Xác định cơ chế mới góp phần tăng cường các khớp thần kinh

Các nhà thần kinh học thuộc Viện công nghệ Massachusetts (MIT), Hoa Kỳ đã xác định được một cơ chế mới cho phép bộ não tăng cường liên kết giữa các tế bào thần kinh.

Khi não hình thành bộ nhớ hoặc học một nhiệm vụ mới, nó mã hóa thông tin mới bằng cách điều chỉnh kết nối giữa các tế bào thần kinh. Các nhà khoa học tại MIT đã phát hiện ra một cơ chế mới góp phần tăng cường những kết nối này, còn được gọi là các khớp thần kinh.

Tại mỗi khớp thần kinh, một tế bào thần kinh ở phần trước khớp thần kinh truyền các tín hiệu hóa học đến một hoặc nhiều tế bào thần kinh ở phần sau khớp thần kinh. Trong hầu hết các nghiên cứu trước đây về cách phát triển những kết nối này, các nhà khoa học đã tập trung vào vai trò của các tế bào thần kinh ở phần sau khớp thần kinh. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại MIT đã phát hiện ra rằng các tế bào ở phần trước khớp thần kinh cũng ảnh hưởng đến độ bền của các kết nối.

"Chúng tôi đã phát hiện ra cơ chế này ở mặt trước khớp thần kinh, bổ sung vào bộ công cụ mà chúng tôi có để tìm hiểu cách thức các khớp thần kinh có thể thay đổi", GS. Troy Littleton khoa sinh học, não và khoa học nhận thức tại MIT và là trưởng nhóm nghiên cứu.

Nghiên cứu sâu hơn về cách các khớp thần kinh thay đổi kết nối của chúng, có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ các rối loạn phát triển thần kinh như bệnh tự kỷ, vì nhiều biến đổi gen liên quan đến bệnh tự kỷ được phát hiện trong các gen mã hóa protein của khớp thần kinh.

Một trong những vấn đề lớn trong lĩnh vực khoa học thần kinh là cách bộ não tự kết nối để đáp ứng với những thay đổi hành vi, một khả năng gọi là độ đàn hồi. Điều này đặc biệt quan trọng trong quá trình phát triển ban đầu nhưng vẫn tiếp tục trong suốt cuộc đời khi bộ não học và hình thành những ký ức mới.

Trong 30 năm qua, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng dòng điện mạnh tác động đến một tế bào thần kinh ở phần sau khớp thần kinh khiến nó vận chuyển nhiều thụ thể dẫn truyền thần kinh lên trên bề mặt, khuếch đại tín hiệu nó nhận được từ tế bào thần kinh ở phần trước khớp thần kinh. Hiện tượng này được gọi là tăng tiềm lực dài hạn (LTP), xuất hiện sau khi kích thích khớp thần kinh liên tục với tần số cao. Suy giảm dài hạn (TNHH), sự suy yếu của phản ứng ở phần sau khớp thần kinh do kích thích tần số rất thấp gây ra, có thể diễn ra khi các thụ thể được loại bỏ.

Các nhà khoa học ít tập trung vào vai trò của tế bào thần kinh ở phần trước khớp thần kinh đối với độ đàn hồi, một phần vì rất khó nghiên cứu, GS. Littleton nói.

Phòng thí nghiệm của GS. Littleton đã mất vài năm nghiên cứu để tìm ra cơ chế thể hiện cách các tế bào thần kinh ở phần trước khớp thần kinh giải phóng chất dẫn truyền thần kinh để phản ứng với sự gia tăng hoạt động điện được gọi là điện thế. Khi tế bào thần kinh ở phần trước khớp thần kinh truyền một dòng ion canxi mang theo sự gia tăng điện thế, các túi chứa chất dẫn truyền thần kinh chảy vào màng tế bào và tràn ra ngoài tế bào, nơi chúng liên kết với các thụ thể trên tế bào thần kinh ở phần sau khớp thần kinh.

Tế bào thần kinh ở phần trước khớp thần kinh cũng giải phóng chất dẫn truyền thần kinh khi không có điện thế trong một quá trình gọi là giải phóng tự phát. Trước đây, người ta cho rằng các “tác động nhỏ” này thể hiện tạp âm xuất hiện trong não. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã phát hiện thấy có thể điều chỉnh các tác động nhỏ đó để tăng độ đàn hồi của cấu trúc khớp thần kinh.

Để nghiên cứu cách tăng cường các khớp thần kinh, các nhà khoa học đã xem xét một loại khớp thần kinh gọi là các tiếp hợp thần kinh cơ ở ruồi giấm. Họ đã kích thích các tế bào thần kinh ở phần sau khớp thần kinh bằng một chuỗi điện thế nhanh trong thời gian ngắn. Như dự kiến, các tế bào này đã giải phóng đồng thời các chất dẫn truyền thần kinh cùng với các điện thế. Tuy nhiên, các tác động nhỏ đã gia tăng rất mạnh sau khi ngừng kích thích điện.

"Mỗi khớp thần kinh trong não bộ đang gây ra những tác động nhỏ này, nhưng mọi người gần như đã bỏ qua vì chúng chỉ kích thích hoạt động rất nhỏ trong tế bào thần kinh ở phần sau khớp thần kinh", Littleton nói. "Khi chúng tôi dẫn một xung hoạt động mạnh đến các tế bào thần kinh này, các tác động nhỏ đó thường có tần số rất thấp, tăng đột ngột và giữ nguyên trạng thái này vài phút trước khi giảm xuống".

Sự phát triển của khớp thần kinh

Việc tăng cường các tác động nhỏ xem ra kích thích tế bào thần kinh ở phần sau khớp thần kinh phát ra tín hiệu chưa xác định, quay trở lại tế bào thần kinh ở phần trước khớp thần kinh và kích hoạt enzym PKA. Enzym này tương tác với một protein túi được gọi là complexin, thường đóng vai trò như chiếc phanh, kẹp các túi để ngăn không cho các chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng cho đến khi cần. Kích thích của enzym PKA đã làm biến đổi complexin đến mức nó tạo ra những chiếc kẹp trên các túi dẫn truyền thần kinh, gây ra những tác động nhỏ.

Khi các túi chất dẫn truyền thần kinh này được giải phóng với tốc độ cao, chúng thúc đẩy sự phát triển của các kết nối mới, được gọi là các nút giữa các tế bào thần ở phần trước và sau khớp thần kinh. Điều này làm cho tế bào thần kinh ở phần sau khớp thần kinh thậm chí phản ứng nhiều hơn với bất cứ liên lạc nào trong tương lai từ tế bào thần kinh ở phần trước khớp thần kinh.

"Thông thường, bạn có khoảng 70 nút mỗi tế bào, nhưng nếu bạn kích thích tế bào thần kinh ở phần trước khớp thần kinh, bạn có thể tạo thêm các nút mới. Nó sẽ tăng gấp đôi số lượng các khớp thần kinh được hình thành", GS. Littleton nói.

Các nhà nghiên cứu đã quan sát quá trình này trong thời kỳ phát triển của ấu trùng ruồi giấm kéo dài 3-5 ngày. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã chứng minh những thay đổi cấp tính này về chức năng của khớp thần kinh cũng có thể dẫn đến tạo độ đàn hồi của cấu trúc khớp thần kinh trong quá trình phát triển.

GS thần kinh học, Maria Bykhovskaia thuộc trường Y, Đại học Wayne cho rằng đây là nghiên cứu quan trọng đầu tiên tiết lộ cách các tế bào thần kinh ở phần trước khớp thần kinh ảnh hưởng đến độ đàn hồi.

Theo Vista.gov.vn