Cho đến gần đây, người ta cho rằng các khớp thần kinh yên tĩnh chỉ xuất hiện trong giai đoạn đầu phát triển của não khi chúng hỗ trợ não tiếp thu thông tin mới. Tuy nhiên, gần đây nhất MIT nghiên cứu cho thấy khoảng 30% tổng số khớp thần kinh trong vỏ não của chuột trưởng thành ở trạng thái im lặng. Các nhà khoa học cũng phát hiện ra rằng những khớp thần kinh im lặng này vẫn không hoạt động cho đến khi chúng được huy động để giúp đỡ. hình thành ký ức mới.
Những khớp thần kinh im lặng này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách bộ não người lớn có thể liên tục tạo ra những kỷ niệm mới và thu được thông tin mới mà không cần phải thay đổi các khớp thần kinh thông thường cũ.
Dimitra Vardalaki, một sinh viên tốt nghiệp MIT và là tác giả chính của nghiên cứu mới, cho biết: “Những khớp thần kinh im lặng này đang tìm kiếm các kết nối mới và khi thông tin mới quan trọng được đưa ra, các kết nối giữa các tế bào thần kinh liên quan sẽ được tăng cường. Điều này cho phép não tạo ra những ký ức mới mà không ghi đè lên những ký ức quan trọng được lưu trữ trong bộ nhớ trưởng thành. khớp thần kinh, điều này khó thay đổi hơn.”
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học không đặt mục tiêu rõ ràng là tìm kiếm các khớp thần kinh im lặng. Thay vào đó, họ đang nghiên cứu một kết quả thú vị từ một thí nghiệm trước đó trong phòng thí nghiệm của Harnett (Mark Harnett, phó giáo sư về khoa học não bộ và nhận thức). Trong nghiên cứu đó, các tác giả đã chỉ ra cách nhánh cây, giống như râu và mọc ra từ các nơ-ron, có thể xử lý đầu vào khớp thần kinh theo cách khác nhau tùy thuộc vào vị trí của chúng trong một nơ-ron.
Để xác định liệu điều này có thể giúp giải thích những biến đổi trong hành vi của chúng hay không, các nhà khoa học đã cố gắng định lượng các thụ thể dẫn truyền thần kinh ở các nhánh đuôi gai khác nhau như một phần của nghiên cứu đó. Họ đã đạt được điều này bằng cách sử dụng một phương pháp được gọi là IMAP (Phân tích phóng đại bảo tồn epitope của Proteome) do Chung tạo ra. Phương pháp này cho phép mở rộng vật lý các mẫu mô, sau đó dán nhãn các protein cụ thể để cung cấp hình ảnh có độ phân giải cực cao.
Harnett đã nói, “Trong khi chúng tôi đang chụp ảnh, chúng tôi đã có một khám phá đáng ngạc nhiên. Điều đầu tiên chúng tôi thấy, cực kỳ kỳ lạ và chúng tôi không ngờ tới, là bệnh băng huyết ở khắp mọi nơi.”
Filopodia là phần nhô ra của màng mỏng kéo dài từ đuôi gai. Các nhà khoa học đã nhìn thấy chúng sớm hơn nhưng chức năng của chúng vẫn chưa rõ ràng vì chúng quá nhỏ đến mức khó có thể nhìn thấy bằng các kỹ thuật hình ảnh truyền thống.
Sau phát hiện này, nhóm MIT đã sử dụng công nghệ IMAP để tìm kiếm bệnh nấm chân ở các vùng não người trưởng thành khác. Trước sự ngạc nhiên của họ, họ đã phát hiện ra bệnh filmaia ở mức độ cao gấp 10 lần so với mức độ quan sát được trước đây ở vỏ não thị giác của chuột và các vùng khác của não. Ngoài ra, họ phát hiện ra rằng filmaia thiếu thụ thể AMPA nhưng lại có thụ thể NMDA, đó là các thụ thể dẫn truyền thần kinh.
Một khớp thần kinh hoạt động điển hình có cả hai thụ thể này, liên kết với chất dẫn truyền thần kinh glutamate. Các thụ thể NMDA thường cần sự hợp tác với các thụ thể AMPA để truyền tín hiệu vì các ion magiê chặn các thụ thể NMDA ở điện thế nghỉ bình thường của tế bào thần kinh. Do đó, khi không có thụ thể AMPA, các khớp thần kinh chỉ có thụ thể NMDA không thể truyền dọc theo dòng điện và được gọi là “im lặng”.
Các nhà khoa học đã điều chỉnh phương pháp thí nghiệm được gọi là kẹp vá để xem xét khả năng những sợi nấm này là các khớp thần kinh im lặng. Bằng cách mô phỏng sự giải phóng chất dẫn truyền thần kinh glutamate từ một vùng lân cận tế bào thần kinh, chúng có thể kích thích filmaia cụ thể đồng thời theo dõi hoạt động điện được tạo ra ở đó.
Các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật này để phát hiện ra rằng glutamate sẽ không tạo ra bất kỳ tín hiệu điện nào trong filopodium nhận đầu vào trừ khi các thụ thể NMDA được bỏ chặn bằng thực nghiệm.
Các nhà khoa học ghi nhận, “Điều này ủng hộ mạnh mẽ giả thuyết rằng filmaia đại diện cho các khớp thần kinh im lặng trong não.”
Các nhà khoa học cho biết, bằng cách kết hợp giải phóng glutamate với dòng điện đến từ cơ thể tế bào thần kinh, có thể làm mất hoạt động các khớp thần kinh im lặng này. Sự kích thích kết hợp này dẫn đến sự tích tụ các thụ thể AMPA trong khớp thần kinh im lặng, cho phép nó hình thành một kết nối mạnh mẽ với sợi trục giải phóng glutamate gần đó.
Sự thật thú vị là việc chuyển đổi các khớp thần kinh im lặng này thành các khớp thần kinh hoạt động dễ dàng hơn nhiều so với việc thay đổi các khớp thần kinh trưởng thành.
Harnett đã nói, “Nếu bạn bắt đầu với một khớp thần kinh đã hoạt động sẵn thì giao thức linh hoạt đó sẽ không hoạt động. Các khớp thần kinh trong não người trưởng thành có ngưỡng cao hơn nhiều, có lẽ là do bạn muốn những ký ức đó tồn tại khá lâu. Bạn không muốn chúng liên tục bị ghi đè. Mặt khác, Filopodia có thể bị bắt giữ để hình thành những ký ức mới.”
“Theo như tôi biết, bài báo này là bằng chứng thực sự đầu tiên về cách thức hoạt động của nó trong não động vật có vú. Filopodia cho phép hệ thống bộ nhớ vừa linh hoạt vừa mạnh mẽ. Bạn cần sự linh hoạt để thu thập thông tin mới nhưng cũng cần sự ổn định để giữ lại những thông tin quan trọng.”
Việc tìm kiếm những khớp thần kinh yên tĩnh này trong mô não người hiện đang được tiến hành. Ngoài ra, họ muốn nghiên cứu xem các bệnh lão hóa và thoái hóa thần kinh cũng như các biến số khác có thể ảnh hưởng như thế nào đến số lượng hoặc chức năng của các khớp thần kinh này.
Harnett nói, “Hoàn toàn có thể bằng cách thay đổi mức độ linh hoạt mà bạn có trong hệ thống trí nhớ, việc thay đổi hành vi và thói quen của bạn hoặc kết hợp thông tin mới có thể trở nên khó khăn hơn nhiều. Bạn cũng có thể tưởng tượng việc tìm kiếm một số tác nhân phân tử có liên quan đến bệnh filmaia và cố gắng điều khiển một số thứ đó để cố gắng khôi phục trí nhớ linh hoạt khi chúng ta già đi.”
Tạp chí tham khảo:
- Vardalaki, D., Chung, K. & Harnett, MT Filopodia là chất nền cấu trúc cho các khớp thần kinh im lặng ở vỏ não mới trưởng thành. Thiên nhiên, 2022 DOI: 10.1038/s41586-022-05483-6
