Trên khắp vỏ não, các tế bào thần kinh được sắp xếp thành sáu lớp phân biệt, có thể dễ dàng nhìn thấy bằng kính hiển vi. Một nhóm các nhà thần kinh học MIT hiện đã phát hiện ra rằng trên một số loài động vật, bao gồm cả con người, các lớp này cho thấy những mô hình hoạt động điện đặc trưng, nhất quán trên nhiều vùng não.
Bộ não con người chứa hàng tỷ tế bào thần kinh, mỗi tế bào có kiểu truyền điện riêng. Cùng với nhau, các nhóm tế bào thần kinh có mô hình tương tự tạo ra dao động của hoạt động điện, hoặc sóng não, có thể có tần số khác nhau. Trước đây, phòng thí nghiệm của Giáo sư Earl Miller, một trong những tác giả cao cấp của nghiên cứu, đã chỉ ra rằng nhịp gamma tần số cao có liên quan đến việc mã hóa và truy xuất thông tin cảm giác, trong khi nhịp beta tần số thấp hoạt động như một cơ chế kiểm soát xác định thông tin nào được đọc ra từ bộ nhớ làm việc.
Phòng thí nghiệm của ông cũng đã phát hiện ra rằng ở một số phần của vỏ não trước trán, các lớp não khác nhau cho thấy các mô hình dao động đặc trưng: dao động nhanh hơn ở bề mặt và dao động chậm hơn ở các lớp sâu. Một nghiên cứu, dẫn đầu bởi Bastos khi ông còn là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Miller, cho thấy khi động vật thực hiện các nhiệm vụ bộ nhớ làm việc, nhịp điệu tần số thấp hơn được tạo ra ở các lớp sâu hơn điều chỉnh nhịp gamma tần số cao hơn được tạo ra trong các lớp bề mặt.
Ngoài trí nhớ làm việc, vỏ não cũng là nơi suy nghĩ, lập kế hoạch và xử lý thông tin cảm xúc và cảm giác cấp cao. Trên khắp các khu vực liên quan đến các chức năng này, các tế bào thần kinh được sắp xếp thành sáu lớp và mỗi lớp có sự kết hợp đặc biệt của các loại tế bào và kết nối với các vùng não khác.
Mendoza-Halliday, nghiên cứu sinh sau tiến tiến sĩ và đồng tác giả của bài báo, cho biết: "Vỏ não được tổ chức giải phẫu thành sáu lớp, bất kể bạn nhìn vào chuột hay con người hay bất kỳ loài động vật có vú nào, và mô hình này có mặt ở tất cả các khu vực vỏ não trong mỗi loài. Thật không may, rất nhiều nghiên cứu về hoạt động của não đã bỏ qua các lớp đó bởi vì khi bạn ghi lại hoạt động của các tế bào thần kinh, thật khó để hiểu chúng ở đâu trong bối cảnh của các lớp đó”.
Trong bài báo mới, các nhà nghiên cứu muốn khám phá xem liệu mô hình dao động phân lớp mà họ đã thấy ở vỏ não trước trán có phổ biến hơn, xảy ra trên các phần khác nhau của vỏ não và giữa các loài hay không.
Sử dụng kết hợp dữ liệu thu được trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã có thể phân tích 14 khu vực khác nhau của vỏ não, từ bốn loài động vật có vú. Dữ liệu này bao gồm các bản ghi hoạt động điện từ ba bệnh nhân người có các điện cực được đưa vào não như một phần của quy trình phẫu thuật mà họ đang trải qua.
Kết quả là trên tất cả các loài, ở mỗi khu vực được nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đều tìm thấy cùng một mô hình hoạt động phân lớp.
Ý nghĩa của nghiên cứu
Những phát hiện này ủng hộ một mô hình mà phòng thí nghiệm của Miller đã đưa ra trước đây, trong đó đề xuất rằng tổ chức không gian của não giúp nó kết hợp thông tin mới, được thực hiện bởi các dao động tần số cao, vào các ký ức và quá trình não hiện có, được duy trì bởi các dao động tần số thấp. Khi thông tin truyền từ lớp này sang lớp khác, đầu vào có thể được kết hợp khi cần thiết để giúp não thực hiện các nhiệm vụ cụ thể như nướng một công thức bánh quy mới hoặc ghi nhớ số điện thoại.
Theo lý thuyết này, sự mất cân bằng giữa dao động tần số cao và tần số thấp có thể dẫn đến rối loạn tăng động giảm chú ý (ADHD) khi tần số cao hơn chiếm ưu thế và quá nhiều thông tin cảm giác xâm nhập, hoặc rối loạn ảo tưởng như tâm thần phân liệt, khi dao động tần số thấp quá mạnh và không đủ thông tin cảm giác.
Miller nói: "Sự cân bằng hợp lý giữa các tín hiệu điều khiển từ trên xuống và các tín hiệu cảm giác từ dưới lên rất quan trọng đối với mọi thứ vỏ não thực hiện. Khi sự cân bằng trở nên tồi tệ, bạn sẽ nhận được một loạt các rối loạn tâm thần kinh”.
Các nhà nghiên cứu hiện đang khám phá liệu việc đo các dao động này có thể giúp chẩn đoán các loại rối loạn này hay không. Họ cũng đang điều tra xem liệu việc tái cân bằng các dao động có thể thay đổi hành vi hay không - một cách tiếp cận mà một ngày nào đó có thể được sử dụng để điều trị chứng thiếu tập trung hoặc các rối loạn thần kinh khác.
Các nhà nghiên cứu cũng hy vọng sẽ làm việc với các phòng thí nghiệm khác để mô tả các mô hình dao động phân lớp chi tiết hơn trên các vùng não khác nhau.
Theo MIT news
