Các bộ phận của não ngoại tuyến ngay cả khi chúng ta đang thức

Nghiên cứu mới cho thấy các bộ phận của não hoạt động theo chu kỳ tự nhiên và tắt ngay cả khi chúng ta đang thức. Các nhà điều tra của Đại học Stanford tin rằng điều này có thể dẫn đến các biện pháp can thiệp để đảm bảo rằng các vùng não mà chúng ta đang sử dụng hoạt động đúng tuyến và hoạt động ở công suất tối đa.

Nhà khoa học giải thích rằng khi chúng ta chìm trong giấc ngủ sâu, hoạt động của não bộ của chúng ta giảm dần và chảy thành những đợt sóng lớn, rõ ràng, giống như khi xem thủy triều cơ thể người dâng lên và ngồi xuống xung quanh một sân vận động thể thao. Thật khó để bỏ lỡ.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu phát hiện ra các chu kỳ tương tự tồn tại khi thức như khi ngủ, nhưng chỉ có một số phần nhỏ ngồi và đứng đồng loạt thay vì toàn bộ sân vận động. Dường như những phần nhỏ của não đang chìm vào giấc ngủ một cách độc lập và thức dậy liên tục.

Hơn nữa, có vẻ như khi các tế bào thần kinh chuyển sang trạng thái hoạt động tích cực hơn, hoặc “bật”, chúng phản ứng tốt hơn với thế giới. Các tế bào thần kinh cũng dành nhiều thời gian hơn ở trạng thái bật khi chú ý đến một nhiệm vụ. Phát hiện này cho thấy các quá trình điều chỉnh hoạt động của não trong giấc ngủ cũng có thể đóng một vai trò trong sự chú ý.

“Sự chú ý có chọn lọc tương tự như việc làm cho các phần nhỏ của não bạn tỉnh táo hơn một chút”, Tiến sĩ Tatiana Engel, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết gần đây đã được công bố trên tạp chí Khoa học.

Cựu sinh viên tốt nghiệp Nicholas Steinmetz là đồng tác giả khác, với các thí nghiệm sinh lý học thần kinh được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Tirin Moore, giáo sư sinh học thần kinh và là một trong những tác giả cao cấp.

Hiểu được những chu kỳ mới được phát hiện này đòi hỏi bạn phải biết một chút về cách tổ chức của não.

Nếu bạn chọc một chiếc ghim trực tiếp vào não, tất cả các tế bào não mà bạn chạm vào sẽ phản ứng với những kiểu tương tự. Trong một cột, tất cả chúng có thể đang phản hồi các đối tượng trong một phần cụ thể của trường trực quan - ví dụ: phía trên bên phải.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng lượng nào để tập hợp các chân rất nhạy cảm có thể ghi lại hoạt động từ một cột tế bào thần kinh trong não.

Trước đây, mọi người đã biết rằng các tế bào thần kinh riêng lẻ trải qua các giai đoạn hoạt động nhiều hơn hoặc ít hơn, nhưng với cuộc thăm dò này, lần đầu tiên họ thấy rằng tất cả các tế bào thần kinh trong một cột nhất định quay vòng với nhau giữa việc bắn rất nhanh và sau đó bắn vào một tốc độ chậm hơn nhiều, tương tự như các chu kỳ phối hợp trong giấc ngủ.

Tiến sĩ Kwabena Boahen, giáo sư kỹ thuật điện và kỹ thuật điện sinh học tại Stanford và là tác giả cấp cao của bài báo cho biết: “Trong trạng thái hoạt động, tất cả các tế bào thần kinh bắt đầu hoạt động nhanh chóng.

“Sau đó, đột nhiên họ chuyển sang tốc độ bắn thấp. Việc chuyển đổi bật và tắt này diễn ra liên tục, như thể các tế bào thần kinh đang tung một đồng xu để quyết định xem chúng sẽ bật hay tắt ”.

Những chu kỳ đó, xảy ra theo thứ tự giây hoặc phần nhỏ của giây, không thể nhìn thấy khi thức vì sóng không lan truyền nhiều ra ngoài cột đó, không giống như trong giấc ngủ khi sóng lan truyền gần như toàn bộ não và dễ dàng phát hiện.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng trạng thái hoạt động cao hơn và thấp hơn liên quan đến khả năng phản ứng với thế giới.

Nhóm đã tiến hành thăm dò trong một vùng não của khỉ để phát hiện cụ thể một phần của thế giới thị giác. Những con khỉ đã được huấn luyện để chú ý đến một tín hiệu chỉ ra rằng một cái gì đó trong một phần cụ thể của trường thị giác - phía trên bên phải, chẳng hạn, hoặc phía dưới bên trái - sắp thay đổi một chút. Những con khỉ sau đó sẽ được thưởng nếu chúng xác định chính xác rằng chúng đã thấy sự thay đổi đó.

Khi nhóm nghiên cứu đưa ra tín hiệu về nơi có thể xảy ra thay đổi, các tế bào thần kinh trong cột cảm nhận rằng một phần của thế giới đều bắt đầu dành nhiều thời gian hơn ở trạng thái hoạt động.

Về bản chất, tất cả chúng đều tiếp tục đảo lộn giữa các trạng thái cùng một lúc, nhưng chúng dành nhiều thời gian hơn ở trạng thái hoạt động nếu chúng chú ý. Nếu sự thay đổi kích thích xảy ra khi các tế bào ở trạng thái hoạt động mạnh hơn, con khỉ cũng có nhiều khả năng xác định đúng sự thay đổi hơn.

“Con khỉ rất giỏi trong việc phát hiện những thay đổi về kích thích khi các tế bào thần kinh trong cột đó ở trạng thái bật nhưng không ở trạng thái tắt,” Engel nói. Ngay cả khi con khỉ biết chú ý đến một khu vực cụ thể, nếu các tế bào thần kinh chuyển sang trạng thái hoạt động thấp hơn, con khỉ thường bỏ lỡ sự thay đổi kích thích.

Engel cho biết phát hiện này có thể quen thuộc với nhiều người. Đôi khi bạn nghĩ rằng bạn đang chú ý, cô ấy đã chỉ ra, nhưng bạn vẫn sẽ bỏ lỡ mọi thứ.

Các nhà khoa học cho biết phát hiện này cũng liên quan đến nghiên cứu trước đó, cho thấy rằng động vật và con người cảnh giác hơn có xu hướng đồng tử giãn ra nhiều hơn.

Trong công việc hiện tại, khi các tế bào não dành nhiều thời gian hơn ở trạng thái hoạt động, đồng tử của khỉ cũng giãn ra nhiều hơn. Các phát hiện chứng minh sự tương tác giữa các dao động đồng bộ trong não, sự chú ý vào một nhiệm vụ và các dấu hiệu bên ngoài của sự tỉnh táo.

Moore nói: “Có vẻ như các cơ chế gây chú ý và kích thích tiềm ẩn khá phụ thuộc lẫn nhau.

Nghiên cứu đưa ra những câu hỏi mới.

Các nhà điều tra cho biết một cuộc điều tra xuất phát từ công trình này là tại sao các tế bào thần kinh chuyển sang trạng thái hoạt động thấp hơn khi chúng ta thức. Tại sao không chỉ ở trong trạng thái tích cực hơn mọi lúc?

Một câu trả lời có thể liên quan đến năng lượng. Boahen nói: “Có một chi phí trao đổi chất liên quan đến việc các tế bào thần kinh hoạt động liên tục. Bộ não sử dụng rất nhiều năng lượng và có thể tạo cơ hội cho các tế bào hoạt động tương đương với năng lượng khi ngồi xuống cho phép não tiết kiệm năng lượng.

Ngoài ra, khi các tế bào thần kinh hoạt động mạnh, chúng tạo ra các sản phẩm phụ của tế bào có thể làm hỏng tế bào. Engel chỉ ra rằng trạng thái hoạt động thấp có thể cho phép thời gian để loại bỏ chất thải tế bào thần kinh này. “Bài báo này gợi ý những nơi để tìm kiếm những câu trả lời này,” Engel nói.

Nguồn: Đại học Stanford