Các nhà khoa học thăm dò nguồn tín hiệu xung trong não đang ngủ
Bộ não của chúng tôi sóng chậm, sóng chậm là những xung tín hiệu nhịp nhàng quét qua não trong khi ngủ sâu và được cho là có vai trò trong các quá trình như củng cố bộ nhớ.
Một nghiên cứu mới - dựa trên việc thăm dò quang học bộ não còn nguyên vẹn của chuột sống dưới gây mê - đang giúp các nhà khoa học hiểu được mạch cơ bản của sóng chậm. Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã học được rằng sóng chậm bắt đầu trong vỏ não, phần não chịu trách nhiệm cho các chức năng nhận thức. Họ cũng phát hiện ra rằng một làn sóng như vậy có thể được thiết lập chuyển động bởi một cụm tế bào thần kinh nhỏ.
Nhà nghiên cứu, Giáo sư Arthur Konnerth, thuộc Đại học Technische Muenchen, cho biết:
Bộ não là một cỗ máy nhịp điệu, tạo ra tất cả các loại nhịp điệu mọi lúc. Đây là những chiếc đồng hồ giúp giữ nhiều phần của bộ não trên cùng một trang. Một máy chấm công như vậy tạo ra cái gọi là sóng chậm của giấc ngủ sâu, được cho là có liên quan đến việc biến các mảnh vỡ của một ngày trải nghiệm và học hỏi thành trí nhớ lâu dài. Chúng có thể được quan sát trong giai đoạn phát triển rất sớm và chúng có thể bị gián đoạn trong các bệnh như Alzheimer.
Một xung ánh sáng ngắn được truyền đến một cụm tế bào thần kinh cục bộ thông qua một sợi quang có thể tạo ra một làn sóng hoạt động của nơ-ron lan truyền trên toàn bộ vỏ não. Minh họa ở đây bằng mô hình máy tính của não chuột, thí nghiệm thực tế được thực hiện trên bộ não còn nguyên vẹn của một con chuột sống dưới gây mê. Tín dụng hình ảnh: Giáo sư Albrecht Stroh / Bản quyền Đại học Mainz
Nhóm nghiên cứu của Konnerth, có trụ sở tại Munich - hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Stanford và Đại học Mainz - đã sử dụng ánh sáng để kích thích sóng chậm và quan sát chúng một cách chi tiết chưa từng thấy. Một kết quả quan trọng đã xác nhận rằng sóng chậm chỉ bắt nguồn từ vỏ não, loại trừ các giả thuyết lâu đời khác.
Giáo sư Konnerth nói:
Phát hiện quan trọng thứ hai là trong số hàng tỷ tế bào trong não, không cần nhiều hơn một cụm từ năm mươi đến một trăm tế bào thần kinh trong một lớp sâu của vỏ não, được gọi là lớp 5, để tạo ra một làn sóng kéo dài qua toàn bộ não.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là ‘optogenetic, trong đó các nhà nghiên cứu chèn các kênh nhạy cảm ánh sáng vào các loại tế bào thần kinh cụ thể, để làm cho chúng phản ứng với kích thích ánh sáng. Điều này cho phép kích thích chọn lọc và xác định không gian của một số lượng nhỏ tế bào thần kinh vỏ não và thalamic.
Một kỹ thuật mới được gọi là optogenetic cho phép các nhà nghiên cứu chèn các kênh nhạy sáng vào các loại tế bào thần kinh cụ thể, được hiển thị màu xanh lá cây trong máy vi ảnh này. Các tế bào thần kinh khác được hiển thị màu đỏ. Thông qua một sợi quang (phải), các nhà khoa học có thể sử dụng cả ánh sáng để kích thích các tế bào này và ghi lại phản ứng của chúng. Tín dụng hình ảnh: Giáo sư Albrecht Stroh, Giáo sư Arthur Konnerth / Bản quyền TU Muenchen
Truy cập vào não thông qua các sợi quang cho phép ghi lại bằng kính hiển vi và kích thích trực tiếp tế bào thần kinh. Những tia sáng gần mắt chuột Chuột cũng được sử dụng để kích thích tế bào thần kinh ở vỏ thị giác. Các nhà nghiên cứu đã ghi lại dòng ion canxi - đó là một tín hiệu hóa học có thể đóng vai trò đọc chính xác hơn về mặt không gian của hoạt động điện, do đó có thể làm cho sóng chậm có thể nhìn thấy. Họ cũng có thể theo dõi các mặt sóng riêng lẻ lan rộng - như những gợn sóng từ một tảng đá ném xuống một hồ nước yên tĩnh - đầu tiên qua vỏ não và sau đó qua các cấu trúc não khác.
Các nhà nghiên cứu nói rằng một giao thức truyền thông đơn giản đáng ngạc nhiên có thể được nhìn thấy trong nhịp sóng chậm. Trong mỗi chu kỳ một giây, một cụm tế bào thần kinh duy nhất là tín hiệu của nó và tất cả các chuỗi khác đều im lặng, như thể chúng đang thay phiên nhau tắm não trong những mảnh kinh nghiệm hoặc học tập, xây dựng các khối bộ nhớ.
Điểm mấu chốt: Một nghiên cứu năm 2013 của một nhóm các nhà khoa học quốc tế - dựa trên việc thăm dò quang học bộ não còn nguyên vẹn của chuột sống dưới gây mê - đang giúp các nhà khoa học hiểu được mạch bên dưới của sóng chậm.
Đọc thêm từ EurekAlert