Các nhà khoa học thần kinh kích hoạt phản ứng tìm kiếm nơi trú ẩn bằng cách kích hoạt lại mạch trí nhớ

Các nhà nghiên cứu cho biết nghiên cứu được công bố ngày 27 tháng 9 trên tạp chí Nature Neuroscience , thúc đẩy sự hiểu biết về cách thức trí nhớ được cấu trúc trong não động vật có vú. Những phát hiện này một ngày nào đó có thể chỉ ra những cách mới để làm chậm hoặc ngăn ngừa tình trạng mất trí nhớ đi kèm với bệnh Alzheimer và các bệnh thoái hóa thần kinh khác.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng việc kích thích các tế bào thần kinh ở hai vùng não chuột – nhân nằm (accumbens), còn được gọi là “trung tâm khoái cảm” của não chịu trách nhiệm truyền đạt các hành vi phụ thuộc vào dopamine, và chất xám quanh cống não (dPAG), chịu trách nhiệm về hành vi phòng thủ – đã kích hoạt lại “trí nhớ không gian” và khiến chuột tìm nơi trú ẩn.

“Khi chúng ta kích hoạt lại các mạch nhớ trong não một cách nhân tạo, điều này sẽ kích thích chuột làm những việc mà chúng thường làm, ngay cả khi không có ngay từ đầu kích thích sợ hãi khiến chúng tìm nơi trú ẩn “, tác giả chính Hyungbae Kwon, Tiến sĩ, phó giáo sư khoa học thần kinh tại Trường Y khoa Đại học Johns Hopkins cho biết.

Các nhà khoa học cho biết họ muốn lập bản đồ những vùng não nào chịu trách nhiệm điều hướng môi trường xung quanh, một chức năng nhận thức cấp cao ở động vật có vú, bao gồm cả con người. Do đó, những thí nghiệm này, kiểm tra xem các chức năng não nhận thức như vậy có thể được phát lại ngẫu nhiên hay không, có thể có ứng dụng trong việc hiểu cách các loài động vật có vú khác hành xử, nhận thức và cảm nhận môi trường của chúng.

Trong các thí nghiệm mới, các nhà nghiên cứu đầu tiên cho phép những con chuột trong phòng thí nghiệm khám phá môi trường xung quanh trong một chiếc hộp có nơi trú ẩn ở góc. Nhóm nghiên cứu đã đặt một loạt các tín hiệu thị giác, bao gồm các hình tam giác, hình tròn và sọc có nhiều màu sắc khác nhau, để giúp những con chuột xác định vị trí nơi trú ẩn dựa trên các điểm mốc gần đó.

Những con chuột đã thích nghi với khu vực này trong bảy phút, vào và ra khỏi nơi trú ẩn.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã thêm một tín hiệu thị giác hoặc thính giác để thúc đẩy chúng tìm nơi trú ẩn — đồng thời hình thành nên trí nhớ không gian liên quan đến vị trí của chúng và các tín hiệu thị giác.

Để gắn thẻ có chọn lọc các neuron nhớ nơi trú ẩn, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hệ thống chuyển mạch biểu hiện gen được kích hoạt bằng ánh sáng có tên là Cal-light, được Kwon phát triển vào năm 2017. Sau khi các nhà khoa học xác định được các neuron này trong nhân nằm, họ sẽ kích hoạt biểu hiện của các gen liên quan đến chúng, kích hoạt lại trí nhớ tìm nơi trú ẩn ở chuột đồng thời kích hoạt các neuron trong dPAG.

Đến lượt mình, những con chuột tìm đến khu vực hộp nơi trước đây từng có nơi trú ẩn, khi cả mối đe dọa ban đầu lẫn nơi trú ẩn đều không hiện diện.

Để đi đến điểm này, các nhà nghiên cứu đầu tiên kích hoạt có chọn lọc các neuron trong nhân nằm và sau đó, riêng biệt, trong dPAG, để xem liệu việc kích hoạt các neuron chỉ ở một vùng não có gây ra hành vi này hay không.

“Thật ngạc nhiên, chúng tôi phát hiện ra rằng những con chuột không tìm nơi trú ẩn khi chúng tôi chỉ kích hoạt các neuron trong nhân nằm”, Kwon nói. “Trong khi đó, việc bật các neuron trong dPAG khiến những con chuột phản ứng ngẫu nhiên, nhưng không hướng dẫn chúng cụ thể đến khu vực mà chúng tìm nơi trú ẩn trước đó”.

Kwon cho biết: “Hệ thống Cal-light cho phép chúng tôi gắn thẻ có chọn lọc một chức năng cụ thể trong não, giúp chúng tôi lập bản đồ trí nhớ ở cấp độ tế bào”.

Cuối cùng, Kwon cho biết nghiên cứu này có thể cung cấp nền tảng cho việc kích hoạt lại hoặc thiết kế các mạch trí nhớ ở những người mắc bệnh Alzheimer.

Ông cho biết: “Nếu chúng ta hiểu được cấu trúc cấp độ vĩ mô của trí nhớ, thì chúng ta có thể phát triển các chiến lược hiệu quả hơn để ngăn ngừa hoặc làm chậm các bệnh thoái hóa thần kinh bằng phương pháp này”.

Các nhà nghiên cứu cho biết họ hy vọng có thể hiểu được cấu trúc bộ nhớ toàn não bằng cách gắn thẻ có chọn lọc và kích hoạt lại các neuron có chức năng khác nhau ở các vùng khác nhau của não dẫn đến các hành vi biệt định khác.

Ông cho biết: “Hiểu được cách tất cả các mạch trí nhớ này hoạt động cùng nhau sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về chức năng của não”.

Đạo đức nghiên cứu:

Các nhà nghiên cứu khác tham gia vào nghiên cứu này là Kanghoon Jung, Sarah Krüssel, Sooyeon Yoo, Benjamin Burke, Nicholas Schappaugh, Youngjin Choi và Seth Blackshaw của Đại học Johns Hopkins; Myungmo An của Viện khoa học thần kinh Max Planck Florida; và Zirong Gu và Rui M. Costa của Viện nghiên cứu hành vi não bộ Zuckerman tại Đại học Columbia và Viện Allen.

Công trình này được tài trợ bởi Viện khoa học thần kinh Florida Max Planck, Quỹ tài trợ cho nhà nghiên cứu trẻ của Liên minh nghiên cứu quốc gia về bệnh tâm thần phân liệt và trầm cảm và Quỹ tài trợ của Viện Y tế quốc gia R01MH107460, 5U19NS104649, K99 NS119788, DK108230 và DP1MH119428.