Các nhà khoa học thần kinh xác định các mô-típ mạch não hỗ trợ trí nhớ ngắn hạn

Con người có khả năng lưu trữ thông tin quan trọng trong tâm trí của họ trong một khoảng thời gian ngắn bẩm sinh - được gọi là trí nhớ ngắn hạn. Trong vài thập kỷ qua, nhiều nhà khoa học thần kinh đã cố gắng tìm hiểu cách thức các mạch thần kinh lưu trữ ký ức ngắn hạn như thế nào. Điều này có thể dẫn đến các phương pháp hỗ trợ những người bị suy giảm trí nhớ và giúp đưa ra các can thiệp tăng cường trí nhớ.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford, Cơ sở nghiên cứu Janelia, Viện Y học Howard Hughes gần đây đã xác định các mô-típ mạch thần kinh liên quan đến cách con người lưu trữ ký ức ngắn hạn. Phát hiện của họ, được công bố trên tạp chí Nature Neuroscience gần đây, cho thấy rằng các mạch thần kinh liên quan đến bộ nhớ chứa các mô-đun được kết nối thường xuyên để duy trì hoạt động có chọn lọc và liên tục một cách độc lập.

Trên Medical Xpress, Kayvon Daie, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết: “Trí nhớ ngắn hạn chỉ đạt khoảng 10 giây hoặc lâu hơn, khi bạn cần nhớ một số điện thoại nào đó trong khi tìm bút để viết lại số đó. Tuy nhiên, các tế bào thần kinh riêng lẻ rất hay quên, vì chúng chỉ có thể nhớ thông tin đầu vào của mình trong khoảng 10 mili giây. Giả thuyết được đưa ra rằng nếu hai tế bào thần kinh hay quên được kết nối với nhau, chúng có thể liên tục nhắc nhở nhau về những gì cần phải nhớ để mạch có thể lập tức lưu giữ thông tin trong nhiều giây”.

Mục tiêu chính của nghiên cứu, do Daie và các đồng nghiệp Karel Svoboda và Shaul Druckmann thực hiện, là tìm hiểu cách các tế bào thần kinh mã hóa ký ức ngắn hạn. Ví dụ, họ muốn xác định xem liệu hai tế bào thần kinh kết nối với nhau có trao đổi thông tin mà con người đang cố gắng ghi nhớ, cho phép một mạch thần kinh lưu trữ thông tin này trong vài giây hay không. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm ý tưởng này bằng cách đo lường sự tương tác giữa các tế bào thần kinh khác nhau.

Mặc dù ý tưởng cho rằng các tế bào thần kinh lưu trữ ký ức có kết nối nhau đã có từ lâu, nhưng việc xem xét nó bằng thực nghiệm lại khá khó khăn. Để kiểm tra nó, trước tiên các nhà nghiên cứu cần xác định được các tế bào thần kinh lưu trữ ký ức và sau đó đo lường khả năng kết nối của chúng. Để làm được điều này, Daie và các đồng nghiệp đã sử dụng các phương pháp mới được phát triển gần đây, cho phép các nhà khoa học ghi lại và điều khiển hoạt động của tế bào thần kinh với độ chính xác cao bằng cách sử dụng ánh sáng.

Daie nói: “Sử dụng một loạt các kỹ thuật mới phát triển gần đây, chúng tôi có thể kích hoạt các tế bào thần kinh cụ thể và sau đó quan sát cách các tế bào thần kinh đó ảnh hưởng đến phần còn lại của mạch. Dự đoán của chúng tôi là: khi chúng ta kích thích một tế bào thần kinh trí nhớ, chúng ta sẽ thấy có sự hoạt động gia tăng ở các tế bào thần kinh trí nhớ lân cận”.

Các quan sát thực nghiệm do Daie và các đồng nghiệp của ông thu thập phù hợp với dự đoán của họ. Ngoài việc xác nhận rằng các tế bào thần kinh trí nhớ được kết nối với nhau, phát hiện của họ cho thấy rằng chúng được tổ chức thành từng cụm.

Druckmann cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra rằng các tế bào thần kinh có xu hướng được kết nối thành từng cụm. Điều này có nghĩa là mỗi mạch bao gồm nhiều cụm hoặc mô-đun độc lập, mỗi cụm có thể lưu trữ ký ức ngắn hạn một cách độc lập. Chúng tôi giả thuyết rằng cấu trúc mạch như vậy có thể hữu ích để giúp cho bộ nhớ lưu trữ đáng tin cậy hơn”.

Trong các thí nghiệm của họ, Daie và các đồng nghiệp của ông chỉ kích hoạt các nhóm gồm 8 tế bào thần kinh trong một mạch bao gồm 100.000 tế bào thần kinh. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc kích hoạt các nhóm tế bào thần kinh này vẫn dẫn đến gây ra những thay đổi trong hành vi của động vật.

“Về cơ bản, chúng tôi có thể sửa đổi trí nhớ ngắn hạn của chuột bằng cách kích hoạt một phần nhỏ tế bào thần kinh của chuột. Chúng tôi cũng phát hiện ra rằng có một mối quan hệ phản trực giác (counterintuitive) giữa hoạt động của các tế bào thần kinh bị kích thích và hành vi”, Daie nói.

Nghiên cứu cung cấp cái nhìn sâu sắc, có giá trị mới về vai trò của các mô-típ mạch thần kinh trong quá trình ghi nhớ ngắn hạn. Trong các nghiên cứu tương lai của họ, Daie và các đồng nghiệp của ông muốn xác định những cách dự đoán những ký ức sẽ bị thay đổi như thế nào khi các tế bào thần kinh cụ thể được kích hoạt. Ngoài ra, họ có kế hoạch khám phá những cách sửa đổi các ký ức phức tạp và các vấn đề khác phức tạp hơn.

P.T.T (NASATI), theo https://medicalxpress.com/news/2021-03-neuroscientists-brain-circuit-motifs-short-term.html, 19/3/2021