Nghiên cứu: Làm thế nào để một người trở thành chính mình?

Từ lâu, người ta đã tranh luận liệu bộ não của chúng ta khi sinh ra là những tờ giấy trắng hay đã xử lý một lượng lớn thông tin. Các nhà khoa học, thông qua nghiên cứu đời sống của chuột, đã tiết lộ rằng mạng lưới thần kinh trong hồi hải mã ban đầu dày đặc và hỗn loạn, nhưng dần dần trở nên thưa thớt và có trật tự hơn. Mặc dù cần nhiều nghiên cứu hơn về bộ não con người, nhưng chắc chắn rằng mặc dù hầu hết chúng ta không nhớ thời thơ ấu của mình, nhưng bộ não của chúng ta đã hoạt động hết công suất vào thời điểm đó.

Liệu bộ não của chúng ta khi sinh ra về cơ bản là một “tấm bảng trắng”, với các tế bào thần kinh chỉ bắt đầu ghi chép lên đó sau khi sinh? Hay chức năng của bộ não giống như một “tấm bảng đã được viết sẵn”, liên tục bị ghi đè lên?

Khi nhóm nghiên cứu do các nhà thần kinh học Peter Jonas và Victor Vargas-Barroso tại Viện Khoa học và Công nghệ Áo (ISTA) dẫn đầu bắt đầu tìm câu trả lời cho câu hỏi này, họ quyết định tập trung vào hồi hải mã, vùng não chính liên quan mật thiết nhất đến việc hình thành trí nhớ và rất quan trọng đối với việc học tập và nhận thức không gian. Các nhà khoa học đặc biệt tập trung vào mạng lưới thần kinh CA3 độc đáo trong hồi hải mã, nơi các tế bào thần kinh có tính dẻo dai để mã hóa, lưu trữ, truy xuất và cập nhật ký ức.

Mạng lưới thần kinh CA3 được cho là lưu trữ một lượng lớn thông tin thông qua các khớp thần kinh—khoảng trống giữa các tế bào thần kinh truyền tải thông điệp. Các khớp thần kinh này có tính dẻo cao và có thể dễ dàng thích nghi với sự thay đổi. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các tế bào thần kinh này phân bố rải rác chứ không tập trung dày đặc, nhưng cách chúng kết nối với nhau sau khi sinh vẫn cần được nghiên cứu thêm. Theo một giả thuyết—mô hình “tấm bảng trắng”—các tế bào thần kinh ban đầu chỉ có một vài kết nối, và các khớp thần kinh hình thành liên tục theo thời gian. Lý thuyết ngược lại là “mô hình tỉa cành“, cho rằng não ban đầu chứa đầy các khớp thần kinh, số lượng của chúng giảm dần cho đến khi hình thành các kết nối xa hơn nhưng chính xác hơn.

“Mô hình bảng trắng và mô hình cắt tỉa đưa ra những dự đoán khác nhau về sự thay đổi trong kết nối trong quá trình phát triển”, Jonas và Vargas-Barroso cho biết trong nghiên cứu gần đây của họ được công bố trên tạp chí Nature Communications vào ngày 21 tháng 4. “Các kết nối cú pháp trong hồi hải mã và vỏ não mới trưởng thành không phải là ngẫu nhiên… nhưng cách chúng được tạo ra vẫn chưa rõ ràng.”

Kỹ thuật kẹp màng tế bào

Để quan sát sự phát triển của các khớp thần kinh CA3 từ khi sinh ra đến khi trưởng thành, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu chuột ngay sau khi sinh (7 đến 8 ngày tuổi), trong giai đoạn dậy thì (18 đến 25 ngày tuổi) và đến khi trưởng thành (45 đến 50 ngày tuổi), tương ứng với các giai đoạn trước, giữa và sau thời kỳ cực đại của tính dẻo dai của hồi hải mã. Sử dụng kỹ thuật kẹp màng tế bào (patch-clamp), các nhà nghiên cứu đã có thể ghi lại và đo lường chính xác các tín hiệu điện đi qua các tế bào thần kinh, cho phép họ đo trạng thái của các tín hiệu khi chúng đến các phần khác nhau của tế bào thần kinh—từ đầu cuối tiền synapse (đầu cuối của tế bào thần kinh chịu trách nhiệm chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu hóa học và giải phóng chất dẫn truyền thần kinh) đến các sợi nhánh (các phần mở rộng phân nhánh nhận tín hiệu và truyền chúng đến thân tế bào thần kinh) ở đầu kia.

Khi nhóm nghiên cứu phân tích các dữ liệu này, họ phát hiện ra rằng các kết nối giữa các tế bào thần kinh CA3 cực kỳ phong phú ở chuột sơ sinh. Khi các con vật trưởng thành, các kết nối này giảm dần, và các khớp thần kinh CA3 trở nên có cấu trúc hơn và ít ngẫu nhiên hơn. Cả hai quan sát đều ủng hộ mô hình tỉa cành, cho thấy mạng lưới CA3 bắt đầu từ trạng thái “tabula plena” (trạng thái hoàn toàn trống rỗng) chứ không phải trạng thái “tabula plena”. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng sức mạnh của từng khớp thần kinh ở chuột non cao một cách bất ngờ (có khả năng kích hoạt xung thần kinh độc lập), trong khi ở động vật trưởng thành, cần nhiều tín hiệu đầu vào yếu hơn để kích hoạt một tế bào thần kinh cùng một lúc. Phân tích hiển vi của cùng các tế bào thần kinh này càng củng cố thêm lý thuyết tỉa cành: các sợi trục ngắn lại và phân nhánh ít điểm hơn theo thời gian, trong khi các sợi nhánh trở nên dài hơn và dày đặc hơn.

Tấm bảng đá đã chứa đầy thông tin

Vì vậy, bộ não của trẻ sơ sinh — ít nhất là ở chuột — dường như giống một “tấm bảng đá đã chứa đầy thông tin” hơn là một “tờ giấy trắng.” Từ khi sinh ra đến lúc trưởng thành, mạng lưới thần kinh CA3 trong hồi hải mã chuyển từ trạng thái dày đặc và ngẫu nhiên sang trạng thái thưa hơn nhưng có cấu trúc rõ ràng hơn. Các tế bào thần kinh CA3 trưởng thành cũng phát tín hiệu với tần suất thấp hơn so với các tế bào thần kinh chưa trưởng thành.

Tuy nhiên, liệu não bộ con người có trải qua quá trình tương tự hay không vẫn còn cần được nghiên cứu thêm, bởi cơ chế thúc đẩy quá trình cắt tỉa khớp thần kinh ở cấp độ tế bào hoặc phân tử hiện vẫn chưa được hiểu đầy đủ.

“Những thay đổi này được hiểu là sự dịch chuyển trong các hoạt động bậc cao hơn ở hồi hải mã”, các nhà nghiên cứu cho biết. “Những thay đổi này có thể liên quan đến sự dịch chuyển trong kết nối CA3 từ cấu trúc ngẫu nhiên dày đặc sang cấu trúc thưa thớt. Việc xác minh trực tiếp các giả thuyết này sẽ cần nghiên cứu thêm trên hồi hải mã của con người”.

Có thể bạn không nhớ gì về thời thơ ấu của mình, nhưng điều đó không nhất thiết có nghĩa là bộ não của bạn trống rỗng vào thời điểm đó.

Thực tế, nghiên cứu này cho thấy rằng tâm trí con người bắt đầu tự định hình một cách âm thầm ngay từ những khoảnh khắc đầu tiên của cuộc sống. Những kết nối thần kinh dày đặc và năng động đó có thể là nền tảng vô hình cho khả năng học tập, trí nhớ và nhận thức sau này của chúng ta. Mặc dù ký ức thời thơ ấu không thể phục hồi, nhưng bộ não của chúng ta không bao giờ ngừng hoạt động—trước khi chúng ta nhận ra điều đó, nó đã bắt đầu một hành trình tự định hình dài và phức tạp.