Một bí ẩn chưa có lời giải đáp
Não bộ con người có khoảng 100 tỷ neuron thần kinh, kết nối với nhau thông qua khoảng 100.000 tỷ sợi liên bào (synapse). Sự liên kết này giúp cho các neuron có thể thông tin qua lại lẫn nhau. Nhưng từ nhiều năm nay, có một nghịch lý vẫn làm đau đầu các nhà khoa học : Tốc độ truyền thông tin lớn hơn tốc độ truyền của các sợi liên bào - một bí ẩn chưa có lời giải đáp!
Não bộ phản ứng rất nhanh. Nó chỉ mất khoảng 120 mili giây để phản ứng lại một kích thích từ bên ngoài. Cơ chế hoạt động của nó có thể giải thích như sau. Khi một «neuron phát » phát tín hiệu đến một “ neuron nhận”, “neuron phát” sẽ phát ra một tín hiệu hoá học, truyền đi trong sợi liên bào, người ta gọi nó là một “tín hiệu neuron”. Và điều này sẽ kích thích « neuron nhận » sản sinh ra một tín hiệu mới, từ đó tiếp tục truyền đi khắp não bộ. Chỉ có điều, từ 10 năm nay, chúng ta vẫn cho rằng, sau khi tiếp nhận một «tín hiệu neuron », «neuron nhận » sẽ phải thay đổi trạng thái, và do đó không kịp nhận một tín hiệu khác đến ngay tiếp theo trong khoảng thời gian một vài trăm mili giây, tương đương với tần số vài chục Hz. Tuy nhiên, chúng ta cũng lại biết là tần số truyền tin của sợi liên bào là vào khoảng 200 Hz, tương đương với cứ 5 mili giây một, nhanh hơn rất nhiều so với thời gian « neuron nhận » phải mất để trở lại trạng thái hoạt động bình thường. Nghịch lý này có nguyên nhân từ đâu ? Mới đây, các nhà khoa học tại Bordeaux, Pháp đã kết hợp với các nhà thần kinh học người Đức và Mỹ để lý giải bí ẩn này.
Những nghiên cứu trên sát sợi liên bào
Quay trở lại thời điểm năm 2002, khi nhóm nghiên cứu của tiến sỹ (TS) Daniel Choquet, tại phòng thí nghiệm LPCS, đại học Bordeaux 2 công bố giả thiết mới: “neuron nhận” không đứng yên trên các sợi liên bào trong quá trình nhận “tín hiệu neuron”. Ngược lại, không như từ lâu chúng ta vẫn nghĩ, có vẻ như chúng chuyển động không ngừng. Liệu chúng ta có thể tìm ra quy luật của sự dịch chuyển? Nếu được, thì đó sẽ là một bước tiến dài trong quá trình khám phá não bộ. “Lúc đó, công nghệ đo của chúng tôi chưa đủ tinh vi để quan sát được khoảng cách từ 10 đến 40 nm giữa 2 neuron trên một sợi liên bào” – TS Choquet cho biết.
Và cuối cùng thì các nhà thần kinh học cũng nảy ra ý tưởng mới: kết hợp với nhóm nghiên cứu quang học tại phòng thí nghiệm CPMOH của TS Brahim Lounis, đại học Bordeaux 1.Và sau đúng 6 năm, họ đã thành công. “Khi nghiên cứu “neuron nhận” glutamat trên phần mã ngư (hippocampe) của chuột, nhờ một thiết bị đặc biệt, chúng tôi đã chứng minh được rằng các “neuron nhận” chuyển động rất nhanh trên các sợi liên bào” – TS Choquet nói. Để làm được điều này, các nhà khoa học đã dùng một kính hiển vi huỳnh quang – do nhóm của Brahim cung cấp – nhờ đó, giúp mắt người thường có thể định vị được nguyên tử ở cỡ nano mét. Để xác định chính xác quỹ đạo chuyển động của các “neuron nhận” glutamat, người ta cấy vào nó một loại kháng thể huỳnh quang, được gọi là các “hạt lượng tử” – là các tinh thể huỳnh quang bán dẫn cỡ nano. “Nó cũng như thể là bạn đeo vào các “neuron nhận” một hạt phấn màu” TS Cognet tại phòng thí nghiệm CPMOH so sánh. Kế theo đó là một loạt các thao tác: kích thích laser, sử dụng thiết bị quang học và các máy đo siêu nhậy, và cuối cùng khâu quan trọng và thú vị nhất: phân tích hình ảnh. “Tín hiệu chúng tôi đo được là vô cùng nhỏ, để phân tích chúng, quả là không dễ chút nào” – TS Cognet nhận xét. Nhưng dù sao thì sự hợp tác giữa các nhà vật lý và thần kinh học cũng đem lại thành quả: thí nghiệm đã chứng minh được giả thuyết chuyển động của các “neuron nhận” trên các sợi liên bào là đúng.
Cơ chế nào giúp các neuron có thể truyền thông tin liên tục?
Điều gì sẽ xảy ra nếu như “neuron nhận” được cố định? Liệu sự trao đổi thông tin trong não bộ có bị ảnh hưởng? Để thực kiểm chứng điều này, các nhà khoa học kích thích các “neuron nhận” bằng một chuỗi kích thích tần số cao (tương ứng với quá trình suy nghĩ, học bài hay đọc sách). Trong trường hợp đó thì “tốc độ truyền tin vẫn không bị chậm đi” – TS Choquet cho biết. Bởi ngay khi một “neuron nhận” bị dừng lại thì sẽ xuất hiện ngay một “neuron nhận” khác đến để tiếp nhận kích thích. “Phát hiện này là cơ sở để chúng ta hiểu kỹ hơn về một số hiện tượng bệnh lý có liên quan đến quá trình truyền thông tin trong các sợi liên bào, như bệnh động kinh hay Parkinson chẳng hạn” – TS Antonie Triller, nhà nghiên cứu về thần kinh học tại Đại học Sư phạm Paris cho biết. Nhưng đó vẫn chưa phải là hệ quả duy nhất “Từ thí nghiệm này, tôi nghĩ ta có thể nghiên cứu thêm cả về việc lưu trữ thông tin trong não bộ” – TS Choquet cho biết về các dự định sắp tới của nhóm nghiên cứu. Và bước tiếp theo sẽ là “Kiểm chứng lại giả thiết trên não bộ của động vật cỡ lớn hơn hoặc thậm chí đối với các mẫu động vật có mang bệnh lý về thần kinh.”
Dù sao đi nữa, thì từng đấy cũng đủ cho chúng ta một phát hiện thú vị.
Phạm Hiệp
