สมองของเราซับซ้อนแค่ไหนกันนะ? ทำไมมันถึงกำหนดความคิดและการกระทำของเราได้หมดเลย? ปริศนานี้อาจถูกไขได้ในไม่ช้า เพราะล่าสุด ฮาร์วาร์ดร่วมมือกับกูเกิล เบิกทางสร้างแผนที่สมองของมนุษย์แบบ 3 มิติได้สำเร็จแล้ว
ย้อนไปเมื่อสิบปีก่อน ดร.เจฟฟ์ ลิตช์แมน ศาสตราจารย์ด้านอณูชีววิทยาและเซลล์ มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ได้รับตัวอย่างสมองขนาดเล็กเข้ามาในห้องทดลองของเขา สมองนั้นมีขนาดเล็กมากเพียงประมาณ 1 ลูกบาศก์มิลลิเมตรหรือเล็กกว่าเมล็ดข้าว แต่ข้างในบรรจุเซลล์ไว้กว่า 57,000 เซลล์ หลอดเลือด 230 มิลลิเมตร และไซแนปส์ (Synapse; จุดประสานประสาท) กว่า 150 ล้านเส้น
ดร.ลิตซ์แมน กับทีมเก็บข้อมูลจากมันมาได้กว่า 1,400 เทราไบต์ หรือเทียบเท่าเนื้อหาของหนังสือมากกว่า 1 พันล้านเล่ม และข้อมูลนี้ กำลังจะกลายเป็น ‘แผนที่สมอง’ ที่ละเอียดที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยสร้างขึ้น
วิธีการคือ เขากับทีมจะตัดตัวอย่างเนื้อเยื่อออกเป็นชิ้นบางๆ โดยใช้มีดที่มีใบมีดเป็นเฟชร แล้วนำส่วนต่างๆ ฝังในเรซินแข็ง แล้วจึงหั่นอีกครั้งเป็นชิ้นบางๆ อีก “มันมีขนาดเพียงประมาณ 30 นาโนเมตร หรือเพียงประมาณ 1 ใน 1,000 ส่วนของความหนาของเส้นผมของมนุษย์ เราจึงแทบไม่สามารถมองเห็นมันได้เลย” ดร.ดร.ลิตซ์แมน กล่าว
สุดท้ายเมื่อได้ชิ้นส่วนมาหลายพันชิ้น ก็นำมาเรียงกันเป็นแผ่นฟิล์ม โดย ดร.ลิตซ์แมน อธิบายว่า ถ้าถ่ายรูปแต่ละส่วนและจัดเรียง ก็จะกลายเป็นชิ้นส่วนสามมิติของสมอง ซึ่งเล็กในระดับจุลภาคเท่านั้น แต่ด้วยข้อมูลเยอะขนาดนี้ พื้นที่ที่จะใช้ในการเก็บก็ต้องมีจำนวนมากเช่นกัน พวกเขาจึงเริ่มต้องมองหาความช่วยเหลือ
ดร.ลิตซ์แมน พอรู้มาว่ากูเกิลกำลังทำโครงการเกี่ยวกับการทำแผนที่ดิจิทัลของสมองของแมลงวันทอง ทำให้พวกเขามีฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ที่เหมาะสมกับโครงการของเขา เขาจึงได้ติดต่อหา ไวเรน เจน นักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสของกูเกิล โดยไวเรนระบุว่า ข้อมูลจาก ดร.ลิตซ์แมน มีรูปภาพแยกกันกว่า 300 ล้านภาพ และถูกถ่ายด้วยความละเอียดสูง
หลังจากนั้น นักวิทยาศาสตร์ที่กูเกิลก็ได้ใช้ AI ช่วยประมวลผลและวิเคราะห์ เพื่อระบุว่าเซลล์แต่ละภาพคืออะไร และเชื่อมโยงกันยังไง จนได้ผลลัพธ์ออกมาเป็นแบบจำลอง 3 มิติของเนื้อเยื่อสมอง ซึ่งเป็นชุดข้อมูลโครงสร้างสมองมนุษย์ที่ใหญ่ที่สุด และละเอียดที่สุดเท่าที่เคยมีมา
Google ได้เผยแพร่โครงสร้างนี้ลงบนออนไลน์ ในชื่อ ‘Neuroglancer’ และงานศึกษานี้ยังได้ตีพิมพ์ในวารสาร Science โดย ดร.ลิตซ์แมน กับไวเรนเป็นผู้เขียนร่วมกัน
กระบวนการเหล่านี้ ทำให้เราเห็นภาพของโครงสร้างสมองนี้ได้ชัดขึ้น โดยแต่ละส่วนมีสีที่ต่างกันไปอย่างชัดเจน ซึ่งไวเรนอธิบายว่า “สีต่างๆ นี้มันเกิดขึ้นเองโดยไม่มีเหตุผลเลย” พร้อมย้ำว่าที่เห็นอยู่คือเซลล์ประสาทจริงๆ ที่มีในสมอง พวกเขาไม่ได้สร้างมันขึ้นมาเอง เพียงแต่แค่ทำให้คนสามารถเข้าถึงได้สะดวกขึ้นเพื่อศึกษาพวกมันเพิ่มเติม
จุดที่น่าสนใจและน่าประหลาดใจ คือเซลล์ประสาทเหล่านี้ไม่ได้สร้างการเชื่อมต่อกันเพียงจุดเดียว แต่กลับจับคู่กันมากกว่า 50 คู่ ไวเรนเปรียบเทียบว่า “เหมือนกับว่ามีบ้าน 2 หลังที่อยู่บนบล็อกเดียวกัน แล้วมีสายโทรศัพท์แยกกันกว่า 50 เส้นที่เชื่อมโยงบ้าน 2 หลังนี้เข้าด้วยกัน ซึ่งเราก็ไม่รู้ว่ามันเกิดอะไรขึ้น ทำไมมันถึงเชื่อมโยงกันแน่นหนาขนาดนี้ และยังไม่รู้ว่าหน้าที่ของมันคืออะไร ซึ่งจะต้องศึกษาเพิ่มเติมต่อไป”
ดร.ลิตซ์แมน ระบุว่า การได้ศึกษาโครงสร้างสมองในระดับที่ละเอียดขนาดนี้ อาจทำให้นักวิจัยเข้าใจถึงสภาวะทางการแพทย์บางอย่าง เพราะจะทำให้เราอธิบายความเป็นไปของสมองได้มากขึ้น เช่น อาจอธิบายได้ว่าสมองที่ปกติแตกต่างจากสมองที่ผิดปกติอย่างไร เช่น พบโรคทางจิตเวช หรือค้นพบความผิดปกติทางพัฒนาการ เช่น เห็นสเปกตรัมของออทิสติก”
อย่างไรก็ดี ตอนนี้มนุษย์ก็คงไม่สามารถค้นพบความลับส่วนใหญ่ของสมองได้ ทีมงานจึงตัดสินใจนำข้อมูลนี้มาแบ่งปันทางออนไลน์ เพื่อให้ทุกคนเข้าถึงได้ และนำไปสู่การศึกษาทำความเข้าใจเพิ่มเติม เพื่อประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์และทางการแพทย์ในอนาคต
เป้าหมายต่อไปของโครงการนี้คือการสร้าง ‘แผนที่สมองของหมูแบบเต็ม’ ซึ่งต้องใช้ข้อมูลมากกว่าตัวอย่างสมองมนุษย์ถึง 500-1,000 เท่า ซึ่งเจฟฟ์เชื่อว่าหากทำได้สำเร็จ ก็จะเป็นการเผยให้เห็นถึงความเชื่อมโยงของสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และจะช่วยตอบคำถามมากมายที่เราสงสัยอยู่เกี่ยวกับการทำงานของสมองได้
แต่ถ้าจะทำ ‘แผนที่สมองของมนุษย์แบบเต็ม’ แล้วล่ะก็ ดร.ลิตซ์แมน เล่าว่ามันจะต้องมีขนาดใหญ่กว่านี้อีก 1,000 เท่า หรือเท่ากับ 1 เซตตะไบต์ ซึ่งเทียบเท่ากับขนาดของการรับส่งข้อมูลบนอินเทอร์เน็ตทั้งปี 2016 ซึ่งการจะทำให้เป็นจริงได้ จะต้องเชิญทั้งอุปสรรคในการหาที่จัดเก็บข้อมูล และต้องได้รับการยอมรับทางจริยธรรมในการหาสมองของมนุษย์ที่เก่าแก่และถูกเก็บไว้อย่างดีมาใช้งาน
มิเชล เบียนคาวสกี ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านสรีรวิทยาและประสาทวิทยาศาสตร์จาก Keck School of Medicine ของมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียตอนใต้ ให้ความเห็นกับงานศึกษานี้ว่าเขารู้สึกว่ามันยอดเยี่ยมมาก “การวิจัยนี้มีความสำคัญมาในการเปิดเผยสิ่งที่ทำให้เราเป็นมนุษย์อย่างแท้จริง การจะฉายภาพของเซลล์ประสาทและเซลล์สมองเป็นสิ่งที่ท้าทายมากเพราะมันซับซ้อน” เขากล่าว
‘แผนที่สมอง’ ที่สร้างขึ้นได้สำเร็จในครั้งนี้ จึงจะเป็นเสมือนการเปิดประตูสู่การทำความเข้าใจสมองให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นในอนาคต เพราะสมองของมนุษย์ประกอบด้วยเซลล์หลายพันล้านเซลล์ อันเป็นพื้นฐานของความคิด ความจำ พฤติกรรม หากทำความเข้าใจมันได้ ก็จะมีการค้นพบใหม่ๆ เกิดขึ้น ที่อาจให้คำตอบถึงโรคและความผิดปกติทางร่ายการเพื่อช่วยมนุษยชาติได้
