Một ‘núm âm lượng phân tử’ điều chỉnh các tín hiệu điện trong não giúp ích cho việc học tập và ghi nhớ, theo một nghiên cứu mới. Phát hiện này có thể giúp các nhà nghiên cứu tìm cách kiểm soát các rối loạn thần kinh, bao gồm bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson và bệnh động kinh. Bài Điều chỉnh tín hiệu điện trong não giúp ích cho việc học và nhớ tiếp tục trình bày vấn đề này.
Điều chỉnh tín hiệu điện trong não giúp ích cho việc học và nhớ
1. Khái quát
Hệ thống phân tử kiểm soát độ rộng của tín hiệu điện truyền qua các khớp thần kinh giữa các nơ-ron.
Việc phát hiện ra cơ chế kiểm soát và xác định phân tử điều chỉnh tín hiệu điện trong não có thể
- giúp các nhà nghiên cứu tìm kiếm cách quản lý các rối loạn thần kinh,
- bao gồm bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson và bệnh động kinh.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences. Nó mô tả nghiên cứu đầu tiên về
- cách các hình dạng của tín hiệu điện
- góp phần vào hoạt động của các khớp thần kinh.
2. Nghiên cứu cách điều chỉnh tín hiệu điện
Ý kiến
Michael Hoppa, trợ lý giáo sư khoa học sinh học tại Dartmouth và trưởng nhóm nghiên cứu cho biết:
Các khớp thần kinh trong não của chúng ta rất linh hoạt. Chúng có thể truyền dẫn tín hiệu theo nhiều cách. Phát hiện này giúp chúng ta rút ngắn đường nghiên cứu để có thể chữa khỏi các chứng rối loạn thần kinh.
Đặc trưng
Các khớp thần kinh là những điểm tiếp xúc cực nhỏ cho phép các tế bào thần kinh trong não giao tiếp ở các tần số khác nhau. Bộ não chuyển đổi đầu vào điện từ các tế bào thần kinh thành các chất dẫn truyền thần kinh hóa học đi khắp các không gian tiếp hợp này.
Lượng chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng
- làm thay đổi số lượng và mô hình của các tế bào thần kinh
- được kích hoạt trong các mạch của não.
Việc định hình sức mạnh kết nối khớp thần kinh là cách thức hỗ trợ học tập và cách ký ức được hình thành.
Đặc biệt
Hai chức năng hỗ trợ các quá trình ghi nhớ và học tập này. Một, được gọi là sự thúc đẩy. Quá trình này mô tả một loạt các gai hoạt động ngày càng nhanh nhằm khuếch đại các tín hiệu làm thay đổi hình dạng của khớp thần kinh. Còn lại, ghi nhớ, làm giảm tín hiệu. Tương tác cùng nhau, hai dạng này giữ cho não luôn cân bằng và ngăn ngừa các rối loạn thần kinh như co giật.
Hoppa cho biết:
Khi chúng ta già đi, việc duy trì sức bám của các khớp thần kinh rất quan trọng. Chúng ta cần duy trì độ dẻo dai của các dây thần kinh trong não để ổn định các kết nối khớp thần kinh.
Tiến hành
Nghiên cứu tập trung vào vùng hippocampus, trung tâm của não chịu trách nhiệm học tập và ghi nhớ.
Trong nghiên cứu, nhóm nghiên cứu phát hiện các gai điện được phân phối dưới dạng tín hiệu tương tự. Và hình dạng của chúng tác động đến cường độ của chất dẫn truyền thần kinh hóa học được giải phóng qua các khớp thần kinh. Cơ chế này hoạt động tương tự như một bộ điều chỉnh độ sáng với các cài đặt thay đổi. Nghiên cứu trước đây coi các gai được phân phối như một tín hiệu kỹ thuật số, giống một công tắc đèn chỉ hoạt động ở các vị trí “bật” và “tắt”.
Nhận định
In Ha Cho, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Dartmouth và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết:
Phát hiện những gai điện này như chất tương tự giúp chúng ta hiểu được cách thức hoạt động của não bộ để hình thành trí nhớ và học tập. Việc sử dụng các tín hiệu tương tự cung cấp một con đường dễ dàng hơn để điều chỉnh sức mạnh của các mạch não.
Quan điểm
Người đoạt giải Nobel Eric Kandel đã tiến hành nghiên cứu
- mối liên hệ giữa học tập
- và sự thay đổi hình dạng của tín hiệu điện
- trong sên biển vào năm 1970.
Ghi nhận
Quá trình này
- không được cho là xảy ra trong các khớp thần kinh phức tạp hơn
- được tìm thấy trong não động vật có vú vào thời điểm đó.
Ngoài việc phát hiện
- các tín hiệu điện truyền qua các khớp thần kinh
- trong hồi hải mã của não là tín hiệu tương tự,
nghiên cứu của Dartmouth còn xác định được phân tử điều chỉnh tín hiệu điện.
Tác động
Phân tử – được gọi là Kvβ1 – trước đây được chứng minh là điều chỉnh dòng điện kali. Nhưng nó không được biết là có bất kỳ vai trò nào trong khớp thần kinh điều khiển hình dạng của tín hiệu điện. Những phát hiện này
- giúp giải thích tại sao
- việc mất phân tử Kvβ1 trước đây
- đã được chứng minh là
- có tác động tiêu cực đến việc học, nhớ và ngủ ở chuột và ruồi giấm.
Nghiên cứu
- cũng tiết lộ các quá trình
- cho phép não có sức mạnh tính toán cao như vậy
- ở mức năng lượng thấp như vậy.
Một xung điện tương tự, đơn lẻ có thể mang thông tin đa bit, cho phép kiểm soát tốt hơn các tín hiệu tần số thấp.
Hoppa nói
Điều này giúp chúng ta hiểu được cách thức bộ não của chúng ta có thể hoạt động ở cấp độ siêu máy tính với tốc độ xung điện thấp hơn nhiều và năng lượng tương đương bóng đèn tủ lạnh. Chúng ta càng tìm hiểu nhiều về các cấp độ kiểm soát này, nó càng giúp chúng ta học cách bộ não hoạt động hiệu quả.
Hứa hẹn
Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã
- tìm kiếm các chất điều chỉnh phân tử
- tính dẻo của khớp thần kinh
- bằng cách tập trung vào bộ máy phân tử giải phóng hóa chất.
Cho đến nay, các phép đo xung điện rất khó quan sát do kích thước nhỏ của các đầu dây thần kinh.
Phát hiện nghiên cứu mới được thực hiện nhờ công nghệ được phát triển tại Dartmouth
- để đo điện áp
- và sự phóng thích chất dẫn truyền thần kinh
- bằng các kỹ thuật sử dụng ánh sáng
- để đo tín hiệu điện trong các kết nối synap giữa các nơ-ron trong não.
Trong công việc nghiên cứu ở tương lai, nhóm tìm cách
- xác định khám phá này
- có liên quan như thế nào
- đến những thay đổi trong chuyển hóa của não
- xảy ra trong quá trình lão hóa và gây nên các rối loạn thần kinh phổ biến.
Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống phân tử
- tồn tại trong một khu vực của não bộ
- dễ bị dược phẩm nhắm đến
- và có thể tự phát triển các liệu pháp điều trị bằng thuốc.
Kinh phí cho nghiên cứu cách điều chỉnh tín hiệu điện này được cung cấp bởi
- quỹ giải thưởng National Science CAREER,
- và Học bổng Klingenstein-Simons.
Xem thêm bài viết:
- Phẫu thuật cắt bọng mỡ có thể làm giảm mức độ nhiễm Covid – 19
- Cấu trúc của một protein coronavirus: Khám phá quan trọng
- Hormone ngăn cơn đói có thể giúp giải quyết tình trạng béo phì
Nguồn: Dartmouth College