Các nhà khoa học Ấn Độ công bố ANCHOR, bản đồ 3D chi tiết nhất thế giới về thân não người

Lập bản đồ trung tâm điều khiển ẩn của não bộ

Trong hơn một thế kỷ, các nhà khoa học thần kinh nghiên cứu não người gần giống như những nhà bản đồ học thời kỳ đầu vẽ nên các vùng đất chưa được khám phá, ghép nối một bức tranh rộng lớn từ những quan sát rời rạc. Ngay cả ngày nay, nhà giải phẫu bệnh chẩn đoán bệnh Alzheimer thường chỉ kiểm tra một số ít mẫu mô từ cơ quan có khoảng 86 tỷ tế bào thần kinh. Cửa sổ quan sát nhỏ hẹp ấy khiến phần lớn não bộ vẫn chưa được nhìn thấy.

Các nhà khoa học tại Trung tâm Não bộ Sudha Gopalakrishnan (SGBC), thuộc Viện Công nghệ Ấn Độ Madras (IIT-M), tin rằng họ đã có bước tiến lớn để thu hẹp khoảng trống đó. Họ tạo ra thứ mà họ mô tả là bản đồ 3D thân não người chi tiết nhất thế giới ở độ phân giải tế bào. Có tên ANCHOR, viết tắt của Atlas of Neurochemical Characterisation of the Human Brainstem with 3D Reconstruction (Bản đồ đặc trưng hóa hóa thần kinh thân não người bằng tái dựng 3D), bản đồ số này cho phép các nhà nghiên cứu đi từ ảnh MRI toàn bộ não đến từng tế bào thần kinh, đồng thời giữ nguyên vị trí chính xác của mọi cấu trúc.

Bản đồ kết hợp hơn 500 lát cắt mô từ não thai nhi, trẻ em và người trưởng thành. Tám dấu ấn hóa học, gọi là phương pháp nhuộm miễn dịch, giúp phân biệt các loại tế bào thần kinh hóa học khác nhau. Kết quả xác định hơn 200 cụm tế bào não và đường dẫn thần kinh trong thân não. Không giống các bản đồ phân tử đắt đỏ hơn, ANCHOR được xây dựng từ ảnh kính hiển vi độ phân giải cao, nhờ đó việc lập bản đồ chi tiết ở cấp độ tế bào trở nên dễ tiếp cận và dễ mở rộng hơn.

Dự án được công bố tại Hội nghị chuyên đề Khoa học thần kinh BRICS lần thứ 3 năm 2026 ở IIT-Madras, với sự tham dự của các lãnh đạo chính phủ, giới học thuật và các tổ chức từ thiện. Lễ ra mắt đánh dấu cả một cột mốc khoa học lẫn vai trò ngày càng lớn của Ấn Độ trong lĩnh vực khoa học thần kinh toàn cầu.

Vì sao thân não vẫn là vùng biên cuối cùng của khoa học thần kinh

Thân não chỉ chiếm một phần nhỏ ở đáy não, nhưng lại duy trì sự sống. Nó nối não với tủy sống và điều khiển hô hấp, nhịp tim, huyết áp, giấc ngủ, trạng thái thức, thân nhiệt và vận động. Tổn thương ở những cụm tế bào nhỏ bên trong có thể gây hậu quả nghiêm trọng, nhưng cấu trúc dày đặc của vùng này từ lâu đã cản trở nỗ lực lập bản đồ chi tiết.

Tiến sĩ Mihail Bota, nhà khoa học cấp cao tại SGBC và là một trong những trưởng nhóm nghiên cứu của dự án, lưu ý rằng thân não còn là cầu nối thiết yếu giữa não và phần còn lại của cơ thể thông qua tủy sống. Nơi đây chứa 10 trong số 12 dây thần kinh sọ và giữ vai trò quan trọng trong các chức năng tự chủ, điều hòa cảm xúc và hành vi có chủ đích.

Việc lập bản đồ vùng này đặc biệt khó khăn vì hàng nghìn tế bào thần kinh và đường dẫn sợi thần kinh chen chúc trong một không gian nhỏ. Cấu trúc này rất không đồng nhất. Các nhân thần kinh và trung tâm điều khiển khác nhau xuất hiện rồi biến mất chỉ trong những khoảng cách rất ngắn. Do không thể sinh thiết thân não an toàn ở bệnh nhân còn sống, các nhà nghiên cứu phải dựa vào mô sau khi chết, các lát cắt mỏng, phương pháp nhuộm, chụp ảnh và tái dựng bằng máy tính. Công việc chậm rãi, tỉ mỉ này đã hạn chế quy mô và mức độ chi tiết của những bản đồ trước đây.

Các nhà khoa học đã lập bản đồ não của một số loài động vật với độ chi tiết đáng kinh ngạc, nhưng hiểu biết về não người vẫn còn hạn chế tương đối do thiếu các nghiên cứu chi tiết về mô não người. Mỗi bộ não người là độc nhất, trong khi các rào cản về đạo đức, kỹ thuật và hậu cần khiến việc nghiên cứu con người trên quy mô lớn trở nên khó khăn. ANCHOR góp phần thu hẹp khoảng trống đó bằng cách cung cấp bản đồ tham chiếu độ phân giải cao được xây dựng trực tiếp từ mô người.

Xây dựng ANCHOR: Từ 500 lát cắt đến bản đồ số

Nhóm ANCHOR phát triển một nền tảng chụp ảnh và xử lý não bộ hiệu suất cao, có khả năng chuyển toàn bộ não người thành cơ sở dữ liệu 3D ở độ phân giải tế bào. Quy trình bắt đầu sau khi não hiến tặng được tiếp nhận và xử lý trong những khoảng thời gian được kiểm soát chặt chẽ. Thân não, được Giáo sư Mohanasankar Sivaprakasam, người đứng đầu SGBC, mô tả là có hình dáng gần giống củ cà rốt, được cắt thành các lát chỉ dày 10 đến 20 micron. Một micron bằng khoảng một phần năm độ rộng của sợi tóc người, nên mỗi lát cắt cực kỳ mỏng.

Sau đó, các lát cắt được xử lý hóa học và sinh học trước khi lập bản đồ và chú giải bằng kỹ thuật số. Các công cụ chụp ảnh trí tuệ nhân tạo tiên tiến cùng hệ thống tính toán hiệu năng cao căn chỉnh các lát cắt chính xác đến mức có thể tái dựng thân não ban đầu trong không gian ba chiều. Khoảng 20 nhà khoa học đã dành 18 tháng phân tích thủ công hơn 200 lát cắt não, kết hợp ảnh MRI, giải phẫu vi thể và tái dựng 3D thành một bản đồ duy nhất.

Tám phương pháp nhuộm miễn dịch bổ trợ cho nhau được áp dụng trên các lát cắt mô. Những dấu ấn hóa học này hoạt động như các bộ lọc, làm nổi bật những loại tế bào thần kinh hóa học khác nhau. Kết quả là một nguồn dữ liệu đa phương thức kết hợp MRI, chụp ảnh bề mặt khối mô và mô học ở độ phân giải tế bào. Các nhà nghiên cứu có thể khảo sát bất kỳ vị trí nào trong thân não ở nhiều độ phân giải và với các phương pháp nhuộm khác nhau, qua đó làm lộ rõ những chi tiết giải phẫu và hóa học vốn có thể bị che khuất.

Não dùng cho việc lập bản đồ ở độ phân giải tế bào như thế này phải được thu nhận và xử lý theo những điều kiện nghiêm ngặt. Nhóm nghiên cứu phải xây dựng các quy trình chuyên biệt để bảo toàn tính nguyên vẹn của mô và loại bỏ cặn máu có thể ảnh hưởng đến việc chụp ảnh. Công việc đòi hỏi chuyên môn của các nhà khoa học thần kinh, nhà giải phẫu thần kinh, chuyên gia mô học, chuyên gia chụp ảnh và nhà khoa học tính toán.

Nối liền khoảng cách giữa ảnh quét toàn não và từng tế bào

Khoa học thần kinh hiện đại từ lâu hoạt động trong hai thế giới tách biệt. MRI cho thấy toàn bộ não nhưng thiếu chi tiết tế bào. Kính hiển vi cho thấy từng tế bào, nhưng chỉ trong những lát cắt riêng lẻ. Mối liên hệ không gian giữa các lát cắt với cấu trúc lớn hơn thường bị mất đi. Khoảng trống đó khiến bác sĩ lâm sàng và các nhà nghiên cứu không thể đối chiếu hình ảnh não trên phim quét với hình ảnh não dưới kính hiển vi.

ANCHOR tìm cách thu hẹp khoảng cách này. Người dùng có thể phóng to từ toàn bộ thân não trên ảnh MRI xuống đến từng neuron mà vẫn giữ nguyên mối liên hệ không gian chính xác giữa chúng. Chính sự tích hợp này khiến bản đồ trở nên khác biệt. Đây không chỉ là một sơ đồ giải phẫu nữa, mà là cầu nối giữa chẩn đoán hình ảnh y khoa và bệnh lý học tế bào.

Tiến sĩ Rebecca Folkerth, nhà giải phẫu bệnh thần kinh liên kết với Trường Y Harvard và Đại học New York, đã cộng tác với nhóm SGBC. Bà đã kiểm tra hàng nghìn bộ não trong hơn ba thập kỷ. Bà mô tả nguồn tư liệu mới này là hiện thực hóa một ước mơ nghề nghiệp ấp ủ từ lâu.

Những gì trung tâm ở Ấn Độ tạo ra về cơ bản chính là điều tôi mơ ước từ đầu sự nghiệp: các bản chụp não có thể khớp với giải phẫu vi thể của não.

Tiến sĩ Shubha Tole, nhà khoa học thần kinh Ấn Độ tại Viện Nghiên cứu Cơ bản Tata, mô tả dự án là một "sự tích hợp chưa từng có" giữa kỹ thuật, khoa học thần kinh và y học. Bà cho biết chương trình đưa Ấn Độ vào bàn đối thoại quốc tế.

Tiến sĩ Partha Mitra, nhà khoa học nghiên cứu não tại Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor, người góp phần thiết kế và xây dựng chương trình mô học não người của IIT Madras, cho biết các bản đồ não chi tiết có thể tạo ảnh hưởng mang tính chuyển đổi đối với nghiên cứu bệnh thần kinh, bằng cách cho thấy từng tế bào một, não bị ảnh hưởng bởi các tình trạng như bệnh Alzheimer hay tự kỷ khác với não khỏe mạnh ra sao.

Từ bệnh Parkinson đến đột quỵ: ANCHOR có thể hé lộ điều gì

Bản đồ này không phải công cụ chẩn đoán. Giá trị lớn nhất của nó nằm ở những câu hỏi mà nó có thể giúp các nhà khoa học đặt ra. Bằng cách so sánh bản đồ thân não khỏe mạnh với mô bệnh, các nhà nghiên cứu có thể hiểu rõ hơn về nhiều rối loạn, từ bệnh Parkinson, đột quỵ đến bệnh Alzheimer và hội chứng đột tử ở trẻ sơ sinh, hay SIDS.

Bệnh Parkinson có liên quan đến tình trạng mất dần các tế bào thần kinh sản xuất dopamine ở chất đen, một cấu trúc nằm trong thân não. Đột quỵ có thể làm tổn thương mô theo những cách chưa được hiểu đầy đủ. Bệnh Alzheimer cũng được cho là có liên quan đến những thay đổi ở các vùng thân não. Các bản đồ chính xác hơn có thể giúp bác sĩ phẫu thuật thần kinh tự tin hơn khi thao tác tại một trong những vùng nhạy cảm nhất của não.

Tiến sĩ Folkerth lấy đột quỵ làm ví dụ. Bà cho biết bản đồ đã phát hiện những đặc điểm mới có thể giúp bác sĩ bảo tồn mô não bị tổn thương nhưng chưa đến mức không thể phục hồi, qua đó có khả năng cải thiện kết quả điều trị cho bệnh nhân.

Tiến sĩ Mitra cũng lưu ý rằng những bản đồ như ANCHOR có thể giúp giải thích cách các bệnh nhiễm trùng, bao gồm Covid-19, gây tổn thương thần kinh kéo dài. Vì thân não kiểm soát các chức năng như hô hấp và trạng thái tỉnh táo, việc tìm hiểu tác động của virus hoặc tình trạng viêm lên tế bào tại đây có thể mở ra hướng nghiên cứu mới về các tình trạng hậu nhiễm trùng.

Các ứng dụng khác có thể bao gồm y học giấc ngủ, rối loạn phát triển và nghiên cứu những thay đổi liên quan đến tuổi tác. Thân não bắt đầu phát triển từ rất sớm trong quá trình hình thành phôi và nhanh chóng thiết lập các kết nối thần kinh trọng yếu khi thai nhi còn trong bụng mẹ. Về sau, một số cấu trúc thân não bắt đầu mất tế bào thần kinh. Hiểu được những thay đổi bình thường trong quá trình phát triển và lão hóa là điều thiết yếu trước khi các nhà nghiên cứu có thể xác định điều gì bất thường trong bệnh tật.

Khoa học mở, hợp tác toàn cầu và lễ ra mắt tại BRICS

ANCHOR được công bố tại Hội nghị chuyên đề Khoa học thần kinh BRICS lần thứ 3 năm 2026, diễn ra từ ngày 5 đến ngày 7 tháng 6 tại IIT Madras. Hội nghị quy tụ các nhà khoa học thần kinh, bác sĩ lâm sàng, học giả và nhà nghiên cứu từ các nước BRICS. Buổi ra mắt có sự tham dự của Giáo sư Ajay Kumar Sood, Cố vấn Khoa học chính của Chính phủ Ấn Độ, với tư cách khách mời danh dự. Những người có mặt còn có Kris Gopalakrishnan, đồng sáng lập Infosys và nhà tài trợ lớn của SGBC; Giáo sư V. Kamakoti, Giám đốc IIT Madras; và Giáo sư Mohanasankar Sivaprakasam, người đứng đầu SGBC.

Giáo sư Sood phát biểu tại sự kiện và cho biết các bản đồ có thể giúp xác định những quần thể tế bào cụ thể bị ảnh hưởng trong các tổn thương thân não, điều có thể mang ý nghĩa quan trọng đối với ứng dụng lâm sàng. Ông gọi dự án là thành tựu lớn trong lĩnh vực sinh học thần kinh và biểu dương trung tâm vì đã kết nối các tổ chức, quốc gia và ngành khoa học.

Đây là một thành tựu đáng kể trong lĩnh vực sinh học thần kinh. Đây là một khuôn khổ đa phương thức tích hợp MRI, mô học và cấu trúc hóa học chi tiết. Những bản đồ này sẽ chi tiết và toàn diện nhất về thân não người, đồng thời sẽ được cung cấp công khai dưới dạng kỹ thuật số.

Dự án cũng dựa vào các cơ sở y tế Ấn Độ để tiếp cận nguồn mô. CMC Vellore, Trường Cao đẳng Y khoa Chính phủ Kilpauk, Viện Giáo dục Đại học và Nghiên cứu Sri Ramachandra, cùng MediScan Systems đã hỗ trợ thu nhận não từ những người ở nhiều độ tuổi và hoàn cảnh khác nhau. Sự hợp tác giữa bệnh viện, kỹ sư và nhà khoa học thần kinh đóng vai trò thiết yếu trong việc tạo ra bản đồ.

Các nhà nghiên cứu đã cung cấp công khai ANCHOR trên trang web anchor.humanbrain.in. Quyền truy cập mở là trọng tâm trong thiết kế dự án. Nhóm nghiên cứu muốn bản đồ trở thành hạ tầng dùng chung thay vì nguồn tư liệu nội bộ hạn chế.

Sứ mệnh rộng lớn hơn: Lập bản đồ 100 bộ não ở các giai đoạn sống và tình trạng bệnh

ANCHOR là một phần trong nỗ lực rộng lớn hơn của SGBC nhằm tạo ra các bản đồ não người toàn diện ở độ phân giải tế bào, bao quát những giai đoạn sống và tình trạng thần kinh khác nhau. Năm 2024, trung tâm công bố DHARANI, bản đồ chi tiết về não thai nhi đang phát triển. Các nhà nghiên cứu hiện đang thực hiện thêm những bản đồ về tam cá nguyệt thứ ba, giai đoạn đầu đời và nhiều bệnh thần kinh.

Một dự án đang triển khai là bản đồ chi tiết của não bị ảnh hưởng bởi đột quỵ do thiếu máu cục bộ, dự kiến được nhóm công bố trong năm tới. Trung tâm đặt mục tiêu chụp ảnh hơn 100 bộ não người nguyên vẹn, bao quát nhiều giai đoạn tuổi thọ và bệnh thần kinh, trong đó có bệnh Alzheimer và chứng sa sút trí tuệ, để xây dựng thư viện tham chiếu có thể cho thấy bệnh tật tái định hình não bộ như thế nào ở cấp độ từng tế bào.

Giáo sư Sivaprakasam cho biết thành tựu này vừa là dấu mốc khoa học vừa là bước phát triển mà y học và thực hành lâm sàng sẽ được hưởng lợi rất nhiều. Lần đầu tiên, bác sĩ lâm sàng có thể biết thân não trông như thế nào ở mức chi tiết, với độ phân giải cao hơn nhiều so với MRI hoặc CT. Ông kỳ vọng bản đồ sẽ được ứng dụng trong phẫu thuật não cùng nhiều lĩnh vực khác.

Trung tâm chủ yếu được tài trợ thông qua các khoản đóng góp nền tảng của Kris Gopalakrishnan, đồng sáng lập Infosys, và vợ ông là Sudha Gopalakrishnan. Trung tâm cũng nhận tài trợ từ các tổ chức tư nhân và tổ chức từ thiện, cùng khoản hỗ trợ khởi động từ Chính phủ Ấn Độ. Nhóm hiện có hơn 200 nhà nghiên cứu, kỹ sư và kỹ thuật viên, làm việc với các cộng tác viên từ khoảng 20 quốc gia.

Tôi hy vọng công trình này sẽ đóng góp quan trọng cho khoa học thần kinh thế giới. Ở Ấn Độ, chúng tôi ý thức rõ về khoa học và công nghệ với chi phí hợp lý, bởi suy cho cùng công nghệ phải phục vụ xã hội và người dân.

Giáo sư Vidita A. Vaidya, giáo sư cao cấp kiêm đồng chủ tịch Khoa Khoa học Sinh học tại Viện Nghiên cứu Cơ bản Tata, cho biết các nguồn tài liệu nghiên cứu truy cập mở như ANCHOR đóng vai trò then chốt trong thúc đẩy hợp tác quốc tế và đẩy nhanh khám phá khoa học. Bà nhận thấy Ấn Độ đang nổi lên thành một trung tâm nghiên cứu khoa học thần kinh quan trọng trên toàn cầu, với SGBC giữ vai trò dẫn đầu trong giải phẫu thần kinh và mở rộng sang phiên mã không gian để bổ sung chi tiết phân tử lên các bản đồ tế bào.

Điểm chính

• Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Não bộ Sudha Gopalakrishnan thuộc IIT Madras đã công bố ANCHOR, bản đồ 3D miễn phí về thân não người ở độ phân giải tế bào.
• Bản đồ kết hợp MRI, mô học độ phân giải cao và tám dấu ấn hóa thần kinh trên hơn 500 lát cắt mô từ não thai nhi, trẻ em và người trưởng thành.
• Bản đồ xác định hơn 200 nhân thân não và bó sợi thần kinh, cho phép các nhà khoa học đi từ ảnh quét toàn não xuống đến từng tế bào thần kinh.
• Thân não kiểm soát hô hấp, nhịp tim, huyết áp, giấc ngủ, trạng thái thức và vận động, khiến bản đồ chi tiết trở nên thiết yếu đối với nghiên cứu lâm sàng.
• Các ứng dụng tiềm năng gồm nghiên cứu bệnh Parkinson, đột quỵ, bệnh Alzheimer, rối loạn giấc ngủ, SIDS và lập kế hoạch phẫu thuật thần kinh.
• ANCHOR hiện là nguồn tư liệu phục vụ nghiên cứu, không phải công cụ chẩn đoán; công trình được công bố dưới dạng bản tiền ấn phẩm trên bioRxiv và đang chờ bình duyệt.
• SGBC dự định lập bản đồ hơn 100 bộ não người nguyên vẹn ở các giai đoạn sống và trong các bệnh thần kinh, tiếp nối những công trình trước đó như bản đồ não thai nhi DHARANI.