“Ăn” hay “Trốn”? NTHU Giải Mã Mã Khứu Giác của Não Ruồi Giấm

(SeaPRwire) –   HSINCHU, Đài Loan, ngày 15 tháng 8 năm 2025 — Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Não bộ tại National Tsing Hua University (NTHU) ở Đài Loan, Ann-Shyn Chiang (江安世), Giáo sư của Viện Khoa học Thần kinh Hệ thống, Chung-Chuan Lo (羅中泉), và Giáo sư Chủ nhiệm Xuất sắc của Khoa Vật lý, Ting-Kuo Lee (李定國), đã dẫn đầu một nhóm đa ngành khám phá ra cách ruồi giấm (Drosophila melanogaster) nhanh chóng quyết định “ăn” hay “trốn”. Nghiên cứu cho thấy não của chúng truyền tín hiệu khứu giác thông qua một mạng lưới thần kinh hỗn hợp, sử dụng các tế bào thần kinh “đa năng” để xử lý các mùi phổ biến như pheromone và hương hoa, và các tế bào thần kinh “chuyên biệt” để xử lý các mùi liên quan đến thực phẩm quan trọng nhất.

Các nhà khoa học từng tin rằng kết nối thần kinh trong não ruồi giấm là ngẫu nhiên. Tuy nhiên, Ann-Shyn Chiang đã phát hiện ra rằng những kết nối này không chỉ bao gồm các thành phần ngẫu nhiên mà còn có các “đường chuyên biệt” chuyên dụng — các con đường chính xác và hiệu quả chịu trách nhiệm xử lý thông tin quan trọng hơn. Những phát hiện này làm sáng tỏ các cơ chế tính toán thần kinh của não côn trùng và có thể mở đường cho các ứng dụng trong tương lai kết nối khoa học não bộ và trí tuệ nhân tạo. Nghiên cứu gần đây đã được công bố trên Science Advances, một tạp chí quốc tế hàng đầu.

Thể nấm, nằm ở trung tâm não của ruồi giấm, là trung tâm quan trọng để xử lý thông tin cảm giác và hỗ trợ học tập và trí nhớ. Trong hai thập kỷ qua, các nhà khoa học đã có những quan điểm khác nhau về kết nối thần kinh của thể nấm. Người đoạt giải Nobel Richard Axel (2004, Sinh lý học hoặc Y học) đã phân tích khoảng 10% các tế bào thần kinh có liên quan và kết luận rằng các kết nối thần kinh là ngẫu nhiên. Mặt khác, Ann-Shyn Chiang đã lập luận rằng có thể có các mẫu kết nối cụ thể trong não của ruồi giấm.

Chiang, một nhà thần kinh học nổi tiếng và Viện sĩ của Academia Sinica, đã dẫn đầu một nhóm nghiên cứu tại NTHU sử dụng phân tích kết nối thần kinh, công nghệ hình ảnh in vivo và mô phỏng máy tính để nghiên cứu tập dữ liệu hemibrain. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng kết nối giữa các dây thần kinh khứu giác và các tế bào thần kinh trung ương không hoàn toàn ngẫu nhiên cũng không hoàn toàn rập khuôn, mà tuân theo một mô hình hỗn hợp kết hợp cả các đặc điểm ngẫu nhiên và rập khuôn. Các cụm thần kinh cụ thể thể hiện sự ưu tiên rõ ràng cho các đối tác kết nối, mã hóa các mùi khác nhau thông qua cả các mô hình phân tán và hội tụ, cân bằng độ nhạy và tính đa dạng của nhận dạng khứu giác.

Thể nấm trong não của ruồi giấm hoạt động giống như một bộ xử lý trung tâm (CPU) thu nhỏ, tích hợp các loại đầu vào cảm giác khác nhau để giúp ruồi giấm đưa ra quyết định trong môi trường phức tạp, chẳng hạn như tránh rủi ro, tìm kiếm thức ăn hoặc tìm bạn đời.

Nhóm nghiên cứu tại NTHU phát hiện ra rằng các tế bào thần kinh khứu giác của ruồi giấm được chia thành hai loại chức năng: “chuyên gia” và “đa năng”. Các tế bào thần kinh đa năng có thể phản ứng với nhiều loại mùi — bao gồm thức ăn, pheromone, hoa và cây cối — và khuếch tán tín hiệu đến nhiều mạch thần kinh đồng thời, giống như một đài phát thanh. Ngược lại, các tế bào thần kinh chuyên gia chỉ quản lý các mùi quan trọng, chẳng hạn như các mùi liên quan đến thực phẩm như trái cây. Chúng hoạt động giống như một đường dây điện thoại chuyên dụng, tập trung thông tin chính trực tiếp đến các tế bào thần kinh được chỉ định.

Giáo sư Chung-Chuan Lo, từ Viện Khoa học Thần kinh Hệ thống, giải thích thêm rằng các kết nối thần kinh hỗn hợp ở ruồi giấm giống như một mật khẩu mạnh — một mật khẩu kết hợp giữa tính ngẫu nhiên và trật tự. “Giống như cách một mật khẩu lý tưởng kết hợp các từ quen thuộc với các ký tự ngẫu nhiên, chẳng hạn như thêm số hoặc ký hiệu vào tên, cấu trúc có vẻ phi logic lúc đầu, nhưng nó vừa dễ nhớ vừa khó giải mã,” Lo nói.

Ann-Shyn Chiang lưu ý rằng việc phát hiện ra các kết nối thần kinh hỗn hợp ở ruồi giấm, kết hợp cả các đặc điểm ngẫu nhiên và có trật tự, làm sáng tỏ cách não phân phối và tích hợp thông tin. Nó cũng được kỳ vọng sẽ mang lại những hiểu biết mới về việc điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh như chứng mất trí nhớ và bệnh Parkinson, cũng như cung cấp nguồn cảm hứng cho việc thiết kế và ứng dụng các mạng nơ-ron AI.

Các tác giả đầu tiên của bài báo là Li-Shan Cheng (鄭力珊), một sinh viên thạc sĩ từ Khoa Vật lý, và Ching-Che Charng (強敬哲), một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Viện Khoa học Thần kinh Hệ thống. Các tác giả tương ứng là Giáo sư Chủ nhiệm Xuất sắc Ann-Shyn Chiang, Giáo sư Chung-Chuan Lo và Giáo sư Chủ nhiệm Xuất sắc của Khoa Vật lý Ting-Kuo Lee. Nhóm nghiên cứu NTHU cũng bao gồm Kuan-Lin Feng (馮冠霖), một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Trung tâm Nghiên cứu Não bộ, và Ruei-Huang Chen (陳瑞煌), một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Khoa học Thần kinh. Feng chịu trách nhiệm nghiên cứu sinh học và hành vi của ruồi giấm, trong khi Chen sử dụng các thí nghiệm hình ảnh chức năng để quan sát cách thông tin khứu giác được truyền trong mạng lưới thần kinh.

Ann-Shyn Chiang chỉ ra rằng Li-Shan Cheng và Ching-Che Charng đã dẫn đầu phân tích lý thuyết cốt lõi của nhóm, trong khi Ruei-Huang Chen và Kuan-Lin Feng là các nhà khoa học chịu trách nhiệm thử nghiệm thực nghiệm. “Chìa khóa để làm sáng tỏ kết nối thần kinh của ruồi giấm là kết hợp hợp tác đa ngành trong vật lý, khoa học thần kinh và nghiên cứu hành vi,” Chiang nói.

Phòng thí nghiệm Não bộ và Trí tuệ của NTHU đã khởi xướng nghiên cứu về kết nối thần kinh của ruồi giấm với sự hợp tác của China Medical University (CMU) của Đài Loan, National Health Research Institutes, Academia Sinica và Kavli Institute for Brain and Mind Research tại University of California, San Diego. Dự án nhận được sự hỗ trợ từ Bộ Giáo dục Đài Loan, National Science and Technology Council (NSTC) và Peng Education and Welfare Foundation.

Liên hệ:
　Holly Hsueh
　NTHU
　(886)3-5162006
　hoyu@mx.nthu.edu.tw

Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Não bộ NTHU, Ann-Shyn Chiang (江安世, hàng trước bên phải), và Giáo sư Chung-Chuan Lo (羅中泉, hàng trước bên trái) của Viện Khoa học Thần kinh Hệ thống đã dẫn đầu một nhóm đa ngành để giải mã bộ não của ruồi giấm. Nhóm bao gồm Ruei-Huang Chen (陳瑞煌, từ hàng sau bên trái), một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Viện Khoa học Thần kinh Hệ thống của NTHU; Li-Shan Cheng (鄭力珊), một sinh viên thạc sĩ tại Khoa Vật lý của NTHU; Ching-Che Charng (強敬哲), một nghiên cứu sinh tiến sĩ từ Viện Khoa học Thần kinh Hệ thống; và Guan-Lin Feng (馮冠霖), một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Trung tâm Nghiên cứu Não bộ. (Ảnh: National Tsing Hua University)

“`