Một nghiên cứu mới trên chuột cho thấy các tế bào từ lâu được cho là chỉ đóng vai trò thứ yếu trong chức năng não lại xây dựng những kết nối rộng khắp và xa hơn nhiều so với trước đây. Những đường dẫn này dường như kết nối các vùng não xa nhau theo những cách chưa từng được lập bản đồ trước đó.

Thông thường, giới khoa học mô tả não bộ như một mạng lưới các tế bào thần kinh (nơ-ron) truyền tín hiệu cho nhau để xử lý thông tin. Các nơ-ron này được duy trì bởi một loại tế bào não khác có hình dạng ngôi sao gọi là astrocyte, có nhiệm vụ vận chuyển chất dinh dưỡng và loại bỏ chất thải.

Dẫn đầu bởi các nhà nghiên cứu tại NYU Langone Health, nghiên cứu cho thấy astrocyte, tương tự như nơ-ron, cũng hình thành các mạng lưới có tổ chức, cho phép chúng giao tiếp với các astrocyte cụ thể khác trên toàn não thay vì chỉ truyền tín hiệu cục bộ, chung chung. Trong một số trường hợp, các đường dẫn này kết nối những vùng não vốn không được liên kết trực tiếp bởi nơ-ron.

“Trong hơn một thế kỷ, các nhà khoa học thần kinh luôn coi nơ-ron là nhân vật chính của não bộ,” tác giả chính của nghiên cứu, tiến sĩ Melissa Cooper, cho biết. “Tuy nhiên, phát hiện của chúng tôi cho thấy astrocyte—vốn thường chỉ được xem là tế bào hỗ trợ—cũng đang vận hành một hệ thống tín hiệu rộng khắp của riêng chúng, bổ sung thêm một lớp tổ chức mới cho cách các vùng não kết nối với nhau.”

Trong một nghiên cứu trước đó, tiến sĩ Cooper đã báo cáo rằng trong mô hình chuột mắc bệnh thoái hóa thần kinh thị giác glaucoma, astrocyte có thể phân phối lại tài nguyên từ các astrocyte xung quanh nơ-ron khỏe mạnh sang các nơ-ron bị tổn thương. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu chưa có cách nào để quan sát liệu mạng lưới tế bào hỗ trợ này có lan rộng trên toàn bộ não hay không.

Nghiên cứu lần này là công trình đầu tiên lập bản đồ các mạng lưới giao tiếp hoạt động trên toàn não do astrocyte tạo ra, đồng thời cho thấy các đường dẫn này có tính chọn lọc cao, theo tiến sĩ Cooper, nghiên cứu viên hậu tiến sĩ tại Khoa Khoa học Thần kinh, Trường Y khoa NYU Grossman.

Kết quả nghiên cứu, sẽ được công bố ngày 22 tháng 4 trên tạp chí Nature, dựa trên một công cụ truy vết do nhóm tự phát triển, cho phép theo dõi kết nối tế bào với độ chi tiết cao hơn nhiều so với các phương pháp trước đây.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học sử dụng một loại virus không gây hại để đưa “chất đánh dấu mạng lưới” vào astrocyte ở các vùng não chọn lọc của chuột thí nghiệm. Các chất đánh dấu này gắn vào những phân tử nhỏ khi chúng đi qua các kênh cực nhỏ gọi là liên kết khe (gap junctions), vốn nối các astrocyte với nhau, từ đó giúp nhóm nghiên cứu xác định những tế bào thuộc cùng một đường truyền tín hiệu.

Sau đó, các nhà khoa học làm trong suốt não chuột và sử dụng kính hiển vi chuyên dụng để chụp ảnh ba chiều của tất cả các astrocyte đã được đánh dấu. Thực hiện trên hàng trăm con chuột, họ có thể lập bản đồ mạng lưới astrocyte trên khắp các vùng não. Công cụ truy vết và phương pháp làm trong não được thiết kế với chi phí thấp và dễ tái tạo để các phòng thí nghiệm khác có thể áp dụng trong nghiên cứu nhiều bệnh lý não khác nhau.

Trong một phần khác của nghiên cứu, nhóm cũng khảo sát những con chuột biến đổi gen có astrocyte thiếu liên kết khe. Khi đó, các mạng lưới giao tiếp gần như biến mất, cho thấy các đường dẫn này là có hoạt động thực sự và phụ thuộc vào các “cầu nối” vật lý giữa tế bào.

“Việc thách thức hiểu biết của chúng ta về cách não giao tiếp đường dài có thể mang lại góc nhìn mới về cách não phát triển, lão hóa và hoạt động trong các bệnh như Alzheimer và Parkinson,” đồng tác giả chính Shane A. Liddelow cho biết.

Một phát hiện quan trọng khác là mạng lưới astrocyte có tính linh hoạt. Khi các nhà nghiên cứu cắt lông ria mép của chuột ở một bên mặt, đường truyền từ vùng xử lý cảm giác ria mép bị thu nhỏ lại và kết nối lại với các astrocyte khác.

“Việc các mạng lưới astrocyte co lại và tái cấu trúc sau khi mất tín hiệu cảm giác cho thấy chúng có thể bị định hình bởi trải nghiệm,” đồng tác giả chính Moses V. Chao cho biết. “Điều này cũng mở ra khả năng mỗi cá nhân có một kiểu kết nối riêng, được định hình bởi những gì não bộ đã học và trải qua.”

Nhóm nghiên cứu dự định tiếp tục tìm hiểu các phân tử di chuyển trong những mạng lưới này và áp dụng công cụ truy vết cho các mô hình bệnh não. Họ cũng muốn nghiên cứu cách các mạng lưới này thay đổi trong quá trình phát triển và lão hóa.

Tiến sĩ Liddelow nhấn mạnh rằng mặc dù liên kết khe và astrocyte cũng tồn tại ở người, hiện vẫn chưa rõ liệu các mạng lưới này có kết nối các vùng não theo cách giống như ở chuột hay không.