Hình ảnh phân giải cao cho thấy cách não phục hồi trong lúc ngủ

Dự án nghiên cứu kéo dài 4 năm được công bố trên tờ Khoa học cung cấp một bằng chứng trực tiếp của "Học thuyết về nội cân bằng khớp thần kinh" (viết tắt là SHY) được đề xuất bởi Tiến sĩ Chiara Cirelli và Giulio Tononi Trung tâm Wisconsin về giấc ngủ và nhận thức.

Giả thuyết này cho rằng giấc ngủ là cái giá phải trả để não bộ có thể tiếp tục học hỏi những điều mới.

Khi một khớp thần kinh được kích hoạt nhiều lần khi thức, nó tăng cường sức mạnh, và sự tăng trưởng này được xem là quan trọng cho việc học tập và trí nhớ. Theo học thuyết, tuy nhiên, sự tăng trưởng này cần phải được cân bằng để tránh sự bão hòa của các khớp thần kinh và sự xóa sạch các ký ức và tín hiệu thần kinh. Giấc ngủ được cho là thời gian tốt nhất cho quá trình này tái chuẩn hóa, vì khi ngủ chúng ta ít tập trung đến thế giới bên ngoài và thoát khỏi các vấn đề "tại đây và bây giờ."

Khi các khớp thần kinh khỏe mạnh hơn và hiệu quả hơn thì đồng thời cũng trở nên lớn hơn, và ngược lại chúng co lại khi bị làm suy yếu. Như vậy, Cirelli và Tononi lý luận rằng một thử nghiệm trực tiếp của học thuyết SHY là xác định kích thước của các khớp thần kinh thay đổi giữa ngủ và thức. Để làm như vậy, họ đã sử dụng một phương pháp với độ phân giải không gian cực kỳ cao được gọi là quét nối tiếp 3-D hiển vi điện tử.

Nghiên cứu là một công trình lớn, với nhiều chuyên gia nghiên cứu làm việc trong 4 năm để chụp ảnh, tái tạo và phân tích hai khu vực vỏ não trong não chuột. Họ đã có thể tái tạo lại 6920 các khớp thần kinh và đo kích thước của chúng.

Các đội cố tình không biết họ đã phân tích các tế bào não của một con chuột khi nghỉ ngơi hay khi tỉnh táo. Khi họ cuối cùng "đã phá vỡ các mã hóa" và so sánh tương quan các phép đo với số lượng của giấc ngủ những con chuột có trong sáu đến tám giờ trước khi hình ảnh đã được chụp, họ phát hiện ra rằng một vài giờ của giấc ngủ dẫn trên giảm bớt trung bình 18 % trong kích thước của các khớp thần kinh. Những thay đổi này xảy ra ở cả hai khu vực của vỏ não và là tỷ lệ thuận với kích thước của các khớp thần kinh.

Việc mở rộng quy mô xảy ra ở khoảng 80 % của các khớp thần kinh nhưng bỏ qua những khớp lớn, liên quan đến các dấu vết bộ nhớ ổn định nhất.

"Điều này cho thấy rằng, trong điều kiện siêu cấu trúc rõ ràng, sự cân bằng kích thước của khớp thần kinh và sức mạnh bị phá vỡ khí thức tỉnh, và khôi phục khi ngủ," Cirelli nói. "Đáng chú ý là phần lớn các khớp thần kinh trong vỏ não trải qua một sự thay đổi lớn trong kích thước trên chỉ qua vài giờ thức và ngủ.

Tononi cho biết thêm "Ngoại suy từ chuột sang người, những phát hiện của chúng tôi có nghĩa là mỗi đêm hàng nghìn tỷ khớp thần kinh trong vỏ não của chúng ta có thể được co nhỏ hơn gần 20 phần trăm."

Nghiên cứu được công bố trên tờ Khoa học cùng với nghiên cứu từ phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Richard Huganir tại Đại học Johns Hopkins ở Baltimore. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp hóa sinh và phân tử, xác nhận các dự đoán của học thuyết SHY rằng các khớp thần kinh trải qua một quá trình co lại trong khi ngủ, và xác định các gen quan trọng cho quá trình này.

Nhã Khanh (Theo sciencedaily)