Giải Brain Prize 1,5 triệu USD vừa được trao cho khám phá về mạch vận động, đó là gì vậy?

Vậy là giải thưởng khoa học được mệnh danh là "Nobel trong lĩnh vực thần kinh học", Brain Prize 2022 đã có chủ. Brain Prize là giải thưởng thường niên, được Quỹ Lundbeck của Đan Mạch trao cho những nhà khoa học có đóng góp xuất sắc trong lĩnh vực nghiên cứu thần kinh.

Giải thưởng có trị giá 10 triệu Krone Đan Mạch, tương đương 1,5 triệu USD. Và năm nay, số tiền đó đã thuộc về bộ 3 nhà thần kinh học Silvia Arber (người Thụy Sĩ), Martyn Goulding (người New Zealand) và Ole Kiehn (người Đan Mạch):

Chủ nhân của giải thưởng Brain Prize 2022.

Họ được hội đồng Brain Prize đánh giá là đã có những nghiên cứu "cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về các loại tế bào và các mạch thần kinh điều khiển vận động cơ bản của cơ thể".

Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về công trình thú vị của họ.

Bạn nghĩ não bộ hay tủy sống điều khiển chân và tay của mình?

Một hai, một hai, trái phải, trái phải… Có lẽ tất cả chúng ta thời học sinh đều đã từng tập đi đều bước. Trong quân đội, đi đều bước thậm chí còn là một nghi thức.

Nó được sử dụng từ thời cổ đại, không chỉ với niềm tin mà cả khoa học cũng đã chứng minh đi đều bước giúp quân đội tăng sĩ khí và lòng dũng cảm.

Nhưng bạn có biết tại sao các binh sĩ có thể đồng bộ được chuyển động tay và chân họ trong những cuộc duyệt binh hay không?

Trước đây, suy nghĩ thông thường của các nhà khoa học cho rằng bộ não có trách nhiệm điều khiển tất cả các chuyển động ấy. "Mọi người đều có cùng quan điểm cho rằng não bộ lập kế hoạch cho mọi chuyển động của cơ thể, bắt đầu từ vùng vỏ não", Kiehn, nhà thần kinh học vừa nhận giải Brain Prize cho biết.

Theo đó, trong vỏ não có một khu vực gọi là vỏ não vận động chịu trách nhiệm điều khiển mọi cử động trên cơ thể bạn. Và vỏ não vận động lại có từng vùng điều khiển từng cánh tay, bàn tay, từng cẳng chân và ngón chân.

Nó giống như có một nhóm công nhân trong não bộ của bạn đang điều khiển những cánh tay cần cẩu, những nhóm cơ bắp riêng biệt trên cơ thể bạn, giúp bạn bước đều bước.

Tuy nhiên, sự thật lại không hề đơn giản như vậy.

Binh sĩ đồng bộ được chuyển động tay và chân trong những cuộc duyệt binh.

Hóa ra, não bộ của bạn không phải một công trường xây dựng, nó hoạt động giống như một chiếc thuyền buồm. Vỏ não vận động sẽ chèo lái cơ thể bạn giống như một thuyền trưởng. Mọi bộ phận trong não, giống như các thủy thủ trên boong tàu đều có cấp bậc và nhiệm vụ khác nhau.

Hãy thử so sánh: Trên một chiếc thuyền buồm thời trung cổ, người thuyền trưởng là người có trách nhiệm xác định điểm đến cho con tàu và đảm bảo bằng mọi cách đưa được con tàu tới đó.

Dưới viên thuyền trưởng sẽ có thuyền phó, giúp thuyền trưởng tính toán hướng đi, dựa trên điều kiện thời tiết và thực tế bên ngoài, bao gồm chướng ngại vật mà thủy thủ trên cột buồm ghi nhận được.

Tiếp đó đến viên chỉ huy đội chèo và đội buồm, người có trách nhiệm điều khiển những thủy thủ trực tiếp dùng cơ bắp của mình để điều hướng con tàu theo ý muốn đã định.

Tương tự trong não, việc lập kế hoạch cho bất kỳ chuyển động nào của cơ thể sẽ được đảm nhận bởi thùy trán trước. Phần này của vỏ não nhận thông tin về vị trí hiện tại của bạn thông qua các giác quan.

Sau đó, giống như thuyền trưởng của con tàu, nó ra lệnh cho Khu vực số 6, hoạt động giống như viên thuyền phó. Nó ra lệnh nhóm cơ nào cần co lại để đạt được chuyển động cần thiết.

Mệnh lệnh này được truyền xuống viên chỉ huy, ở trong não là Khu vực số 4. Khu vực này lần lượt kích hoạt các cơ hoặc nhóm cơ cụ thể và truyền tín hiệu đó xuống thông qua tế bào thần kinh tủy sống.

"Từ một ý định được tạo ra trong thùy não trước cho tới một cử động thực tế của bạn có thể có tới 10 khớp thần kinh", Arber, nhà thần kinh học mới nhận giải Brain Prize cho biết.

Hơn nữa, có nhiều yếu tố như tâm trạng, cảm giác đói và cảm nhận những gì đang diễn ra xung quanh bạn cũng có thể ảnh hưởng đến thông điệp mà vỏ não gửi qua từng bước, xuống nhóm cơ bắp bên dưới.

Vì lý do đó, Arber và hai nhà thần kinh học cùng chiến thắng giải Brain Prize đã quyết định giải quyết vấn đề từ dưới lên, tìm hiểu mạch thần kinh đó bắt đầu từ tủy sống.

"Hầu hết mọi người nghĩ tủy sống chỉ như một sợi cáp đi xuống từ não, nó chỉ làm nhiệm vụ kết nối các tế bào thần kinh vận động với cơ bắp", Kiehn nói.

Nhưng một lần nữa thực tế không phải vậy. Các nghiên cứu của Kiehn cho thấy tủy sống thực ra cũng chứa hàng chục triệu tế bào thần kinh. Và chúng được sắp xếp, tổ chức thành các mạch có thể hoạt động gần như độc lập với não bộ.

Ví dụ, não bộ của bạn không gửi riêng các tín hiệu điều khiển chân trái nhấc lên, chân phải hạ xuống hay tay trái, tay phải cử động. Tủy sống mới là thứ đảm nhiệm công việc phân chia đó.

Kiehn và Goulding gọi đó là mạch phối hợp trái- phải. Mạch này nằm hoàn toàn trong tủy sống. Vì vậy, khi các binh sĩ duyệt binh, tủy sống của họ chứa các tế bào thần kinh giống như những thủy thủ cầm mái chèo trên thuyền buồm. Tự các tế bào này hoạt động độc lập với não bộ trong việc phân chia bên chân nào nhấc lên, bên tay nào hạ xuống.

Giống như một thuyền trưởng không cần phải ra lệnh cho người cầm chèo, tự viên chỉ huy chèo phải làm điều đó. Các tế bào tủy sống chính là viên chỉ huy chèo này.

Bạn có biết trong tủy sống của mình tồn tại những mạch điện như thế này?

Những khám phá này có ý nghĩa thế nào với chúng ta?

Không chỉ có các tế bào tủy sống, cùng với nhau, Arber và Kiehn còn nghiên cứu kỹ các mạch thần kinh trên thân não, xác định các quần thể tế bào chịu trách nhiệm kích hoạt và dừng vận động, "những thủy thủ đoàn khác trên con tàu não bộ" có chức năng xác định tốc độ và hướng di chuyển.

Nhưng rốt cuộc thì tại sao chúng ta phải nghiên cứu các mạch vận động này? Và điều đó giúp ích gì?

Kiehn cho biết mọi thứ trong cuộc sống chúng ta làm đều cần đến sự vận động. "Các cử động là cách chúng ta giao tiếp với nhau. Đó là cách mà chúng ta tương tác với môi trường, thế giới bên ngoài", ông nói.

Chuyển động cũng là cách chúng ta giao tiếp với các loài động vật. Vì chúng không có ngôn ngữ, chúng ta chỉ có thể hiểu chúng qua các hành động.

Quan sát mọi chuyển động, hành vi của động vật thí nghiệm giúp các nhà khoa học hiểu những tác động mà họ đặt lên chúng có hiệu quả hay không, một loại thuốc có đang làm đúng nhiệm vụ của nó hay không?

"Bởi vì động vật không thể nói chuyện với bạn, chúng không thể nói với bạn rằng chúng cảm thấy sợ hãi hoặc chúng không nhớ món ăn ngon trong mê cung ở đâu", Arber nói.

Bản thân việc nghiên cứu chuyển động dường như là "một nền tảng tốt để hiểu cách thức hoạt động của bộ não con người", Kiehn cho biết thêm. Việc lập bản đồ các mạch vận động trong thân não đã giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về chứng rối loạn Parkinson.

 Việc lập bản đồ các mạch vận động trong thân não đã giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về chứng rối loạn Parkinson.

Những người bị bệnh Parkinson gặp rất nhiều khó khăn trong việc điều khiển hệ vận động của mình. Họ dần dần đi đứng chậm chạp, loạng choạng vì căn bệnh đã phá hủy các tế bào thần kinh trong hạch nền của họ.

Kiehn và nhóm của ông gần đây đã thực hiện một thí nghiệm khôi phục mạch thần kinh vận động trong thân não này, ở những con chuột mắc Parkinson và giúp chúng đi đứng trở lại bình thường.

Ông cho biết dần dần, các thí nghiệm sẽ tiếp tục tìm ra xem với từng căn bệnh, vấn đề đã xảy ra ở đâu trong những mạch vận động này.

Và nếu chúng ta có thể sửa chữa các mạch đó, bằng nhiều liệu pháp khác nhau, điển hình là kích thích điện hoặc kích thích não sâu, chúng ta sẽ có thể chữa được tất cả các căn bệnh liên quan đến vận động, từ Parkinson đến chứng liệt.

• Tại sao không vứt hết rác xuống núi lửa cho... tiện?
• Bí ẩn ngàn năm tượng người thằn lằn với gương mặt "dị dạng"
• Kỳ đà đột nhập chuồng gà tấn công đàn gà con, bị gà mẹ tấn công tới tấp phải vội vã bỏ chạy