Giải mã bí ẩn về chức năng và khả năng kết nối của não bộ

Tiến sĩ James Pang và Giáo sư Alex Fornito từ Viện Turner chuyên về Sức khỏe Tâm thần và Não bộ, và Khoa Khoa học Tâm lý của Đại học Monash.

Thay đổi cách nhìn về não bộ

Nghiên cứu đã phác thảo một bước tiến quan trọng đối với ngành khoa học thần kinh và được xuất bản trên tạp chí uy tín Nature. Các tác giả chính của nghiên cứu là Tiến sĩ James Pang và Giáo sư Alex Fornito từ Viện Turner về Sức khỏe Tâm thần và Não bộ, và Khoa Khoa học Tâm lý của Đại học Monash.

Tiến sĩ Pang cho biết: “Chúng tôi đang cố gắng thay đổi cách chúng ta nhìn nhận về não bộ. Trước đây, khoa học thần kinh đã cho rằng mọi quá trình hoạt động của não chỉ được quy cho một vùng cụ thể, ở một phần rất cục bộ trong não. Tuy nhiên, cho tới gần đây, chúng ta mới có thể nghiên cứu toàn não bộ trên cơ thể sống, trong cùng một thời điểm nhờ vào công nghệ chụp cộng hưởng từ MRI.”

Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà vật lý và thần kinh học đã kiểm tra bản đồ não bộ của hơn 10.000 người khi họ đang thực hiện các nhiệm vụ khác nhau. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng hình dạng hay cấu trúc hình học của bộ não có ảnh hưởng đến quy tắc hoạt động của não, hơn là so với sự kết nối giữa các vùng của não bộ, vốn là điều mà chúng ta vẫn nghĩ trước đây.

Giáo sư Fornito sử dụng một phép so sánh từ thiên nhiên để mô tả phát hiện này: “Mối liên kết chặt chẽ giữa hình dạng và chức năng của não bộ được chi phối bởi một dạng hoạt động giống như sóng lan truyền khắp não bộ. Điều này cũng giống như một viên sỏi tạo ra những gợn sóng trải khắp mặt hồ.”

Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào “mã dao động riêng”. Đây là một thuật ngữ phổ biến trong vật lý và được dùng để chỉ một quy tắc kích thích thần kinh có xu hướng xuất hiện trong não bộ.

Tiến sĩ Pang giải thích: “Cách dễ nhất để hiểu về dao động riêng là liên tưởng đến một cây đàn violin. Mỗi khi bạn gảy dây, dây sẽ rung lên theo một quy tắc nhất định và quy tắc này tương ứng với các nốt mà bạn nghe thấy. Các quy tắc rung động được ưa thích chính là các dao động riêng của dây”. Một số quy tắc kích thích thần kinh bao phủ toàn bộ não trong khi một số chỉ tập trung ở từng vùng nhất định.

“Có nhiều kiểu dao động riêng và mỗi dao động riêng lại mã hóa một tần số riêng biệt, và chúng có thể kết hợp theo nhiều cách khác nhau để hỗ trợ mọi quá trình hoạt động của não bộ. Điều này có nghĩa rằng nếu vẫn bạn nghĩ chỉ một số tế bào thần kinh ở một phần nhất định của não bộ hoạt động khi đang làm một việc gì đó, có thể là không chính xác, bởi các phần khác của não bộ cũng đang đóng góp vào quá trình đó.”

Hình dạng ảnh hưởng lớn đến hoạt động của não

Nghiên cứu đã so sánh các dao động riêng lấy được từ hình dạng của não với các kết quả thu được từ kết nối liên vùng. Các chuyên gia đã phát hiện ra rằng các dao động riêng của hình dạng não bộ có thể có ảnh hưởng lớn hơn đến hoạt động của não. “Hình dạng” của bộ não trong nghiên cứu này xét đến kích thước, hình dạng và các đường nét của vỏ não con người.

Tiến sĩ Pang cho biết: “Giống như tần số cộng hưởng của dây đàn violin được xác định từ các yếu tố như độ dài, mật độ và độ căng của dây. Các dao động riêng của não cũng được xác định bởi các đặc tính cấu trúc, vật lý, hình học và giải phẫu của nó”.

Nhóm nghiên cứu cho rằng có thể dự đoán các quy tắc hoạt động khác nhau của não bộ dựa trên hình dạng của não.

Tiến sĩ Pang chia sẻ: “Công trình nghiên cứu này mở ra cơ hội tìm hiểu tác động của các bệnh như sa sút trí tuệ và đột quỵ thông qua xem xét mô hình hình dạng não bộ. Tạo nhiều thuận lợi hơn cho các chuyên gia khi phải tìm hiểu bệnh thông qua đánh giá trên mô hình não bộ với đầy đủ các kết nối. Lấy ví dụ các bệnh nhân mắc chứng sa sút trí tuệ có một số phần của não bị teo nhỏ, gây thay đổi khả năng hoạt động của chúng”.

“Trong nghiên cứu này, chúng tôi cố gắng giải quyết hai vấn đề. Một là, thoát ra khỏi quan điểm thông thường cho rằng việc lập bản đồ tế bào và các kết nối phức tạp trong não bộ là cần thiết để tìm hiểu cách thức hoạt động của não. Thay vào đó, chúng tôi chỉ ra rằng hình dạng bộ não có thể đóng vai trò quan trọng hơn.

“Vấn đề thứ hai liên quan đến ứng dụng của nghiên cứu này. Nghiên cứu mở ra nhiều cơ hội mới trong việc tạo lập bản đồ não bộ ở các loài khác nhau, thông qua quá trình phát triển và lão hóa, và trong các bệnh rối loạn não. Từ đó dẫn đến các hướng nghiên cứu mới không chỉ tại Monash mà còn cho mọi người ở khắp nơi trên thế giới” - tiến sĩ Pang nói thêm.