Bộ não là một hệ thống sinh học phức tạp được biết là có khả năng tạo ra những trải nghiệm và nhận thức khác nhau thông qua các động lực phức tạp. Các vùng não và quần thể thần kinh khác nhau thường hoạt động song song, giao tiếp với nhau để cuối cùng tạo ra những hành vi và cảm giác cụ thể.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Oxford và Viện Max Planck về động lực học và tự tổ chức gần đây đã thực hiện một nghiên cứu nhằm mục đích hiểu rõ hơn về động lực thần kinh làm nền tảng cho sự giao tiếp giữa các quần thể thần kinh. Phát hiện của họ, được đăng trên tạp chí Nature Neuroscience, cho thấy xác suất để chuột nhận thức được điều gì đó có liên quan đến sự biến đổi của hoạt động thần kinh ở vùng não xử lý thông tin đến.

Trao đổi với Medical Xpress, James Rowland và Thijs Van der Plas, đồng tác giả của bài báo cho biết: "Nói chung, chúng tôi quan tâm đến cách não xử lý thông tin. Bộ não nhận thông tin đầu vào từ các giác quan phản ánh những gì đang xảy ra trong thế giới xung quanh. Sau đó, nó phải hiểu thông tin này và sử dụng nó để đưa ra quyết định và hành động. Để đạt được điều này, bộ não được xây dựng dựa trên nguyên tắc phân chia lao động, các khu vực khác nhau được chuyên môn hóa để thực hiện các nhiệm vụ riêng biệt".

Các công trình nghiên cứu trước đây thường cố gắng xác định chính xác cách bộ não hỗ trợ hoàn thành các nhiệm vụ chuyên biệt khác nhau, chẳng hạn như nhiệm vụ thị giác hoặc thính giác. Những nghiên cứu này đã thu thập được một số phát hiện thú vị, nhất quán nhấn mạnh sự tồn tại của các quần thể tế bào thần kinh riêng biệt tập trung vào các khía cạnh cụ thể của nhiệm vụ.

Rowland và Van der Plas giải thích: "Ví dụ, các tế bào thần kinh ở vùng não liên quan đến thị giác sẽ kích hoạt để phản ứng với các vùng của hình ảnh có sự thay đổi rõ rệt về độ tương phản. Tuy nhiên, chúng tôi đồng thời biết rằng các vùng não không hoạt động biệt lập; để hiểu thế giới một cách đầy đủ, chúng phải giao tiếp với nhau một cách đáng tin cậy".

Mục tiêu chính trong nghiên cứu gần đây của Rowland và Van der Plas là để hiểu rõ hơn về cách các vùng não khác nhau gửi và nhận tin nhắn cũng như những “thông điệp” này về cơ bản bao gồm những gì. Để khám phá những câu hỏi cần nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một loạt thí nghiệm trên chuột, vì chúng được biết là có cấu trúc não giống với cấu trúc não của con người.

Rowland và Van der Plas cho biết: “Một cách quan trọng để chuột nhận biết môi trường là thông qua râu của chúng. Chúng sử dụng chúng giống như cách chúng ta cảm nhận bằng đầu ngón tay khi định hướng trong một hành lang tối”. "Để tiến hành nghiên cứu, chúng tôi tập trung vào hai vùng chuyên biệt của não chuột (được gọi là 'vỏ não cảm giác cơ thể sơ cấp' và 'vỏ não cảm giác cơ thể thứ cấp', còn được gọi là S1 và S2) nhận thông tin đầu vào từ râu".

Khi những con chuột đang cố gắng tìm hiểu thế giới xung quanh, vùng S1 và S2 trên vỏ não cảm giác thân thể của chúng được phát hiện có liên lạc chặt chẽ với nhau theo cách hai chiều. Do đó, trong các thí nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu quyết định tập trung vào hai vùng não này.

Rowland, Van der Plas và các đồng nghiệp của họ đã theo dõi hoạt động của những con chuột tỉnh táo đồng thời ghi lại hoạt động thần kinh ở vùng S1 và S2. Bản ghi của họ được thực hiện bằng công cụ chụp ảnh huỳnh quang được gọi là kính hiển vi hai photon. Rowland cũng cho biết: "Ngoài việc ghi lại các tế bào thần kinh, chúng tôi đã sử dụng một kỹ thuật gọi là kích thích quang học hai photon để điều khiển hoạt động của tế bào thần kinh một cách nhân tạo". "Điều này cho phép chúng tôi gửi tin nhắn trực tiếp vào S1 và quan sát xem chúng được gửi thành công đến S2 trong những điều kiện nào. Cuối cùng, chúng tôi huấn luyện chuột thực hiện một nhiệm vụ hành vi, cho phép chúng tôi 'hỏi' những con chuột xem chúng có nhận được tin nhắn được gửi vào S1của chúng tôi hay không".

Các thí nghiệm này cho phép họ xác định rằng những thông điệp mà chuột cảm nhận được là những thông điệp được "gửi" bởi đoạn S1 của vỏ não cảm giác thân thể đến S2 hoặc các vùng não khác. Ngoài ra, phát hiện của nhóm cũng phù hợp với những nghiên cứu trước đây, cho thấy những thay đổi trong hành vi có thể được thúc đẩy bởi hoạt động của số lượng tế bào thần kinh cực kỳ thấp.

Theo Rowland, chuột có từ 50 đến 100 triệu tế bào thần kinh, nhưng chúng tôi xác nhận rằng chỉ cần kích hoạt hoạt động trong khoảng chục triệu tế bào thần kinh cũng có thể làm thay đổi hành vi của chúng, một mức độ nhạy cảm đáng kinh ngạc. Có thể chứng minh được rằng phản ứng hành vi chỉ xảy ra khi hoạt động này được truyền ra khỏi vùng não nơi tín hiệu bắt nguồn. Phát hiện thứ hai là tầm quan trọng của tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm ('signal-to-noise') của hoạt động thần kinh trong giao tiếp giữa các vùng não. Điều này được giải thích rõ nhất bằng cách tưởng tượng các tế bào thần kinh hoạt động khi mọi người trò chuyện trong quán bar. Các tế bào thần kinh sẽ giao tiếp dễ dàng hơn nhiều khi chúng nói to và lúc quán yên tĩnh hơn so với khi ồn ào, chúng nói nhỏ.

Dựa trên những quan sát của họ, Rowland, Van der Plas và các đồng nghiệp đưa ra giả thuyết rằng não chuột và có khả năng là cả não người, chủ động 'tự im lặng' khi biết rằng một thông điệp quan trọng đang đến. Quá trình này có thể chủ yếu nổi bật trong các tình huống mà sự giao tiếp giữa các vùng não có thể tạo ra sự khác biệt lớn, chẳng hạn như trong các tình huống có khả năng đe dọa đến tính mạng hoặc cái chết.

Nghiên cứu này có thể sớm mở đường cho các nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này. Nói chung, những nỗ lực trong nghiên cứu này có thể giúp khám phá nền tảng của giao tiếp giữa các nhóm tế bào thần kinh khác nhau, điều này cũng có thể cải thiện sự hiểu biết về các rối loạn tâm thần trong đó khả năng giao tiếp này bị suy giảm.

P.T.T (NASATI), theo https://Medicalxpress.com/news/2023-09-perception-driven-variability-neural-sensory.html, 26/9/23023