Thực hiện thí nghiệm để xác định tỷ lệ và mã pha của CA1. Credit : Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)

Việc tìm đường đến các điểm đến và ghi nhớ các địa điểm đặc biệt được điều chỉnh bởi một vùng não có chức năng giống như hệ thống định vị GPS. Khi đi một con đường mới lần đầu tiên, mọi người chú ý đến các điểm mốc dọc theo. Nhờ hệ thống điều hướng thần kinh này, việc tìm kiếm các điểm đến dọc theo con đường trở nên dễ dàng hơn khi nó đã được điều hướng. Dựa trên nhiều thí nghiệm trên động vật, các nhà khoa học đã biết được rằng các tế bào trong vùng hải mã chịu trách nhiệm nhận thức không gian và được kích hoạt ở các vị trí riêng biệt của môi trường, vì vậy chúng được gọi là tế bào vị trí. Tuy nhiên, cách các ô lưu trữ ký ức lâu dài về các vị trí và mã hóa các vị trí cụ thể trong môi trường vẫn chưa được hiểu rõ.

Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) thông báo rằng nhóm nghiên cứu do Sebastien Royer đứng đầu tại Viện Khoa học Não KIST (BSI), phối hợp với một nhóm nghiên cứu tại Đại học New York (NYU), báo cáo rằng vị trí các tế bào trong mã hóa hồi hải mã sử dụng hai thông tin không gian riêng biệt, có thể hoán đổi cho nhau thông tin cơ chế xử lý được gọi là mã tốc độ và mã pha, hơi tương tự với số lượng và sự sắp xếp không gian của mã vạch. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các mạch thần kinh song song và cơ chế xử lý thông tin được sử dụng tùy thuộc vào mức độ phức tạp của các điểm mốc trên đường đi.

Các nhóm nghiên cứu của KIST và NYU đã xác định các nguyên tắc cơ bản của quá trình xử lý thông tin trong hồi hải mã bằng cách tiến hành hai loại thí nghiệm khám phá không gian. Trong loại thử nghiệm đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy chạy bộ có dây đai dài trong môi trường không gian được kiểm soát tốt cho chuột và huấn luyện các con vật chạy trên dây đai tuần tự thông qua một khu vực không có đồ vật nào và một khu vực khác được trang bị các vật thể nhỏ. Loại thử nghiệm thứ hai được tiến hành với những con chuột kiếm ăn trong một sân hình tròn hoàn toàn trống rỗng hoặc chứa đầy đồ vật. Để phân tích hoạt động thần kinh, họ đã cấy các điện cực thăm dò silicon vào CA1, tiểu vùng tạo ra đầu ra chính của hồi hải mã, và ở CA3, tiểu vùng của hồi hải mã được nghi ngờ là đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành trí nhớ không gian.

Kết quả của hai thí nghiệm là nhất quán. Người ta nhận thấy rằng hải mã sử dụng các mạch thần kinh khác nhau và các chiến lược xử lý thông tin tùy thuộc vào điều kiện môi trường. Trong môi trường không có vật thể, một nhóm tế bào nằm trong vùng bề mặt của CA1 có xu hướng hoạt động và sử dụng mã tốc độ vì vị trí của con vật được dự đoán tốt nhất bằng những thay đổi về tần số điện thế hoạt động do các tế bào thần kinh đơn lẻ phóng ra. Ngược lại, trong một môi trường phức tạp, có nhiều đối tượng, một nhóm tế bào ở vùng sâu của CA1 có xu hướng hoạt động và sử dụng mã pha vì vị trí của con vật được dự đoán tốt nhất bằng thời gian của điện thế hoạt động của tế bào thần kinh so với quần thể. của các tế bào thần kinh hoạt động.

Bản đồ tốc độ bắn (trái) và pha tăng đột biến (phải) của các ô địa điểm CA1 đại diện trong khi một con chuột đang khám phá một mê cung trống rỗng. Nhà cung cấp hình ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)

Những phát hiện này cho thấy rằng mạch sử dụng mã tỷ lệ có liên quan chặt chẽ hơn với việc cung cấp thông tin về vị trí tổng thể và nhận thức không gian, trong khi mạch sử dụng mã pha có liên quan chặt chẽ hơn đến việc ghi nhớ chính xác vị trí của một đối tượng và các mối quan hệ không gian. Bên cạnh đó, sự đóng góp tương ứng của các yếu tố đầu vào từ CA3 và vỏ não ruột cũng được phân tích. Được biết, tiểu vùng CA1 nhận thông tin từ cả vùng CA3 và vỏ não ruột. Trong nghiên cứu này, dựa trên sự khác biệt về dao động gamma mạng nhanh, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng các tế bào CA1 bề ngoài nhận thông tin chủ yếu từ CA3 trong môi trường đơn giản, trong khi các tế bào CA1 sâu nhận thông tin chủ yếu từ vỏ ruột trong môi trường phức tạp.

Sebastien Royer, điều tra viên chính tại KIST, cho biết, “Nghiên cứu này cải thiện hiểu biết của chúng tôi về cách hải mã xử lý thông tin, đây là một bước quan trọng để hiểu các cơ chế chung của bộ nhớ. Sự hiểu biết ở mức cơ bản như vậy cuối cùng sẽ giúp phát triển công nghệ cho chẩn đoán và điều trị các rối loạn não liên quan đến tổn thương vùng hải mã như chứng mất trí nhớ Alzheimer, chứng hay quên và suy giảm nhận thức, và có thể truyền cảm hứng cho sự phát triển của một số AI. ”

Nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Sebastien Royer đứng đầu, đã và đang từng bước mở rộng hiểu biết về lưu trữ và xử lý thông tin trong các vùng não liên quan đến trí nhớ bằng cách sử dụng các phương pháp tiếp cận đa dạng. Trong một nghiên cứu kết hợp các thí nghiệm trên chuột và mô hình mạng nơ-ron được công bố năm ngoái trên tạp chí Nature Communications, cùng một nhóm đã xác định được quá trình mà các tế bào hạt trong vùng răng hàm mặt của hải mã phát triển một bản đồ không gian đồng nhất trong quá trình học không gian.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên số mới nhất của tạp chí học thuật quốc tế Neuron.

Nguồn: medicalxpress