Hình minh họa trên cho thấy một tế bào thần kinh (màu xanh lá cây) được bao bọc bởi một tế bào oligodendrocyte (màu tím) với ” được kích hoạt ”vật liệu di truyền (DNA) trong nhân của mỗi tế bào. Sự khác biệt trong DNA hoạt động của mỗi loại tế bào có thể làm nền tảng cho trí nhớ của con người. Hình ảnh: Melissa Logies

Các nhà khoa học của UT Southwestern đã xác định được các gen quan trọng liên quan đến sóng não đóng vai trò quan trọng trong việc mã hóa ký ức. Các phát hiện, được công bố trực tuyến trong tuần này trên tạp chí Nature Neuroscience, cuối cùng có thể được sử dụng để phát triển các liệu pháp mới cho những người bị rối loạn mất trí nhớ như bệnh Alzheimer và các dạng sa sút trí tuệ khác.

Tạo trí nhớ bao gồm các nhóm tế bào não hợp tác bắn nhau ở các tần số khác nhau, một hiện tượng được gọi là dao động thần kinh. Tuy nhiên, theo giải thích của trưởng nhóm nghiên cứu, Bradley C. Lega, MD, phó giáo sư phẫu thuật thần kinh, thần kinh học và tâm thần học, và Genevieve Konopka, Ph.D., phó giáo sư khoa học thần kinh, cơ sở di truyền của quá trình này không rõ ràng.

Lega nói: “Có một câu nói nổi tiếng trong 100 năm qua của khoa học thần kinh: Các tế bào thần kinh bắt lửa cùng nhau sẽ kết nối với nhau. “Chúng tôi biết rằng các tế bào liên quan đến lửa học theo nhóm và hình thành các liên kết mới do ảnh hưởng của những dao động này. Nhưng làm thế nào các gen điều chỉnh quá trình này ở người thì hoàn toàn chưa được biết”.

Lega và Konopka, cả hai thành viên của Viện não Peter O’Donnell Jr., đã hợp tác trong một nghiên cứu trước đó để khám phá câu hỏi này, thu thập dữ liệu về dao động thần kinh từ các tình nguyện viên và sử dụng các phương pháp thống kê để kết nối thông tin này với dữ liệu về hoạt động gen được thu thập từ khám nghiệm tử thi. Mặc dù những kết quả này đã xác định được một danh sách đầy hứa hẹn của các gen, Konopka nói, có một thiếu sót đáng kể trong nghiên cứu: Sự dao động và dữ liệu di truyền đến từ các nhóm cá thể khác nhau.

Gần đây hơn, bộ đôi này đã tận dụng một cơ hội chưa từng có – thực hiện một nghiên cứu tương tự trên những bệnh nhân trải qua cuộc phẫu thuật trong đó các phần não bị hư hỏng của họ đã được cắt bỏ để giúp kiểm soát chứng động kinh của họ.

Các nhà nghiên cứu đã làm việc với 16 tình nguyện viên từ Đơn vị Theo dõi Động kinh của UT Southwestern, nơi các bệnh nhân động kinh ở lại vài ngày trước khi phẫu thuật để loại bỏ các phần não bị tổn thương gây ra các cơn động kinh. Lega nói rằng các điện cực được cấy vào não của những bệnh nhân này không chỉ giúp bác sĩ phẫu thuật của họ xác định chính xác trọng tâm của cơn động kinh mà còn có thể cung cấp thông tin có giá trị về hoạt động bên trong của não.

Trong khi ghi lại hoạt động điện trong não của 16 tình nguyện viên, các nhà nghiên cứu đã yêu cầu họ thực hiện các nhiệm vụ “nhớ lại miễn phí” bao gồm đọc danh sách 12 từ, làm một bài toán ngắn để đánh lạc hướng họ và sau đó nhớ lại càng nhiều từ càng tốt. Khi những bệnh nhân này ghi nhớ các danh sách từ, sóng não của họ được ghi lại, tạo ra một tập dữ liệu khác nhau một chút ở mỗi người.

Khoảng sáu tuần sau, mỗi tình nguyện viên được phẫu thuật cắt bỏ thùy thái dương – loại bỏ thùy thái dương của não – để chữa chứng co giật của họ. Khu vực này thường xuyên đóng vai trò là nơi khởi phát các cơn co giật động kinh và cũng rất quan trọng đối với việc hình thành trí nhớ. Trong vòng năm phút sau cuộc phẫu thuật, mô não bị tổn thương đã được gửi đi xử lý để đánh giá hoạt động di truyền.

Nhóm của Konopka lần đầu tiên thực hiện giải trình tự RNA toàn bộ, một kỹ thuật xác định các gen hoạt động, trong các mẫu thùy thái dương bao gồm tất cả các loại tế bào của não. Sử dụng các kỹ thuật thống kê liên kết hoạt động này với dao động thần kinh của bệnh nhân trong quá trình thu hồi miễn phí, các nhà nghiên cứu đã xác định 300 gen dường như đóng một phần trong hoạt động dao động. Các nhà nghiên cứu đã thu hẹp con số này thành hàng chục “gen trung tâm” dường như kiểm soát các mạng lưới gen riêng biệt.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu xem xét hoạt động của các gen trung tâm này trong các loại tế bào riêng biệt trong các mẫu. Đáng ngạc nhiên, họ phát hiện ra rằng một số trung tâm này không hoạt động trong các tế bào thần kinh chính mà nằm trong một quần thể tế bào khác được gọi là glia. Các tế bào này cung cấp hỗ trợ và bảo vệ cho các tế bào thần kinh, bao gồm sản xuất lớp mỡ cách điện các tế bào thần kinh để chúng có thể truyền tín hiệu điện một cách hiệu quả.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là ATAC-seq, xác định các vùng DNA mở cho các phân tử được gọi là yếu tố phiên mã để gắn vào và kích hoạt gen. Sử dụng cách tiếp cận này, họ đã mài dũa SMAD3, một gen dường như đóng vai trò là bộ điều chỉnh chính để kiểm soát hoạt động của nhiều gen trung tâm và các gen mà chúng kiểm soát ngược lại.

Konopka và Lega lưu ý rằng một số gen mà họ xác định là quan trọng trong dao động thần kinh của con người có liên quan đến các rối loạn khác có thể ảnh hưởng đến học tập và trí nhớ, chẳng hạn như rối loạn phổ tự kỷ, rối loạn tăng động giảm chú ý, rối loạn lưỡng cực và tâm thần phân liệt. Các nhà nghiên cứu cho biết, với những nghiên cứu sâu hơn về các gen này và mạng lưới hoạt động của chúng, cuối cùng có thể nhắm mục tiêu các gen được chọn lọc bằng dược phẩm để cải thiện trí nhớ ở những người mắc các chứng bệnh này và các tình trạng khác, các nhà nghiên cứu cho biết.

“Điều này cho chúng ta một điểm đầu vào,” Konopka, Học giả Jon Heighten trong Nghiên cứu Tự kỷ, nói. “Đó là thứ mà chúng ta có thể tập trung vào để tìm hiểu thêm về nền tảng của trí nhớ con người.”

Nguồn: medicalxpress