Tín dụng: Miền công cộng CC0
Các nhà nghiên cứu EPFL đã xác định được các tế bào thần kinh cụ thể giúp kích hoạt quá trình xử lý cảm giác ở các tế bào thần kinh gần đó – một phát hiện có thể giải thích cách não bộ tích hợp các tín hiệu cần thiết cho việc học và nhận thức xúc giác.
Khả năng nhận biết các cảm giác xúc giác cung cấp cho não bộ của chúng ta vô số thông tin về môi trường, bao gồm hình dạng, kết cấu và nhiệt độ của các vật thể. Làm việc trên chuột, các nhà khoa học thần kinh tại EPFL đã xác định được một loại tế bào thần kinh giúp kích hoạt hoạt động trong vùng não liên quan đến các chức năng như nhận thức cảm giác và kiểm soát vận động.
Những phát hiện có thể giúp hiểu không chỉ cách não bộ nhận biết các kích thích xúc giác, mà còn cả cách nó liên kết thông tin với nhau – một quá trình quan trọng trong học tập.
Các nghiên cứu trước đây đã gợi ý rằng một loại tế bào thần kinh ức chế được gọi là interneuron peptide hoạt động của ruột (VIP) có thể đóng một vai trò trong các quá trình bao gồm sự hình thành các kết nối mới giữa các tế bào thần kinh và tích hợp các tín hiệu cảm giác và vận động. Giáo sư Carl Petersen tại Trường Khoa học Đời sống EPFL cho biết, nghiên cứu mới là nghiên cứu đầu tiên đo lường điện thế màng – đặc điểm điện cơ bản nhất – của các tế bào não này trong não sống.
Acetylcholine kích hoạt tế bào thần kinh VIP
Chuột sử dụng râu — những sợi lông dài mọc ra từ mõm — để khám phá môi trường của chúng, giống như mọi người có thể cảm nhận được xung quanh bằng tay để điều hướng trong bóng tối. Trong một loạt thí nghiệm, Petersen và nhóm của ông đã theo dõi hoạt động của các tế bào thần kinh trong vỏ não thùng somatosensory, một vùng não phản ứng với cảm giác râu ria, khi chuột di chuyển râu qua lại trong một quá trình gọi là ‘ria’. Trong một loạt thí nghiệm khác, các nhà nghiên cứu đã theo dõi hoạt động của các tế bào thần kinh trong vỏ não khi những con chuột được chạm nhẹ vào râu của chúng.
Các nhà nghiên cứu nhận thấy khi không có chất dẫn truyền thần kinh kích thích chính glutamate, cả kích thích râu và ria đều kích hoạt hoạt động của tế bào thần kinh VIP, chứ không phải của các loại tế bào thần kinh khác trong vỏ não. Sự hoạt hóa của các tế bào thần kinh VIP dường như phụ thuộc vào sự gia tăng mức độ của chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine.
Để kiểm tra ý tưởng rằng acetylcholine kích hoạt tế bào thần kinh VIP, Petersen và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng những con chuột được thiết kế để mang các protein nhạy cảm với ánh sáng trong các tế bào não chủ yếu sử dụng acetylcholine để gửi thông điệp của chúng. Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng ánh sáng để kích thích các tế bào thần kinh này giải phóng acetylcholine khi họ theo dõi hoạt động của các tế bào thần kinh khác trong vỏ não.
Sự giải phóng acetylcholine kích hoạt tín hiệu ‘đi’ để bắt đầu hành động trong các tế bào thần kinh VIP và tín hiệu ‘dừng’ trong một loại tế bào thần kinh được gọi là tế bào thần kinh biểu hiện somatostatin (SST). Các tế bào thần kinh SST thường ức chế các phần của tế bào thần kinh kích thích nằm ở lớp ngoài của vỏ não somatosensory.
Các thí nghiệm khác cho thấy acetylcholine được giải phóng trong quá trình đánh trứng kích thích các tế bào thần kinh VIP, do đó làm giảm hoạt động của các tế bào thần kinh SST. Việc tắt các tín hiệu ức chế từ các tế bào thần kinh SST giúp thúc đẩy hoạt động của các tế bào thần kinh vỏ não bị kích thích, kích thích quá trình xử lý cảm giác thông qua quá trình khử trùng. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Neuron.
Đường cong học tập
Nhiều kết nối tầm xa giữa các vùng não khác nhau dường như xảy ra ở lớp ngoài cùng của vỏ não. Petersen nói, việc kích hoạt các tế bào thần kinh kích thích thông qua việc khử trùng lớp bên ngoài này có thể tạo điều kiện cho việc tích hợp các tín hiệu cảm giác khác nhau, giúp động vật hiểu được chúng, Petersen nói. Điều đó cũng có thể thúc đẩy sự hình thành các kết nối mới giữa các tế bào thần kinh, một quá trình làm nền tảng cho việc học, ông nói thêm.
Mặc dù nghiên cứu được thực hiện trên chuột, Petersen lưu ý rằng một quá trình tương tự có thể xảy ra trong não của con người. Ông nói: “Khi các nhà khoa học tìm hiểu trong não người, các loại tế bào giống nhau và các cơ chế giống nhau đã xuất hiện.
Ví dụ, những phát hiện có thể giúp giải thích một số triệu chứng của bệnh tâm thần phân liệt, một chứng rối loạn đặc trưng bởi ảo tưởng và ảo giác — cùng những thứ khác. Một số người bị tâm thần phân liệt có đột biến ở các thụ thể phản ứng với acetylcholine, điều này có thể gợi ý tại sao những người mắc chứng rối loạn này gặp khó khăn trong việc lựa chọn và tích hợp thông tin cảm giác, Petersen nói.
Tiếp theo, nhóm có kế hoạch nghiên cứu xem liệu các tín hiệu do acetylcholine trung gian có thể cải thiện khả năng học tập ở chuột hay không. “Chúng tôi có thể tăng acetylcholine và xem liệu chúng tôi có thể nâng cao khả năng học tập hay không, hoặc tắt các tín hiệu và xem liệu điều đó có ngăn cản việc học hay không”, Petersen nói.
Các nhà nghiên cứu cũng đang cố gắng tìm ra cách acetylcholine tiếp cận các thụ thể của nó trên bề mặt tế bào thần kinh VIP, và điều gì khiến các tế bào thần kinh sản xuất acetylcholine trở nên hoạt động và giải phóng chất dẫn truyền thần kinh. “Hiện tại, đó là một bí ẩn hoàn toàn,” Petersen nói.
Nguồn: medicalxpress