Mạch não mới làm sáng tỏ chuyển động rung râu chủ động ở chuột

Mạch não mới đã làm sáng tỏ sự phát triển của các chuyển động ở râu chuột.

Tất cả các bậc cha mẹ đều biết những giai đoạn quan trọng của các bé: lật, tập bò, tập đứng và bước những bước đi đầu tiên mà không cần sự hỗ trợ. Đạt được mỗi bước tiến có lẽ cần phải có sự hình thành của các kết nối mới giữa các tập hợp con của hàng tỷ tế bào thần kinh trong não bộ của trẻ sơ sinh.

Nhưng bằng cách nào, khi nào và ở nơi nào những kết nối này được hình thành vẫn là một bí ẩn.

Hiện nay các nhà nghiên cứu Y học Duke đã bắt đầu tìm câu trả lời. Trong một nghiên cứu báo cáo ngày 23/1/2013, trong tạp chí khoa học Neuron, nhóm nghiên cứu đã mô tả toàn bộ mạng lưới các tế bào não được kết nối với các tế bào thần kinh vận động chuyên biệt kiểm soát cơ râu ở chuột sơ sinh.

Một sự hiểu biết tốt hơn về mạch điều khiển dây thần kinh vận động có thể giúp cho biết cách mà các bộ não của con người phát triển, có khả năng dẫn đến những cách thức mới giúp khôi phục lại khả năng vận động ở những người bị liệt do những tổn thương não, hoặc triển vọng phát triển những chi giả có thể hoạt động thay thế chân tay thật tốt hơn.

"Râu đối với chuột cũng giống như các ngón tay đối với con người, trong cả hai trường hợp đang di chuyển bắt các cảm ứng”, người đứng đầu nghiên cứu Fan Wang, tiến sĩ, phó giáo sư sinh học tế bào và là thành viên của viện nghiên cứu Duke về Khoa học não bộ nói.

"Tìm hiểu về cách mà não chuột điều khiển các chuyển động râu của chúng có thể giúp chúng ta hiểu về cách thần kinh kiểm soát hoạt động của ngón tay ở người”.

Chuột thường hoạt động vào ban đêm, vì vậy chúng chủ yếu dựa vào các râu của mình để phát hiện và phân biệt phản ứng với các đối tượng trong bóng tối. Hành vi rung râu liên tục ở chuột chỉ bắt đầu xuất hiện khi chúng khoảng hai tuần tuổi, khi đó những chú chuột con bắt đầu khám phá thế giới bên ngoài tổ.

Để tìm hiểu cách điều khiển vận động cơ của râu diễn ra, Wang và đồng nghiệp của ông, JunTakatoh đã sử dụng một kỹ thuật mới lợi dụng khả năng virus bệnh dại để lây lan thông qua các tế bào thần kinh kết nối. Một dạng vô hiệu hóa virus được sử dụng để tiêm cho chuột được tạo ra với khả năng để thể hiện một protein huỳnh quang. Các nhà nghiên cứu có thể theo dõi đường đi của nó thông qua một mạng lưới các tế bào não kết nối trực tiếp đến các tế bào thần kinh vận động điều khiển cử động râu ria.

"Độ chính xác của phương pháp lập bản đồ này cho phép chúng tôi hỏi một câu quan trọng, ấy là một phần của mạch kiểm soát chuyển động của râu ria chưa được kết nối ở những con chuột sơ sinh và liệu có cùng những sự thiếu kết nối này được bổ sung sau đó để cho phép rung râu hay không”, Wang nói.

Bằng cách chụp một loạt các hình ảnh trong não chuột gắn nhãn huỳnh quang trong hai tuần đầu tiên sau khi sinh, nhóm nghiên cứu ghi chép các mạch phát triển trước và sau khi con chuột bắt đầu rung râu. Các nhà khoa học nhận ra rằng có rất nhiều tế bào trong não cùng kết nối với các tế bào thần kinh vận động điều khiển hoạt động của râu. Nhưng bằng cách nào có thể tích hợp hoạt động của các tế bào này?

Cùng thời điểm mà các chuyển động rung râu xuất hiện, các tế bào thần kinh vận động nhận được một tập hợp các yếu tố đầu vào từ một khu vực của cuống não có tên là LPGi. Mỗi tế bào thần kinh LPGi được kết nối với các tế bào thần kinh vận động trên cả hai bên của bộ mặt, đặt chúng vào các vị trí hoàn hảo để đồng bộ hóa các chuyển động của râu bên trái và bên phải.

Để tìm hiểu thêm về các mạch mới đã hình thành giữa LPGi và các tế bào thần kinh vận động, Wang và Takatoh lôi kéo sự tham gia của đồng nghiệp Richard Mooney, tiến sĩ, giáo sư sinh học thần kinh, và sinh viên của ông Anders Nelson. Cùng với nhau, các nhà nghiên cứu đã có thể ghi lại các tế bào thần kinh có nhãn và phát hiện thấy các tế bào thần kinh LPGi giao tiếp với các nơron vận động bằng cách sử dụng glutamate, các chất dẫn truyền thần kinh chính kích thích não bộ. Họ cũng phát hiện ra rằng các tế bào thần kinh LPGi nhận đầu vào trực tiếp từ vỏ não vận động.

"Điều này có ý nghĩa bởi vì rung râu là một chuyển động chủ động nằm dưới sự kiểm soát của vỏ não vận động”, Wang nói.

"Đầu vào dễ kích thích là cần thiết với sự khởi đầu cho một chuyển động như vậy, và LPGi có đóng vai trò quan trọng đối với các tín hiệu chuyển tiếp từ vỏ não vận động đến các tế bào thần kinh vận động râu".

Các nhà nghiên cứu tiếp đến sẽ khám phá các kết nối bằng cách sử dụng các công cụ di truyền, virus và quang học để xem chuyện gì sẽ xảy ra khi các thành phần nhất định của các mạch được kích hoạt hoặc im lặng trong các nhiệm vụ vận động khác nhau.

Ngoài Wang, Takatoh, Mooney và Nelson tại Duke, các tác giả khác của nghiên cứu bao gồm Zhou Xiang của Đại học Chicago, Michael D. Ehlers của Pfizer Inc R &D; M. McLean Bolton của Viện Max Planck, và Benjamin R. Arenkiel của trường Y Baylor.

Nghiên cứu được hỗ trợ bởi các khoản tài trợ từ Viện Y tế Quốc gia (DA028302, DE19440, NS079929) và Viện Khoa học Não bộ Duke.