นักวิทยาศาสตร์เผยแผนที่ “สมองหนู” จิ๋วแต่แจ๋ว ซับซ้อนระดับกาแล็กซี !

ทีมนักวิทยาศาสตร์ในประเทศสหรัฐอเมริกา ได้สร้างแผนภาพแสดงการเชื่อมต่อของเส้นประสาทภายในสมองหนูทดลอง โดยหวังว่างานวิจัยชิ้นนี้ อาจช่วยให้เราเข้าใจโรคเกี่ยวกับสมองในมนุษย์ เช่น อัลไซเมอร์ ได้ดีขึ้น

สมอง เป็นอวัยวะที่มีความซับซ้อน โดยทีมวิจัยได้เปรียบเทียบสมองเหมือนกับ "ลูกบอลเส้นประสาทขนาดใหญ่” ที่เซลล์ประสาทแต่ละเส้น แม้พันกันอย่างยุ่งเหยิง แต่กลับสื่อสารกันได้อย่างลื่นไหล ซึ่งปัจจุบันนักวิจัยรู้จักโครงสร้างเหล่านี้แล้ว แต่ยังไม่รู้ว่าแต่เซลล์ประสาทแต่ละประเภท มีคุณสมบัติอะไรบ้าง หรือทำงานสอดประสานกันอย่างไร 

ทั้งนี้ ความคิด ความรู้สึก การมองเห็น การพูด และการเคลื่อนไหวของเรา เกิดขึ้นจากการทำงานของเซลล์ประสาทในสมอง ซึ่งจะถูกกระตุ้นและส่งสัญญาณถึงกัน นักวิจัยรู้ว่าสัญญาณเหล่านี้ เดินทางจากเซลล์ประสาทหนึ่งไปยังอีกเซลล์ประสาทหนึ่ง ตามเส้นใยที่เรียกว่า แอกซอน (axon) และ เดนไดรต์ (dendrite) โดยใช้ ไซแนปส์ (Synapse) เป็นเหมือนสะพานเชื่อมต่อ

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยยังมีความรู้น้อยมากเกี่ยวกับวงจรสมองในภาพรวม เช่น เซลล์ประสาทหนึ่งเซลล์ อาจเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายที่เชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทอื่น ๆ นับร้อยหรือนับพันเซลล์ เพื่อทำหน้าที่บางอย่าง และความผิดปกติของวงจรเหล่านี้ อาจเกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์ ออทิสติก หรือโรคอื่น ๆ ได้เช่นกัน

เพื่อหาคำตอบ พวกเขาจึงเลือกทำการวิจัย โดยใช้สมองหนูทดลอง โดยได้สร้างแผนที่การทำงานของสมองของหนู ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา ด้วยการเริ่มจากให้หนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม ให้เซลล์ประสาทเรืองแสงเมื่อทำงาน มาดูวิดีโอคลิปจากภาพยนตร์ต่าง ๆ ขณะวิ่งบนลู่วิ่ง 

จากนั้น นักวิจัยใช้กล้องจุลทรรศน์เลเซอร์ บันทึกการทำงานของเซลล์แต่ละเซลล์ในสมองส่วนการมองเห็นของหนู ขณะที่ประมวลผลภาพที่ฉายผ่านไปเพื่อศึกษาว่าเซลล์เหล่านี้สว่างขึ้น หรือทำงานอย่างไร เมื่อหนูดูวิดีโอต่าง ๆ

ขั้นตอนต่อไปคือการนำสมองของหนูตัวนั้น มาตัดเป็นส่วนเล็ก ๆ และวัดว่าเซลล์เหล่านี้เชื่อมต่อกันอย่างไร ทำให้ได้ข้อมูลทั้งโครงสร้างของสมองและการตอบสนองของเซลล์แต่ละเซลล์ ต่อสิ่งกระตุ้นทางสายตา

โดยทีมนักวิจัยได้วิเคราะห์เนื้อเยื่อสมองชิ้นเล็ก ๆ เหล่านั้น โดยใช้เครื่องมือพิเศษตัดเป็นชั้นบาง ๆ ออกมาได้ถึง 25,000 ชั้น ซึ่งแต่ละชั้นบางกว่าเส้นผมมนุษย์ และใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ถ่ายภาพความละเอียดสูงเกือบ 100 ล้านภาพ ของส่วนต่าง ๆ เพื่อให้เห็นเส้นใยชัดขึ้น

พวกเขายังได้สร้างแบบจำลองสามมิติ หรือ "ฝาแฝดดิจิทัล" ของข้อมูลนี้ เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ สามารถนำไปใช้ในการศึกษาเพิ่มเติม และเชื่อมโยงเข้ากับกิจกรรมสมองเดิมของหนู  พบว่าแผนที่นี้ แสดงการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาทถึง 84,000 เซลล์ ขณะที่พวกมันส่งสัญญาณถึงกัน

ภาพจาก Allen Institute

จากการศึกษาข้อมูลจำนวนมหาศาลนี้ สิ่งที่ค้นพบเบื้องต้นคือ เซลล์ประสาทบางชนิดสามารถลดกิจกรรมของสมองได้ในรูปแบบที่แตกต่างไปจากที่เคยคิดไว้ อย่างไรก็ตามการทำแผนที่สมองแบบนี้ก็ยังเป็นแค่ขั้นตอนพื้นฐาน เป้าหมายต่อไปคือการทำแผนที่สมองหนูทั้งหมด เพื่อการศึกษาที่กว้างขึ้น 

งานวิจัยชิ้นนี้ ตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 9 เมษายน 2025 ถือเป็นก้าวสำคัญในการไขความลับการทำงานของสมองเรา โดยนักวิจัยกล่าวว่าภาพของสมองหนู แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนและความละเอียดอ่อนที่น่าประทับใจ ให้ความรู้สึกเหมือนกำลังดูภาพถ่ายของกาแล็กซีที่กว้างใหญ่

แต่นี่ก็เป็นเพียงภาพถ่ายส่วนเล็ก ๆ ในอัตราส่วนเพียง 1/500 ของสมองหนูเท่านั้น หากความซับซ้อนเพียงเศษเสี้ยวของสมองหนูยังอัศจรรย์เพียงนี้ น่าคิดต่อว่าสมองมนุษย์ จะซ่อนเร้นความลับอันน่าค้นหาไว้มากมายเพียงใด? 

งานวิจัยนี้จึงมิใช่แค่การเปิดประตูสู่ความเข้าใจกลไกจิ๋วของสมองหนู แต่เป็นการจุดประกายความหวังอันยิ่งใหญ่ในการไขรหัสแห่งความคิด ความรู้สึก และอาจนำไปสู่การเยียวยาความเจ็บป่วยที่เกิดขึ้นได้ในที่สุด