Năm 1978, Anatoli Petrovich Bugorski, một nhà vật lý người Liên Xô vô tình thò đầu vào một cỗ máy gia tốc hạt đang chạy. Kết quả, một chùm bức xạ proton đã bắn xuyên qua đầu ông ấy, từ sau gáy, đi qua thùy chẩm, thùy thái dương trái, xuyên vào tai giữa rồi thoát ra ngoài bằng hốc mũi.
Trong khoảnh khắc đó, Bugorski được cho là đã nhìn thấy một tia sáng gấp 1.000 lần Mặt Trời, chịu đựng một liều bức xạ lên tới 300.000 roentgen, gấp 600 lần liều gây tử vong cho con người.
Các bác sĩ sau đó đã đưa Bugorski tới phòng chăm sóc giảm nhẹ, nơi ông được tiên lượng là sẽ tử vong trong vòng vài ngày. Nhưng điều kỳ diệu là: Ông ấy vẫn còn sống.
Không chỉ còn sống, Bugorski về cơ bản vẫn còn khỏe mạnh. Trí tuệ của ông không hề bị ảnh hưởng sau khi bị chùm tia bức xạ xuyên qua não.
Điều đó cho phép Bugorski ra viện, trở về phòng thí nghiệm và bật lại cỗ máy gia tốc hạt như chưa từng có chuyện gì xảy ra. Ông tiếp tục nghiên cứu phóng xạ, lấy bằng tiến sĩ và trở thành một biểu tượng mạnh mẽ cho nền khoa học thời kỳ Xô Viết.
Dẫu vậy, việc một chùm bức xạ xuyên qua đầu không phải là không để lại những di chứng nghiêm trọng. Trên thực tế, Bugorski đã bị điếc một bên tai trái. Một số lượng lớn tế bào não trái của ông đã bị phá hủy, dẫn đến những cơn động kinh thỉnh thoảng xuất hiện.
Bugorski bị liệt hoàn toàn một bên mặt, không thể cử động. Nhưng điều kỳ lạ là trong khi khuôn mặt bên phải của ông già đi theo năm tháng, phần mặt bên trái của Bugorski dường như đã vĩnh viễn "bị đóng băng" trong khoảnh khắc chùm proton xuyên qua vào năm 1978.
Da của nó không nhăn nheo, không xuất hiện vết đồi mồi. Mặc dù Bugorski hiện đã sống cho đến tuổi 82, khuôn mặt bên trái của ông ấy vẫn trông như năm 36 tuổi.
Một bên mặt trái của Anatoli Petrovich Bugorski đã bị đóng băng lại ở tuổi 36.
Mặc dù là một trường hợp sống sót hi hữu, câu chuyện của Bugorski nhắc nhở chúng ta rằng: Đừng bao giờ để một chùm bức xạ xuyên qua qua đầu của mình.
Chỉ trong các trường hợp cực chẳng đã, như xạ trị để điều trị ung thư, các bác sĩ mới đánh đổi việc phóng các chùm tia vào não bộ của bệnh nhân để tiêu diệt khối u và các tế bào bệnh.
Hậu quả của xạ trị là chùm tia sẽ giết chết cả các tế bào não khỏe mạnh xung quanh, khiến bệnh nhân nhẹ thì đau đầu, buồn nôn, nặng thì bị phù não và tổn thương thần kinh vĩnh viễn.
Thế nhưng, trong một nghiên cứu mới trên tạp chí Neurophotonics, một nhóm các nhà khoa học người Scotland lại đang cố gắng bắn một tia laser xuyên qua đầu 8 tình nguyện viên khỏe mạnh.
Tưởng tượng bạn cầm một chiếc bút laser, chiếu lên trán của mình rồi hứng lấy ánh sáng ở phía sau gáy. Trong điều kiện bình thường, rõ ràng, điều này là không thể. Vậy các nhà khoa học Scotland đã làm điều đó bằng cách nào? Và quan trọng hơn:
Họ làm thế để làm gì?
Trên thực tế, y học hiện đã có một kỹ thuật chụp ảnh não được gọi là phổ cận hồng ngoại chức năng (Functional Near-Infrared Spectroscopy - fNIRS). Trong đó, các bác sĩ cố gắng dùng các tia sáng có bước sóng 700-850 nm, đâm xuyên vào đầu người nhằm nhìn được chuyện gì đang xảy ra bên trong đó.
Nhưng vì ánh sáng cận hồng ngoại có bước sóng dài, năng lượng mà chúng mang theo rất thấp. Ví dụ theo công thức Planck-Einstein, năng lượng của một photon được tính bằng:
Một tia X có bước sóng khoảng 0.01 nm (tức 10^−11 m) sẽ có năng lượng gấp tới 80.000 lần so với một tia cận hồng ngoại bước sóng 800 nm. Đó là lý do tại sao tia X có thể xuyên qua đầu của chúng ta trong các phép chụp X quang và cắt lớp y tế, còn tia cận hồng ngoại fNIRS chỉ có khả năng đâm xuyên vài cm.
Chụp fNIRS vì vậy chỉ cho phép các bác sĩ nhìn được một lớp mạch máu và não gần với nền hộp sọ con người.
Thế nhưng đổi lại, lợi thế của phương pháp này là nó tuyệt đối an toàn.
Công nghệ chụp fNIRS hiện có khả năng đâm xuyên 2-3 cm vào trong hộp sọ.
Trong khi tia X có năng lượng cao, là tia bức xạ ion hóa - giống với bức xạ proton xuyên qua đầu nhà vật lý Liên Xô Bugorski, tia X có khả năng gây tổn hại cho tế bào não bộ - thì tia cận hồng ngoại được xác định là loại bức xạ không ion hóa, nghĩa là nó không có khả năng loại bỏ electron khỏi phân tử DNA, do đó không gây hại cho tế bào người.
Chụp ảnh não bộ bằng fNIRS vì vậy an toàn hơn nhiều so với chụp X-quang và chụp CT. Các nhà khoa học Scotland bây giờ đã tự hỏi: Liệu họ có thể khiến chụp não cận hồng ngoại fNIRS vừa an toàn, lại vừa có khả năng đâm xuyên tốt hơn, để nhìn được sâu hơn vào bên trong não bộ hay không?
Ý tưởng hóa ra có thể được thực hiện bằng một chiến lược đơn giản: Hi sinh một biến số, cụ thể là thời gian.
Thiết lập thí nghiệm của các nhà khoa học Scotland.
Nếu như một phép chụp X-quang ở bệnh viện diễn ra trong khoảng 5 phút, với thời gian vụt sáng của tia X thậm chí chưa tới 1 giây, thì các nhà khoa học Scotland đã cố gắng chiếu tia cận hồng ngoại và não bộ 8 tình nguyện viên liên tục 30 phút.
Khoảng thời gian gấp 1.800 lần dùng để thu hẹp lại khoảng cách năng lượng thấp hơn 80.000 lần của tia cận hồng ngoại so với tia X. Hơn nữa, các tia cận hồng ngoại này cũng được đẩy tới độ tập trung cao bằng một thiết bị laser.
Nó được chiếu ở một bên đầu trái của tình nguyện viên. Phía đối diện, các nhà khoa học đã phải sử dụng một hệ cảm biến sợi quang cực nhạy để bắt được chùm tia cận hồng ngoại khi nó đi xuyên qua não bộ của tình nguyện viên.
Dẫu vậy, chỉ có 1 trên 8 thí nghiệm trong trường hợp này là thành công - làm nổi bật độ khó của công nghệ. Đó là một người đàn ông da trắng, đầu trọc và đã cạo hết tóc.
Trong thí nghiệm mới, lần đầu tiên tia laser cận hồng ngoại đã đạt được tới độ đâm xuyên 16 cm, đủ để đi từ bên này sang bên kia hộp sọ người.
Nó đã cho phép các nhà khoa học lập được một bản đồ 3D của não bộ, điều mà từ trước đến nay, chỉ có chụp cắt lớp CT sử dụng tia X và chụp MRI làm được.
Những tia sáng mở ra sự sống
Bất chấp tỷ lệ thành công chỉ 12,5%, kết quả của thí nghiệm hiện vẫn hết sức ấn tượng.
Các nhà khoa học cho biết một khi hứng được tia laser cận hồng ngoại xuyên qua não bộ con người, họ đã sử dụng được nó để tái tạo một bản đồ não 3D cho người đàn ông đầu trọc.
Tấm bản đồ não này có khả năng tiết lộ các chấn thương não, cục máu đông gây đột quỵ và thậm chí khối u nếu có.
Bằng cách tăng số lượng chùm sáng laser và cảm biến sợi quang, các nhà khoa học tin rằng họ có thể chế tạo ra được một chiếc mũ giống mũ điện não đồ, cho phép dùng ánh sáng cận hồng ngoại để lập bản đồ chi tiết của não bộ, hoàn toàn không gây xâm lấn và an toàn tuyệt đối cho bệnh nhân.
Vì an toàn, chụp não cận hồng ngoại thường được sử dụng cho đối tượng là trẻ em.
Công nghệ chụp laser cận hồng ngoại bây giờ sẽ mở ra tiềm năng to lớn trong sinh học và y học, bởi nó có thể được áp dụng cho cả trẻ nhỏ và trẻ sơ sinh, những đối tượng có não bộ nhạy cảm nhất, chắc chắn sẽ bị ảnh hưởng nếu chụp X-quang hoặc chụp CT.
Bởi vậy, khác với những tia bức xạ ion đầy chết chóc đã đâm xuyên qua não bộ nhà khoa học Liên Xô Bugorski vào năm 1978, những chùm tia laser cận hồng ngoại bây giờ cũng đã có khả năng đâm xuyên não, nhưng chúng sẽ mở ra những tiềm năng to lớn cho các nghiên cứu y sinh, khả năng chữa trị bệnh tật và trên hết là sự sống.
