Được hiển thị ở đây bằng màu xanh lá cây là các nhánh, hoặc sợi trục, từ các tế bào trong vùng substantia nigra kết nối với não giữa. Nhãn đốm đỏ nơi các ô kết nối. Nhà cung cấp hình ảnh: Lauren McElvain / phòng thí nghiệm Kleinfeld / UC San Diego

Hàng ngàn hoạt động hàng ngày của chúng ta, từ pha cà phê đến đi dạo để chào một người hàng xóm, được thực hiện thông qua một bộ sưu tập cấu trúc não cổ xưa nằm gần trung tâm của hộp sọ.

Cụm tế bào thần kinh được gọi là hạch nền là trung tâm trung tâm để điều chỉnh một loạt các chức năng vận động và hành vi thông thường. Nhưng khi tín hiệu trong hạch nền bị suy yếu hoặc bị phá vỡ, vận động suy nhược và rối loạn tâm thần có thể xuất hiện, bao gồm bệnh Parkinson, hội chứng Tourette,rối loạn tăng động giảm chú ý(ADHD) và rối loạn ám ảnh cưỡng chế.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học California San Diego, Viện Zuckerman của Đại học Columbia và các đồng nghiệp của họ đã tạo ra một bản đồ chính xác về não bộ kết nối từ hạt nhân đầu ra lớn nhất của hạch nền, một khu vực được gọi là substantia nigra pars reticulata, hoặc SNr. Các phát hiện cung cấp một bản thiết kế kiến trúc của khu vực tiết lộ các chi tiết mới và mức độ ảnh hưởng đáng ngạc nhiên liên quan đến hạch cơ bản.

Các kết quả do Trợ lý Nhà khoa học Dự án Lauren McElvain dẫn đầu và được thực hiện trong Phòng thí nghiệm Vật lý thần kinh của Giáo sư David Kleinfeld tại UC San Diego và phòng thí nghiệm của Nhà điều tra chính của Viện Zuckerman Rui Costa, được công bố ngày 5 tháng 4 trên tạp chí Neuron.

Được hiển thị ở đây bằng màu đỏ là các nhánh, hoặc sợi trục, từ các tế bào trong vùng não substantia nigra kết nối với vùng colliculus cao hơn. Nhà cung cấp hình ảnh: Lauren McElvain / phòng thí nghiệm Kleinfeld / UC San Diego

Nghiên cứu thiết lập một hiểu biết mới về vị trí của hạch nền trong hệ thống phân cấp của hệ vận động. Theo các nhà nghiên cứu, các con đường mới được xác định xuất hiện từ bản đồ kết nối có khả năng mở ra các con đường bổ sung để can thiệp bệnh Parkinson và các rối loạn khác liên quan đến hạch nền.

“Với bản đồ mạch chi tiết trong tay, giờ đây chúng tôi có thể lập kế hoạch nghiên cứu để xác định thông tin cụ thể được truyền tải qua từng con đường, cách thông tin này tác động đến các tế bào thần kinh hạ lưu để kiểm soát chuyển động và rối loạn chức năng trong mỗi con đường đầu ra dẫn đến các triệu chứng đa dạng của bệnh hạch nền, “McElvain nói.

Với sự hỗ trợ từ Tổ chức Nghiên cứu Não của NIH thông qua Sáng kiến ​​Công nghệ Thần kinh Sáng tạo Tiến bộ (BRAIN), các nhà nghiên cứu đã phát triển kế hoạch chi tiết mới hoạt động trên chuột bằng cách áp dụng một bộ công cụ khoa học thần kinh hiện đại kết hợp các kỹ thuật từ di truyền học, truy tìm vi rút, hình ảnh hiển vi tự động về giải phẫu toàn bộ não và đang xử lý hình ảnh. Kết quả đã tiết lộ những hiểu biết mới đáng ngạc nhiên về bề rộng của các kết nối.

“Những kết quả này là một ví dụ về cách các nhà nghiên cứu được hỗ trợ bởi Sáng kiến ​​BRAIN đang sử dụng các công cụ lập bản đồ não mới nhất để thay đổi theo cách cơ bản hiểu biết của chúng ta về cách tổ chức các kết nối trong mạch não”, John J. Ngai, giám đốc của Sáng kiến ​​BRAIN của NIH.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học UC San Diego và Đại học Columbia đã lập bản đồ toàn bộ các kết quả đầu ra toàn bộ não từ một phần của não được gọi là hạch nền. Tại đây, các tế bào thần kinh riêng lẻ nhận các gói dữ liệu đầu vào (từ thể vân) được chuyển đổi trên danh nghĩa thành các lệnh được gửi đến các vùng não điều khiển hành vi cũng như các vùng điều hành theo dõi ý định. Bề rộng của các kết nối, lần đầu tiên được tiết lộ bằng các công cụ hiện đại, mang lại cái nhìn sâu sắc về cách động vật vừa di chuyển vừa đánh giá chuyển động của chúng. Nhà cung cấp hình ảnh: Julia Kuhl.

Các nghiên cứu trước đây đã nhấn mạnh rằng kiến ​​trúc hạch cơ bản bị chi phối bởi một vòng khép kín với các hình chiếu đầu ra kết nối trở lại các cấu trúc đầu vào. Nghiên cứu mới cho thấy các chương trình phát sóng SNr thậm chí đến các cấp độ thấp hơn của hệ thống vận động và hành vi. Điều này bao gồm một tập hợp lớn các vùng thân não với các kết nối trực tiếp đến tủy sống và các nhân vận động điều khiển cơ thông qua một số lượng nhỏ các kết nối can thiệp.

“Những phát hiện mới do Tiến sĩ Mc Elvain dẫn đầu đã đưa ra một bài học quan trọng trongviệc kiểm soát vận động Kleinfeld, giáo sư tại Phòng Khoa học Sinh học (Phần Sinh học Thần kinh) và Phòng Khoa học Vật lý (Khoa Vật lý), cho biết:. “Bộ não không điều khiển chuyển động thông qua hệ thống phân cấp lệnh, giống như ‘mạng lưới thần kinh’ của ô tô tự lái, mà thông qua một sơ đồ quản lý cấp trung chỉ đạo sản lượng động cơ trong khi thông báo cho các nhà lập kế hoạch điều hành.”

Đáng chú ý, theo các nhà nghiên cứu, các tế bào thần kinh SNr chiếu tới các cấp độ thấp của hệ vận động có các sợi trục phân nhánh đồng thời chiếu ngược trở lại các vùng não chịu trách nhiệm điều khiển và học tập ở bậc cao hơn. Bằng cách này, sự kết nối mới được mô tả của các tế bào thần kinh SNr về cơ bản liên kết các hoạt động trên các cấp độ cao và thấp của não.

“Thực tế là các cụ thể hạch cơ bản xuất ra các tế bào thần kinh dự án đến các nhân não ở hạ lưu cụ thể nhưng cũng phát thông tin này đến các trung tâm vận động cao hơn có ý nghĩa đối với cách bộ não chọn chuyển động nào để thực hiện trong một bối cảnh cụ thể và cũng là cách nó học về hành động đó. Costa, giáo sư thần kinh học và thần kinh học tại Đại học Bác sĩ và Bác sĩ phẫu thuật Vagelos của Columbia, cũng như giám đốc và giám đốc điều hành của Viện Zuckerman, cho biết.

(Nguồn Medicalexpress.com)