Tổ chức không gian của não C. elegans là mô-đun. Hình ảnh cho thấy các vùng não khác nhau xử lý thông tin để chỉ đạo các hành vi như điều hướng, tránh né và cho ăn. Các cảm biến thu thập thông tin từ mũi (trên cùng bên trái, không hiển thị) và điều khiển các cơ xung quanh đầu và xuống cơ thể (ở dưới cùng bên phải, không hiển thị) Credited: Đại học Leeds

Các nhà nghiên cứu đã lập bản đồ tổ chức vật lý của não bộ Loài giun tròn sống siêu nhỏ sống trong đất có tên Caenorhabditis elegans, tạo ra một mô hình mới về cấu trúc của não động vật và cách nó xử lý thông tin.

Trong một bước ngoặt bất ngờ, họ đã tìm thấy một mức độ biến đổi lớn trong cấu trúc của một số thần kinh mạch hoặc đường dẫnở các loài giun riêng lẻ, điều này bổ sung cho một tập hợp cốt lõi của các mạch thần kinh chung cho các loài động vật khác nhau.

Các nhà khoa học cho biết bộ não của loài giun có thể có nhiều điểm chung với các loài động vật lớn hơn những gì chúng ta nghĩ trước đây.

Được tạo ra bởi các nhà khoa học thần kinh tại Đại học Leeds với sự hợp tác của các nhà nghiên cứu tại Đại học Y Albert Einstein ở New York, bản đồ não tiết lộ rằng các vùng không gian khác nhau hỗ trợ các mạch chuyên biệt khác nhau để định tuyến thông tin trong não, nơi thông tin được tích hợp trước khi được hành động.

Nghiên cứu — Một bản đồ não đa tỷ lệ bắt nguồn từ việc tái tạo thể tích toàn bộ não — được công bố hôm nay (24 tháng 2) trên tạp chí khoa họcNature.

C. eleganslà loài giun tròn ăn vi khuẩn có trong thảm thực vật thối rữa trong vườn của bạn. Chúng chỉ dài khoảng một mm và mỏng như sợi tóc người.

Một con giun trưởng thành có chính xác 302 tế bào trong hệ thống thần kinh của nó — để so sánh, não người có khoảng 100 tỷ tế bào. Nhưng gần 2/3 sốcủa giun tế bào thần kinh tạo thành một vòng ở vùng đầu, nơi chúng tạo ra hàng nghìn kết nối với nhau.

‘Bộ não’ này là trung tâm điều khiển của động vật, nơi diễn ra nhiều hoạt động cảm nhận và ra quyết định.

Mặc dù bộ não rất nhỏ gọn nhưng loài vật này lại thể hiện một loạt các hành vi phức tạp và các nhà khoa học thần kinh đã quan tâm đến việc tìm hiểu bộ não của nó trong nhiều thập kỷ. Các nghiên cứu trước đây đã tạo ra ‘sơ đồ dây điện’ cho các kết nối giữa các tế bào thần kinh.

Tuy nhiên, nghiên cứu mới nhất này là nghiên cứu đầu tiên cung cấp các tọa độ không gian đầy đủ cho các sơ đồ mạch đó.

Giáo sư Netta Cohen, Nhà khoa học thần kinh tính toán tại Đại học Leeds, người giám sát nghiên cứu, cho biết: “Bộ não cần tổ chức dòng thông tin để kiểm soát hành vi của động vật. Nhưng cấu trúc và chức năng của não liên quan như thế nào là một câu hỏi mở. Cung cấp sự thể hiện không gian của mạch đã cho phép chúng tôi khám phá ra cấu trúc mô-đun của não loài vật này. ”

Tạo bản đồ não

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một bộ sưu tập kế thừa các hình ảnh kính hiển vi điện tử về não của một contrưởng thành và con giun tròn non. Những hình ảnh đó tiết lộ các tế bào não hoặc tế bào thần kinh riêng lẻ, cho phép các nhà nghiên cứu lập bản đồ tổ chức các mạch thần kinh của giun, từ cấp độ của từng tế bào đến cấu trúc quy mô lớn của toàn bộ não.

Cấu trúc-chức năng của não

Các nhà khoa học đã xác định được các mạch thần kinh đã biết và các đường dẫn bên trong não chẳng hạn như mạch thần kinh điều hướng mà động vật sẽ sử dụng để theo dõi mùi và vị để kiếm thức ăn. Một mạch khác được cho là tạo điều kiện thuận lợi cho cảm giác cơ học, vì vậy nó sẽ cảm nhận được đường đi của mình khi luồn lách trong đất — hoặc cảm nhận nếu nó bị vi khuẩn bao quanh.

Lý thuyết của họ là thông tin được xử lý trong não của sâu thông qua một số ‘lớp’. Trên thực tế, một kiến trúc phân lớp tương tự được tìm thấy trong não người. Luồng thông tin bắt đầu trong các tế bào cảm giác, phản ứng với môi trường. Ví dụ, các tế bào có thể cảm nhận được vi khuẩn nhưng chúng có phải là vi khuẩn thích hợp để ăn không – chúng có mùi giống vi khuẩn ‘đúng’ không? Câu trả lời yêu cầu thông tin phải được tích hợp từ nhiều giác quan trước khi được gửi đến vùng chỉ huy của não bộ để hành động.

Giáo sư Cohen cho biết: “Bản đồ não tiết lộ một cấu trúc rất thanh lịch để hỗ trợ luồng thông tin qua não của một con sâu và nó phức tạp hơn quan điểm truyền thống rằng các loài động vật đơn giản đi theo con đường phản ứng kích thích.

“Bản đồ gợi ý sự hội tụ của các mạch thần kinh khác nhau. —Và điều này cho phép sâu tích hợp tất cả các tín hiệu khác nhau mà nó đang nhận được thông qua các tế bào cảm giác và điều phối phản ứng. ”

Sự thay đổi cấu trúc não

Trong quá trình nghiên cứu của họ, các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên khi phát hiện ra mức độ biến đổi của từng cá thể sâu” não.

C eleganslà một trong những loài động vật được nghiên cứu nhiều nhất trong sinh học. Trong suốt cuộc đời của loài sâu này, cách tế bào của nó phân chia và phát triển tuân theo một bản thiết kế nghiêm ngặt được quan sát thấy trên toàn bộ loài. Nhưng khi nói đến tế bào não, thì dường như là một mức độ biến đổi cao trong cách các tế bào não hình thành các điểm tiếp xúc với các tế bào lân cận để tạo ra các mạch thần kinh.

Sử dụng các mô hình toán học và máy tính, nhà khoa học đã có thể phân biệt giữa những mối liên hệ có khả năng tạo thành mạch ‘cốt lõi’ trên một quần thể động vật lớn và những mối liên hệ dường như khác nhau giữa các cá thể.

Tiến sĩ Christopher Brittin, một cựu Tiến sĩ. sinh viên tại Đại học Leeds và tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Công trình này đặt ra những câu hỏi thú vị về việc làm thế nào mà các hệ thống thần kinh thậm chí có vẻ đơn giản lại có thể điều chỉnh được cả mạch não lõi và cá thể.”

Các nhà khoa học phát hiện ra rằng chỉ có khoảng một nửa hệ thống dây điện trong não của những con giun là tương tự – nửa còn lại cho thấy sự khác biệt.

Giáo sư Cohen nói thêm: “Phát hiện này thực sự rất thú vị đối với chúng tôi. Đầu tiên, điều này cho thấy não của loài giun có nhiều điểm tương đồng với não của động vật bậc cao hơn chúng ta biết hoặc mong đợi, và những bài học kinh nghiệm về giun có thể giúp chúng ta tìm hiểu về não tổng quát hơn. ”

Khả năng kết nối thay đổi có thể hỗ trợ tính cá nhân, khả năng dự phòng và khả năng thích ứng của bộ não khi động vật đối mặt với môi trường đầy thách thức, nguy hiểm và luôn thay đổi.

(Nguồn Medicalxpress.com)