hay các hoạt động khác diễn ra cùng lúc.

More advanced imaging and analysis technology

Phương pháp hình ảnh và phân tích tiên tiến hơn,

might one day provide more accurate results

ngày nào đó, có thể cung cấp kết quả chính xác hơn

and even distinguish

thậm chí, phân biệt hoạt động của từng nơ-ron thần kinh.

the activity of individual neurons.

Until then, our brains will keep measuring, analyzing, and innovating

Cho đến khi đó, não bộ chúng ta luôn được nghiên cứu, phân tích,

và đổi mới để theo đuổi công cuộc tìm hiểu

in pursuit of that quest to understand

one of the most remarkable things we’ve ever encountered.

một trong những thứ quan trọng nhất mà ta từng được thấy.