Đột phá nghiên cứu não sơ sinh bằng kỹ thuật fNIRS
Phòng nghiên cứu thí nghiệm Babylab tại Đại học Birkbeck, Anh hiện đang tuyển dụng trẻ sơ sinh từ 0 đến 12 tháng tuổi chẩn đoán mắc Hội chứng rối loạn phổ tự kỷ (ASD) cho nghiên cứu mang tên NEST. Đây là một trong những trung tâm hàng đầu thế giới chuyên nghiên cứu về trẻ sơ sinh. Chủ dự án do nữ tiến sĩ Maheen Siddiqui đứng đầu, sử dụng kỹ thuật tiên tiến có tên quang phổ học chức năng cận hồng ngoại, hay fNIRS nhằm nghiên cứu những gì xảy ra bên trong tế bào não của trẻ khi chúng nhìn vào các vật thể. Đặc biệt, nghiên cứu một enzyme trong các ty lạp thể, tức các nhà máy năng lượng siêu nhỏ có trong tế bào, nơi tạo năng lượng để duy trì sự sống cho con người. Thiết bị được dùng chiếu tia cận hồng ngoại vào trong não, đây là tia sáng có bước sóng đặc biệt, có thể đi qua xương, phần mềm, nhưng lại được máu hấp thụ.
Nghiên cứu não trẻ sơ sinh bằng kỹ thuật fNIRS
Cũng phải nói thêm rằng thế giới trẻ sơ sinh chứa đựng nhiều điều kỳ bí khoa học hiện vẫn chưa hiểu hết, chính điều này đã cản trở việc điều trị những căn bệnh nan y sau khi trẻ ra đời. Đôi khi chúng giống như một sinh linh nhỏ bé ngoài hành tinh, sống về đêm, huyền bí và hấp dẫn hoặc cảm nhận về thế giới khác xa người lớn. Ví dụ, Charles Darwin là một nhà nghiên cứu nổi tiếng trong lĩnh vực tự nhiên học của Anh đã từng ghi trong nhật ký của ông khi quan sát chi tiết về đứa con trai của mình. Darwin cho hay, khi được 66 ngày tuổi, một lần ông hắt hơi đã làm cho đứa trẻ giật mình. Cũng chính nhờ hành động này đã giúp Darwin phát triển lý thuyết tiến hóa nổi tiếng. Thậm chí, trong thế kỷ 19 và 20, nhiều nhà khoa học còn tin rằng trẻ sơ sinh không thể cảm nhận được đau là gì. Những gần đây, nhiều nghiên cứu hiện đại đã vẽ ra hình ảnh trẻ sơ sinh lanh lợi, nhạy cảm và thông minh. Đặc biệt, phát hiện thấy hơn một triệu kết nối thần kinh mới được tạo ra mỗi giây. Điều này cho thấy, não trẻ sơ sinh vô cùng bận rộn, nhất là khu vực nằm ngay sau tai, hay STS (superior temporal sulcus). Vùng màu vàng ở thái dương, nơi xuất phát các tín hiệu thị giác cung cấp cho hệ thống tế bào gương (Human Mirror Neuron System) của cơ thể.
Đầu những năm 2000, hầu hết các nghiên cứu ở trẻ sơ sinh là theo dõi các cử động mắt và phân tích kỹ càng từng hình ảnh một. Công nghệ khoa học thần kinh đã có những bước tiến vượt bậc, khám phá ra nhiều điều mới mẻ về trẻ sơ sinh. Tuy nhiên, ở người lớn, bộ não được nghiên cứu kỹ lưỡng nhưng ở trẻ sơ sinh, khoa học rất khó tiếp cận. Ngay cả máy quét MRI cũng khó áp dụng vì chúng liên tục di động. Việc dùng kỹ thuật fNIRS được xem là tối ưu, có thể đo được hoạt động ở cấp tế bào, bên trong ty thể. Cho tới nay, khoa học đã tìm thấy bằng chứng, sự khác biệt về chức năng ty lạp thể liên quan đến chứng tự kỷ. Cùng với nghiên cứu về mô não người chết, kỹ thuật fNIRS có thể tìm ra nguyên nhân mắc bệnh tự kỷ ở trẻ em.
Tương lai con người sẽ sớm phát hiện nguyên nhân gây tự kỷ và tác động của suy dinh dưỡng lên não trẻ
Dự án NEST hiện đang được triển khai ở nhóm trẻ sơ sinh dưới 1 tuổi. Nhóm đề tài thu thập thông tin nhờ máy chụp cộng hưởng từ MRI khi trẻ khi ngủ, sử dụng máy theo dõi hoạt động mắt và máy đo điện não đồ (EEG), và cả các máy theo dõi nhịp tim. Một trong những mục tiêu của Babylab là giải mã vì sao thần kinh của một số trẻ lại phát triển khác biệt, cả ở chiều tích cực lẫn tiêu cực. Ví dụ, làm thế nào mà có trẻ lại biểu đạt những thông tin quan trọng từ một mớ thông tin không quan trọng, đặc biệt là trong bối cảnh hỗn độn. Từ những khám phá này cho phép cha mẹ đưa ra những quyết định sáng suốt hơn, không chỉ nhấn mạnh vào tầm quan trọng của việc yêu thương mà còn quan tâm đến việc chăm sóc trẻ, tránh xa hành động thờ ơ, thù địch để lại những di hại lâu dài trong lòng con trẻ. Chẳng hạn, nghiên cứu về hiệu quả của màn hình cảm ứng đối với trẻ sơ sinh và trẻ lẫm chẫm biết đi cho thấy, việc sử dụng các thiết bị điện tử quá sớm sẽ ảnh hưởng đến giấc ngủ của trẻ, làm trẻ hay giật mình khi ngủ nhưng nó lại sớm phát triển của kỹ năng vận động cho trẻ.
Nghiên cứu não trẻ sơ sinh khám phá sớm dấu hiệu bệnh tự kỷ và ảnh hưởng của suy dinh dưỡng lên não trẻ.
Theo bà Lloyd-Fox, thành viên nhóm nghiên cứu ở Babylab, fNIRS được xem là hữu hiệu cho nghiên cứu nói trên, nhờ việc chiếu ánh sáng cận hồng ngoại qua hộp sọ của trẻ giúp các nhà nghiên cứu đo được mức oxy trong máu não. Biết được hình ảnh hoạt động của não, vì máu giàu oxy chảy vào các khu vực đang hoạt động mạnh. Nguyên thủy, fNIRS được Babylab sử dụng để nghiên cứu não bộ người trưởng thành nhưng nay dùng cho trẻ sơ sinh nên nó được cải tiến thêm. fNIRS được sử dụng thông qua một một chiếc mũ tiêu chuẩn, tức một dải băng màu đen rộng với dây cáp nối vào.
Nhờ mũ có chứa điện cực, người ta phát hiện thấy chỉ một ngày tuổi, trẻ sơ sinh đã kích hoạt bộ não xã hội của nó hoạt động, riêng não của nhóm trẻ sơ sinh từ 4 - 6 tháng tuổi nếu mắc bệnh tự kỷ thì khả năng đáp ứng với các tín hiệu xã hội kém so với nhóm khỏe mạnh. Đây là khám phá mới mẻ mà các nghiên cứu trước đây chưa phát hiện thấy. Tổng thể, kỹ thuật mới này làm tăng triển vọng phát hiện sớm một loạt các khác biệt về thần kinh, giúp phát hiện sớm mọi triệu chứng trước khi lộ ra bên ngoài. “Về mặt hành vi, rất khó phát hiện thấy trẻ có bị chứng tự kỷ hay không, hoặc bị ảnh hưởng do thiếu dinh dưỡng, hoặc bị chấn thương não khi còn sơ sinh, mà phải đến 2 hoặc 3 tuổi mới phát hiện ra, nhưng bằng kỹ thuật trên có thể phát hiện thấy khi trẻ mới và ba tháng tuổi”, bà Lloyd-Fox cho hay. Chưa hết thiết bị quang phổ fNIRS còn có chi phí rẻ hơn, cơ động hơn so với máy quét MRI, rất phù hợp cho các nghiên cứu về trẻ sơ sinh ở các nước đang phát triển.
Năm 2012, một phòng khám ở Gambia đã được Babylab hỗ trợ để sử dụng kỹ thuật fNIRS nghiên cứu trẻ em và sau đó nhiều nước châu Phi đã được Babylab giúp đỡ. Cũng qua ứng dụng kỹ thuật fNIRS của Babylab, các nhà khoa học phát hiện thấy 25% trẻ em Gambia bị suy dinh dưỡng nặng. Babylab đã sử dụng quang phổ hồng ngoại để nghiên cứu ảnh hưởng suy dinh dưỡng đối với trẻ sơ sinh ở Gambia.
Theo bà Lloyd-Fox, một trong những câu hỏi mà dư luận đang quan tâm, suy dinh dưỡng ảnh hưởng thế nào đến não? Đây là câu hỏi đang được coojgn đồng y học quan tâm bởi ngay cả với người lớn khoa học vẫn chưa hiểu hết, không biết chính xác vùng nào của não bị ảnh hưởng. Tại Anh, Babylab hiện đang xây dựng một phòng thí nghiệm hoàn chỉnh dùng để nghiên cứu về ảnh hưởng suy dinh dưỡng đối với não ở trẻ nhỏ, kể cả bệnh tự kỷ, giúp giải mã các vấn đề trên, đồng thời khắc phục sớm nạn suy dinh dưỡng ở trẻ.
