Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford và Đại học Yale đã khám phá sự tương tác động lẫn nhau giữa trí nhớ ngắn hạn và dài hạn ở động vật. Học tập và trí nhớ ở côn trùng do một cấu trúc có tên gọi là thể nấm kiểm soát, tương tự như vùng hồi hải mã ở động vật có vú.

Trao đổi với Medical Xpress, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, Cheng Huang, phó giáo sư tại Trường Y khoa - Đại học Washington cho biết động lực thúc đẩy ông theo đuổi nghiên cứu này là ngay từ nhỏ, ông đã bị cuốn hút bởi sự sống động của ký ức và cách chúng định hình nên hành vi và tính cách của một cá nhân.

Các nhà nghiên cứu tập trung chính vào bộ não của ruồi giấm Drosophila. Kết hợp của các kỹ thuật hình ảnh thực nghiệm và mô hình tính toán, họ đã quan sát được hoạt động thần kinh ở ruồi giấm khi chúng trải qua các thí nghiệm điều hòa liên kết khứu giác.

Việc giải phóng ra dopamine có liên quan đến việc đã trải nghiệm những điều bổ ích và củng cố trí nhớ về trải nghiệm đó. Về cơ bản, dopamine hoạt động như một tín hiệu cho thấy những điều tốt đẹp đã xảy ra, giúp bạn dễ dàng để nhớ. Điều này giúp mã hóa những ký ức mới và củng cố các hành vi đã học được cũng như đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành trí nhớ ngắn hạn và dài hạn. Nó cũng hỗ trợ lưu trữ và truy xuất trí nhớ, ổn định trí nhớ theo thời gian.

Giáo sư Huang và các đồng nghiệp đề xuất các tế bào thần kinh dopamine trong não ruồi giấm tích hợp thông tin từ các phản ứng bẩm sinh và kinh nghiệm đã biết với các kích thích giác quan. Nói cách khác, dopamine đã giúp xử lý và thống nhất thông tin thu được từ hai nguồn này, tác động đến cách não phản ứng với các kích thích giác quan.

"Nghiên cứu của chúng tôi đã đưa ra một khái niệm mới về sự tương tác giữa các vùng lưu trữ trí nhớ ngắn hạn và dài hạn của não", Giáo sư Huang nói.

"Các quan niệm truyền thống tập trung vào sự hợp nhất hệ thống, trong đó những ký ức nằm trong các vùng lưu trữ ngắn hạn được truyền đi trong quá trình hoạt động ngoại tuyến đến các vùng lưu trữ dài hạn. Ở đây, chúng tôi khám phá ra một sự tương tác khác giữa các ngăn lưu trữ trí nhớ ngắn hạn và dài hạn".

Đối với phần thử nghiệm của nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã sử dụng 500 con ruồi giấm, cho chúng tiếp xúc với các mùi khác nhau. Những con ruồi giấm này đã được biến đổi gen để nhắm đích vào các tế bào thần kinh cụ thể và điều khiển hoạt động của chúng.

Một số mùi được kết hợp với các kích thích tích cực hoặc tiêu cực (như phần thưởng hoặc hình phạt). Điều này cho phép kiểm tra khả năng học và ghi nhớ mối liên hệ giữa mùi và kết quả đầu ra của ruồi.

Giải thích lý do tại sao ruồi giấm được sử dụng, Giáo sư Huang cho biết, "Bộ não ruồi giấm cung cấp một mô hình tuyệt vời cho phép chúng ta hiểu được hệ thống logic và các cơ chế cơ bản làm nền tảng cho quá trình học tập và ghi nhớ do dopamine làm trung gian điều hòa".

"Mặc dù số lượng tế bào thần kinh dopamine ít hơn đáng kể so với động vật có vú nhưng hệ thống dopamine của ruồi giấm có các chức năng bảo tồn nhiều hơn cho quá trình học tập và ghi nhớ”.

Để đo các phản ứng của ruồi giấm đối với các kích thích khác nhau, các nhà nghiên cứu đã đo hoạt động tăng lên đột biến của thần kinh (giao tiếp giữa các tế bào thần kinh) bằng cách kỹ thuật chụp ảnh điện áp. Phương pháp này cho phép họ thu thập các tín hiệu điện nhờ đo những thay đổi về điện áp trên màng của tế bào thần kinh. Khi một tế bào thần kinh được kích hoạt, nó sẽ thay đổi về điện áp do đó có thể chụp hình ảnh này lại bằng các cảm biến hoặc thuốc nhuộm đặc biệt.

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô hình mạch của thân nấm để giải thích và dự đoán động lực trí nhớ.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các tế bào thần kinh dopamine trong não ruồi giấm mã hóa các phản ứng bẩm sinh và học hỏi được đối với phần thưởng, hình phạt và mùi một cách không đồng nhất. Các tín hiệu này điều chỉnh cách lưu trữ và quên đi ký ức trong não.

Khi ký ức ngắn hạn hình thành, nó kích hoạt một quá trình mở ra các cổng để một số kết nối giữa các tế bào não suy yếu, cho phép các tế bào thần kinh dopamine xử lý tốt hơn cả các tín hiệu bẩm sinh và học hỏi được, từ đó giúp hình thành các ký ức dài hạn.

"Sau khi trí nhớ ngắn hạn được tạo ra, tương tác phản hồi này cho phép trí nhớ dài hạn được hình thành nhanh chóng trong các lần trình bày bổ sung về cùng một mối liên hệ đã dẫn đến trí nhớ ngắn hạn ban đầu", Giáo sư Huang giải thích.

Họ cũng phát hiện ra rằng sức mạnh của cổng này phụ thuộc vào tổng tuyến tính của các phản ứng bẩm sinh và những gì các tín hiệu cảm giác học được trước đó. 

Mô hình tính toán đã tiết lộ cách dopamine làm trung gian cho tương tác giữa trí nhớ ngắn hạn và dài hạn. Những phát hiện của nghiên cứu cho thấy các bộ phận khác nhau của thân nấm hoạt động cùng nhau như thế nào để hình thành trí nhớ ngắn hạn và dài hạn. Chúng cung cấp sự hiểu biết về mặt cơ chế về cách thông tin bẩm sinh và thông tin học được tương tác trong não để định hình hành vi. Ngoài ra, vai trò của dopamine làm trung gian cho sự tương tác giữa trí nhớ ngắn hạn và dài hạn cũng được tiết lộ.

Giáo sư Huang cho biết: "Những phát hiện của chúng tôi có thể có lợi cho việc phát triển các biện pháp can thiệp hoặc phương pháp điều trị các bệnh liên quan đến chứng mất trí ở người. Nó cũng có tầm ảnh hưởng sâu rộng và có thể cung cấp những hiểu biết quan trọng đối với hệ thống bộ nhớ động. Đặc biệt, nó sẽ truyền cảm hứng cho các thiết kế mới về thuật toán học tập và kiến ​​trúc mạng trong trí tuệ nhân tạo".

P.T.T (NASATI), theo https://medicalxpress.com/, 28/8/2024