Vòng tuần hoàn “ngủ” của bào thai

Sau khoảng 7 tháng phát triển trong dạ con, một bào thai người dành hầu hết thời gian cho việc ngủ. Não của bào thai chuyển đổi qua lại giữa trạng thái ngủ với mắt chuyển động nhanh (REM) và trạng thái nghỉ ngơi yên lặng với ngủ mắt không chuyển động (non-REM). Nhưng liệu não của bào thai non hơn có chuyển đổi qua lại giữa các trạng thái ngủ khác nhau hay chỉ đơn giản không hoạt động, điều này vẫn còn là một bí ẩn cho đến nay.

Mathematician Karin Schwab và một nhóm các nhà khoa học thần kinh tại Đại học Friedrich Schiller tại Jena, Đức, đã phát hiện rằng bào thai cừu non đi vào một trạng thái như đang ngủ mơ vài tuần trước khi những chuyển động mắt đầu tiên được nhận thấy. Phân tích của họ có thể đem lại hiểu biểt sâu hơn về mục địch của hoạt động ngủ. Nó cũng cung cấp một công cụ để nghiên cứu sự phát triển của não và nhận biết những giai đoạn dế bị nguy hiểm nhất, khi tổn thương có thể dẫn tới bệnh tật sau này.

Nghiên cứu xuất hiện trên số đặc biệt của tạp chí Chaos, do Học viện vật lý Hoa Kỳ (AIP) xuất bản. Số đặc biệt này tập trung vào những mặt phi tuyến của hệ thống nhân thức và thần kinh. Số báo cũng đặt ra câu hỏi về tác động của những biến động đối với một số vùng nhất định của não, đồng thời đề xuất một số phương pháp đối với nhiều vấn đề trong khoa học thần kinh – bao gồm ngủ.

Việc đo trực tiếp hoạt động não của bào thai người là điều không thể. Những gì chúng ta biết về thói quen ngủ của bào thai chủ yếu là từ việc quan sát chuyển động của mắt. Khoảng tháng thứ 7 trong quá trình phát triển, những chuyển động mắt nhanh bắt đầu được nhận thấy. Cứ 20 đến 40 phút, não của một bào thai đang phát triển chuyển đổi giữa ngủ mắt chuyển động nhanh, não hoạt động mạnh, và ngủ mắt không chuyển động, não nghỉ ngơi. Chức năng của những vòng tuần hoàn này vẫn đang được bàn luận sôi nổi trong giới nghiên cứu giấc ngủ.

Một số người đã cố gắng đo hoạt động não của bào thai khi còn non bằng cách gắn vào một thiết bị điện não đồ. Những phép đo này, theo Schwab, rất khó để thực hiện và thường có nhiều lỗi. Vì vậy các nhà khoa học thần kinh nghiên cứu sự phát triển của não bào thai băn khoăn liệu vòng tuần hoàn ngủ chỉ đơn giản xuất hiện vào một thời điểm nhất định, hoặc liệu phát triển dần dần từ một dạng hoạt động não khác.

Sau khoảng 7 tháng phát triển trong dạ con, một bào thai người dành hầu hết thời gian cho việc ngủ. Não của bào thai chuyển đổi qua lại giữa trạng thái ngủ với mắt chuyển động nhanh (REM) và trạng thái nghỉ ngơi yên lặng với ngủ mắt không chuyển động (non-REM). Nhưng liệu não của bào thai non hơn có chuyển đổi qua lại giữa các trạng thái ngủ khác nhau hay chỉ đơn giản không hoạt động, điều này vẫn còn là một bí ẩn cho đến nay. (Ảnh: iStockphoto/Noel Powell)

Để lấp lỗ hổng kiến thức này, Schwab nghiên cứu cừu, loài vật thường có 1 đến 2 bào thai có kích thước và cân nặng tương tự bào thai người. Quá trình phát triển não ở cừu cũng khá giống ở người, kéo dài 280 ngày ở người và 150 ngày ở cừu. Các nhà nghiên cứu ghi chép trực tiếp những hoạt động điện não của bào thai 106 ngày tuổi, một điều chưa hề có trước đây.

Sử dụng những phương pháp phân tích phức tạp, Schwab phát hiện những vòng tuần hoàn của hoạt động não khi bào thai còn non. Không giống với những chu trình phát triển sau này, những vòng tuần hoàn này dao động trong khoảng thời gian 5 đến 10 phút và từ từ thay đổi khi bào thai lớn dần.

Rất khó để diễn tả những gì mà bào thai trải qua ở những chu trình tuần hoàn này, nhưng phát hiện đã đem lại những hiểu biết mới về nguồn gốc của giấc ngủ. Schwab cho biết: “Giấc ngủ không đột nhiên phát triển từ một bộ não không hoạt động. Ngủ và trạng thái ngủ thay đổi là những quá trình được kiểm soát chặt chẽ”. Những phát hiện này cũng phù hợp với những dữ liệu cho thấy tế bào não (nơron) tạo ra trạng thái ngủ hoàn thiện sớm hơn phần còn lại của não.

Hiểu biết kỹ hơn về sự phát triển của não có thể cung cấp những đầu mối về những bệnh tật sau này, ví dụ như chứng rối loạn thần kinh hoặc đột tử ở trẻ. Nghiên cứu cũng đem lại những hiểu biết mới về sự phát triển của não. Những thay đổi tuần hoàn trong hoạt động thần kinh có thể kích thích những tế bào thần kinh khác tìm kiếm và kết nối với nhau để tạo ra mạng lưới phức tạp trong não. Những phân tích phức tạp về hoạt động của não có thể giúp phát hiện những giai đoạn dễ bị tổn thương trong quá trình phát triển của não.

Tham khảo:
Schwab et al. Nonlinear analysis and modeling of cortical activation and deactivation patterns in the immature fetal electrocorticogram. Chaos An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 2009; 19 (1): 015111 DOI: 10.1063/1.3100546