Nghiên cứu về chuột tiết lộ cách não bộ dọn rác khi ngủ

Một nghiên cứu mới trên chuột đưa ra ý nghĩa mới cho câu ngạn ngữ cũ rằng một đêm ngon giấc sẽ giúp đầu óc minh mẫn.

Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Y tế Đại học Rochester đã phát hiện ra rằng một hệ thống được phát hiện gần đây giúp thải chất thải ra khỏi não chủ yếu hoạt động trong khi ngủ.

“Nghiên cứu này cho thấy não có các trạng thái chức năng khác nhau khi ngủ và khi thức,” Maiken Nedergaard, M.D., D.M.Sc., đồng giám đốc của Trung tâm Dịch thuật Neuromedicine thuộc Đại học Rochester và tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

“Trên thực tế, bản chất phục hồi của giấc ngủ dường như là kết quả của quá trình thanh thải tích cực các sản phẩm phụ của hoạt động thần kinh tích tụ trong thời gian thức.”

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Khoa học, tiết lộ rằng phương pháp loại bỏ chất thải độc đáo của não - được gọi là hệ thống glymphatic - hoạt động rất tích cực trong khi ngủ, loại bỏ các độc tố gây ra bệnh Alzheimer và các rối loạn thần kinh khác.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng trong khi ngủ, các tế bào não giảm kích thước, cho phép loại bỏ chất thải hiệu quả hơn.

Phát hiện mới là kết quả của khám phá vào năm ngoái của Nedergaard và các đồng nghiệp của cô về một hệ thống loại bỏ chất thải chưa từng được biết đến trước đây chỉ dành cho não.

Nhà nghiên cứu lưu ý, hệ thống chịu trách nhiệm xử lý chất thải tế bào trong phần còn lại của cơ thể, hệ thống bạch huyết, không mở rộng đến não. Điều này là do não duy trì “hệ sinh thái” khép kín của riêng nó và được bảo vệ bởi một hệ thống phức tạp gồm các cổng phân tử - được gọi là hàng rào máu não - kiểm soát những gì đi vào và thoát ra khỏi não.

Bằng cách sử dụng công nghệ hình ảnh mới, cụ thể là kính hiển vi hai bức ảnh, các nhà khoa học có thể quan sát những con chuột - có bộ não tương tự con người - có khối lượng như thế nào trong một hệ thống ống nước. Nó bơm chất lỏng tủy sống não (CSF) qua mô não, đẩy chất thải trở lại hệ thống tuần hoàn, nơi cuối cùng nó sẽ đến hệ thống tuần hoàn máu nói chung và cuối cùng là gan.

Các nhà nghiên cứu giải thích, việc loại bỏ chất thải khỏi não kịp thời là điều cần thiết, nơi sự tích tụ không được kiểm soát của các protein độc hại như amyloid beta có thể dẫn đến bệnh Alzheimer, các nhà nghiên cứu giải thích. Các nhà nghiên cứu cho biết thêm, trên thực tế, hầu hết mọi bệnh thoái hóa thần kinh đều liên quan đến sự tích tụ của các chất thải tế bào.

Các nhà nghiên cứu giải thích, một trong những manh mối cho thấy hệ thống glymphatic có thể hoạt động nhiều hơn trong khi ngủ là lượng năng lượng tiêu thụ của não không giảm đột ngột trong khi chúng ta ngủ. Bởi vì bơm dịch não tủy cần rất nhiều năng lượng, các nhà nghiên cứu suy đoán rằng quá trình làm sạch có thể không tương thích với các chức năng mà não phải thực hiện khi chúng ta thức và tích cực xử lý thông tin.

Thông qua một loạt thí nghiệm trên chuột, các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng hệ thống glymphatic hoạt động mạnh hơn gấp 10 lần trong khi ngủ - và não đang ngủ loại bỏ nhiều amyloid-beta hơn đáng kể.

Nedergaard nói: “Bộ não chỉ có năng lượng hạn chế và có vẻ như nó phải lựa chọn giữa hai trạng thái chức năng khác nhau - thức và nhận thức hoặc ngủ và dọn dẹp,” Nedergaard nói.

“Bạn có thể nghĩ về nó giống như tổ chức một bữa tiệc tại gia. Bạn có thể tiếp đãi khách hoặc dọn dẹp nhà cửa, nhưng bạn không thể thực sự làm cả hai việc này cùng một lúc ”.

Một phát hiện khác khiến các nhà nghiên cứu giật mình là các tế bào trong não “co lại” 60% khi ngủ. Sự co lại này tạo ra nhiều không gian hơn giữa các tế bào và cho phép CSF rửa sạch tự do hơn qua mô não, họ nói.

Các nhà nghiên cứu cho biết họ cũng quan sát thấy rằng một loại hormone gọi là noradrenaline ít hoạt động hơn trong giấc ngủ. Chất dẫn truyền thần kinh này được biết là được giải phóng từng đợt khi não cần trở nên tỉnh táo, thường là để phản ứng với nỗi sợ hãi hoặc các kích thích bên ngoài khác.

Các nhà nghiên cứu suy đoán rằng noradrenaline có thể đóng vai trò như một "bộ điều chỉnh chính" kiểm soát sự co lại và mở rộng của các tế bào não trong chu kỳ ngủ - thức.

Nedergaard cho biết: “Những phát hiện này có ý nghĩa quan trọng trong việc điều trị bệnh‘ não bẩn ’như Alzheimer.

“Hiểu chính xác cách thức và thời điểm não bộ kích hoạt hệ thống glymphatic và loại bỏ chất thải là bước quan trọng đầu tiên trong nỗ lực điều chỉnh tiềm năng hệ thống này và làm cho nó hoạt động hiệu quả hơn.”

Nguồn: Trung tâm Y tế Đại học Rochester