Não người có thể lưu trữ thông tin gấp 10 lần so với chúng ta hiểu biết trước đây?

Mỗi lần bạn lật bộ thẻ flashcard từ vựng, bạn sẽ nhớ định nghĩa của các từ này nhanh chóng và dễ dàng hơn. Quá trình học và ghi nhớ thông tin mới này củng cố các kết nối quan trọng trong não bộ. Việc luyện tập giúp ghi nhớ dễ dàng hơn cho thấy những kết nối thần kinh - được gọi là synap, có thể phát triển mạnh hơn hoặc yếu hơn theo thời gian - một đặc trưng được gọi là tính mềm dẻo của synap. 

Hai neuron thần kinh trên các nền số 0 và 1 tượng trưng cho đơn vị bit dùng để định lượng thông tin lưu trữ trong các synap. Nguồn: phys.org

Để tìm hiểu cách bộ não học hỏi và lưu giữ thông tin, các nhà khoa học đang cố gắng định lượng độ mạnh của synap qua quá trình học tập. Người ta có thể đo sức mạnh của synap bằng cách xem xét các đặc tính vật lý của synap, nhưng việc đo tính mềm dẻo và lượng thông tin mà synap có thể lưu trữ là một nhiệm vụ khó hơn nhiều. 

Các nhà khoa học ở Viện Nghiên cứu sinh học Salk (Mỹ) đã phát triển một phương pháp mới để khám phá độ mạnh, tính mềm dẻo và khả năng lưu trữ thông tin của synap. Việc định lượng ba đặc trưng này có thể góp phần làm rõ quá trình học hỏi và ghi nhớ của con người, cũng như sự thay đổi của các quá trình này theo thời gian, giảm đi theo tuổi tác hoặc bệnh tật. Những kết quả này đã được công bố trên tạp chí Neural Computing vào tháng 4/2024.

“Chúng tôi hiện đã phát triển một kỹ thuật để nghiên cứu độ mạnh của các synap, độ chính xác mà tế bào thần kinh điều chỉnh sức mạnh đó và lượng thông tin mà các synap có thể lưu trữ. Nhờ đó, chúng tôi phát hiện ra não bộ con người có thể lưu trữ thông tin nhiều gấp 10 lần so với chúng ta từng nghĩ trước đây”, GS. Terrence Sejnowski ở Viện Salk, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

Khi một thông điệp truyền qua não, nó sẽ đi từ neuron này sang neuron khác, từ phần cuối của một neuron này đến các sợi nhánh của một neuron khác. Mỗi sợi nhánh được bao phủ bởi các đuôi gai, ở cuối mỗi đuôi gai là synap – một không gian nhỏ nơi hai tế bào gặp nhau và truyền đi tín hiệu điện hóa. Các synap khác nhau được kích hoạt để truyền đi các thông điệp khác nhau.

Một số thông điệp kích hoạt các cặp synap nằm gần nhau trên cùng một sợi nhánh, rất phù hợp để nghiên cứu. Bởi nếu hai synap có lịch sử kích hoạt giống hệt nhau, các nhà khoa học có thể so sánh độ mạnh của chúng để tìm hiểu về độ chính xác của tính mềm dẻo.

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng các khái niệm từ lý thuyết thông tin để phân tích các cặp synap từ vùng hải mã trong não chuột. Khác với những phương pháp trước đây, lý thuyết thông tin giải thích được độ nhiễu của nhiều tín hiệu và tế bào trong não, và cung cấp một đơn vị thông tin riêng biệt để đo lượng thông tin được lưu trữ tại một synap. 

“Chúng tôi chia các synap theo độ mạnh, bao gồm 24 loại, rồi so sánh các cặp synap đặc biệt để xác định độ mạnh của mỗi synap được điều chỉnh như thế nào”, Mohammad Samavat, nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Sejnowski, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết.

“Chúng tôi rất mừng khi phát hiện ra rằng các cặp synap này có độ mạnh và kích thước đuôi gai rất giống nhau, có nghĩa là bộ não có độ chính xác cao khi làm cho các synap yếu hơn hoặc mạnh hơn theo thời gian”.

Ngoài những điểm tương đồng về độ mạnh của các cặp synap này, đồng nghĩa với tính mềm dẻo có độ chính xác cao, nhóm nghiên cứu còn đo lượng thông tin được lưu trữ trong các synap. Dù có sự khác biệt và kích thước đuôi gai, mỗi loại synap đều chứa lượng thông tin tương tự nhau (từ 4,1 đến 4,6 bit).

 “Kỹ thuật này sẽ giúp ích rất nhiều cho các nhà khoa học thần kinh”, Kristen Harris, giáo sư tại Đại học Texas ở Austin, đồng tác giả nghiên cứu cho biết. “Việc tìm hiểu chi tiết về độ mạnh và tính mềm dẻo của synap có thể thúc đẩy nghiên cứu về quá trình học hỏi và ghi nhớ. Chúng ta có thể ứng dụng nó để khám phá các quá trình này trong tất cả các phần khác nhau của não người, não động vật, não ở tuổi trẻ và não bộ khi về già”.□

Thanh An lược dịch

Nguồn: https://medicalxpress.com/news/2024-05-brain-storage-quantifying-synapses.html

Tác giả