Bằng chứng về ký ức trong não của chim biết hót

Khi một con chim manh manh nghe một giai điệu mới từ một thành viên cùng loài thì biểu hiệu gen trong não của nó thay đổi một cách đáng ngạc nhiên, các nhà nghiên cứu báo cáo. Việc bật và tắt hàng nghìn gen sau khi một con chim nghe một giai điệu mới đưa ra một bức tranh mới về trí nhớ trong não của loài chim biết hót.

Phát hiện này, được công bố chi tiết tháng này trên Proceedings of the National Academy of Sciences, là một điều ngạc nhiên, trưởng nhóm nghiên cứu David Clayton, giáo sư sinh vật học tế bào và phát triển tại Đại học Illinois, cho biết. Ông và các đồng nghiệp đã không mong đợi sự tham gia của nhiều gen như vậy, và đã cho rằng bất cứ thay đổi hoạt động gen nào sau khi chim nghe một giai điệu mới sẽ nhanh chóng tiêu tan.

Những thí nghiệm mới đã phát hiện thấy 3 dạng biểu hiểu gen trong não. Một là khi chim đậu một mình trong yên lặng. Dạng thứ hai xuất hiện nhanh chóng sau khi chim nghe một giai điệu được ghi âm – nhưng chỉ khi giai điệu đó là mới đối với chim. Dạng thứ 3 xuất hiện 24 giờ sau đó, khi giai điệu đó đã trở nên quen thuộc.

Clayton cho biết: “Tôi có thể biết liệu một con chim đã nghe một giai điệu nhất định trước đây hay chưa chỉ bằng cách nhìn vào thí nghiệm phân tử”.

Giáo sư sinh vật học tế bào và phát triển của Đại học Illinói, David Clayton và các đồng nghiệp quan sát thấy một chu trình hoạt động gen bất thưòng trongnão của loài chim manh manh sau khi nghe một giai đoạn không quen thuộc. (Ảnh: L. Brian Stauffer, U. of I. News Brueau)

Trong nghiên cứu, mỗi con chim được cô lập trong yên lặng qua đêm trước khi nó được cho nghe một giai điệu mới. Giai điệu này được lặp lại 10 giây một lần trong 3 giờ.

Clayton cho biết: “Điều quan trọng nhất trong đời của nó chính là tiếng hót của một con chim khác cùng loài”.

“Và chúng ta phát hiện rằng 24 giờ sau đó, não của chim vẫn cố gắng hiểu những gì nó đã lắng nghe”.

Nghiên cứu mới tìm hiểu về hoạt động gen trong não. Sử dụng phân tích ADN hiển vi, các nhà nghiên cứu đo những thay đổi trong nồng độ RNAs thông tin trong phần não trước của chim manh manh khi tiếp xúc với giai điệu mới. Những RNA thông tin này là khuôn mẫu cho phép tế bào giải mã từng gen thành các protein. Sự giảm hoặc tăng số lượng RNA thông tin trong các tế bào não sau khi được kích thích đưa ra những đầu mối về sự phản ứng của não.

Một số gen được tăng cường điều chỉnh trong vòng 30 phút sau khi tiếp xúc với giai điệu mới, bao gồm các yếu tố chuyển hoá liên quan đến hoạt động của các gen khác. Một số gen được giảm điều chỉnh, bao gồm việc mã hoá cho protein dẫn sắt, cho phép sắt chảy vào trong tế bào. Đây có thể là một cách mà não làm giảm phản ứng của nó với kích thích mạnh, tự bảo vệ khỏi sự nhiễu loạn.

Clayton cho biết: “Bất cứ khi nào điều gì đó không ngờ tới hoặc khác lạ xảy ra, ví dụ như một giai điệu mới của một con chim hàng xóm, nó sẽ làm biến đổi mạng lưới thần kinh của con chim nghe giai điệu đó. Do đó, toàn bộ hệ thống phải thích nghi, tạo một số thay đổi”.

Ngược lại, nếu hệ thống hoàn toàn có khả năng chống lại nhiễu loạn hay kích thích, không hề có ký ức nào được hình thành.

24 giờ sau kích thích ban đầu, chu trình của các gen hoạt hoá hoàn toàn khác so với phản ứng đầu tiên, bất chấp việc liệu chim có nghe lại giai điệu đó vào ngày thứ hai hay không. Những gen được tăng cường hoặc giảm điều chỉnh quay trở lại ranh giới ban đầu, và một mạng lưới gen mới được dàn xếp. Sự tập trung chủ yếu của mạng lưới mới này là sự kiểm soát trao đổi năng lượng. Điều này cho thấy vẫn còn rất nhiều điều xảy ra trong bộ não của chim.

Clayton kết luận: “Loài chim này chỉ trải nghiệm điều này trong một ngày, và ngày sau đó não của nó trong một trạng thái hoàn toàn khác. Nó vẫn trong tình trạng “cài số” và xử lý thông tin. Âm thanh nó nghe được vẫn phản xạ và vang dội đâu đó”.

Tham khảo:

1. Shu Dong, Kirstin L. Replogle, Linda Hasadsri, Brian S. Imai, Peter M. Yau, Sandra Rodriguez-Zas, Bruce R. Southey, Jonathan V. Sweedler, and David F. Clayton. Discrete molecular states in the brain accompany changing responses to a vocal signal. PNAS, published 18 June 2009, DOI: 10.1073/pnas.0812998106