Vì vậy giải thưởng khoa học mang tên “Nobel trong lĩnh vực khoa học thần kinh”, Brain Prize 2022 đã có chủ nhân. Giải thưởng Não bộ là giải thưởng thường niên do Quỹ Lundbeck của Đan Mạch trao tặng cho các nhà khoa học có đóng góp xuất sắc trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học thần kinh.
Giải thưởng trị giá 10 triệu Krone Đan Mạch, tương đương 1,5 triệu USD. Và năm nay, số tiền đó đã thuộc về bộ ba nhà khoa học thần kinh Silvia Arber (Thụy Sĩ), Martyn Goulding (New Zealand) và Ole Kiehn (Đan Mạch):
Họ đã được công nhận bởi Brain Prize vì công trình “cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về các loại tế bào và mạch thần kinh điều khiển chuyển động cơ bản của cơ thể”.
Trong bài viết này, hãy cùng tìm hiểu về công việc thú vị của họ.
Một hai, một hai, trái phải, trái phải… Có lẽ ai trong chúng ta khi còn là học sinh đều từng tập đi. Trong quân đội, bước đi vững vàng thậm chí còn là một nghi lễ.
Nó đã được sử dụng từ xa xưa, không chỉ với tín ngưỡng mà còn với khoa học đã chứng minh rằng việc đi bộ giúp quân đội tăng thêm nhuệ khí và lòng dũng cảm.
Nhưng bạn có biết tại sao những người lính có thể đồng bộ hóa các cử động của cánh tay và chân của họ trong các cuộc diễu hành không?
Trước đây, trí tuệ thông thường của các nhà khoa học là não bộ chịu trách nhiệm điều khiển tất cả các chuyển động này. Kiehn, nhà khoa học thần kinh vừa nhận giải Brain Prize, cho biết: “Mọi người đều có chung quan điểm rằng não bộ lên kế hoạch cho mọi chuyển động của cơ thể, bắt đầu từ vỏ não.
Theo đó, trong vỏ não có một khu vực gọi là vỏ não vận động có nhiệm vụ điều khiển mọi chuyển động trong cơ thể bạn. Và vỏ não vận động có các vùng điều khiển từng cánh tay, bàn tay, chân và ngón chân.
Nó giống như có một nhóm công nhân trong não của bạn chỉ đạo các cánh tay cần cẩu, các nhóm cơ riêng biệt trên cơ thể bạn, để giúp bạn giữ cho đôi chân của mình vững vàng.
Tuy nhiên, sự thật không đơn giản như vậy.
Hóa ra, bộ não của bạn không phải là một công trường xây dựng, nó hoạt động giống như một chiếc thuyền buồm. Vỏ não vận động sẽ điều khiển cơ thể bạn giống như một thuyền trưởng. Mỗi bộ phận của bộ não, giống như các thủy thủ trên boong tàu, có các cấp bậc và nhiệm vụ khác nhau.
Hãy so sánh: Trên một con tàu buồm thời trung cổ, thuyền trưởng có trách nhiệm xác định điểm đến của con tàu và đảm bảo bằng mọi cách đưa con tàu đến đó.
Dưới thuyền trưởng sẽ là người bạn đời, giúp thuyền trưởng tính toán đường đi, dựa trên điều kiện thời tiết và thực tế bên ngoài, bao gồm cả những chướng ngại vật mà thủy thủ đoàn trên cột buồm đã quan sát được.
Sau đó là người chèo lái và chỉ huy thủy thủ, người có nhiệm vụ chỉ đạo các thủy thủ trực tiếp dùng cơ của mình để chèo lái con tàu theo ý muốn.
Tương tự như vậy trong não, việc lập kế hoạch cho bất kỳ chuyển động nào của cơ thể đều do thùy trán đảm nhận. 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 chỉ huy Khu vực 6, hoạt động như một người bạn đời. Nó chỉ định nhóm cơ nào cần co lại để đạt được chuyển động cần thiết.
Lệnh này được truyền xuống người chỉ huy, trong não là vùng 4. Vùng này lần lượt kích hoạt các cơ hoặc nhóm cơ cụ thể và truyền tín hiệu đó xuống thông qua các tế bào thần kinh cột sống.
Arber, một nhà khoa học thần kinh, người gần đây đã giành được Giải thưởng Não bộ cho biết: “Từ một ý định được tạo ra ở thùy trước đến chuyển động thực tế của bạn, có thể có tới 10 khớp thần kinh”.
Hơn nữa, có nhiều yếu tố như tâm trạng của bạn, 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 mỗi bước, xuống nhóm cơ bên dưới.
Vì lý do đó, Arber và hai người đoạt giải Brain đã cùng nhau quyết định giải quyết vấn đề từ dưới lên, hiểu được mạch thần kinh bắt đầu trong tủy sống.
Kiehn cho biết: “Hầu hết mọi người nghĩ rằng tủy sống chỉ là một sợi cáp đi xuống từ não, nó chỉ có nhiệm vụ kết nối các nơ-ron vận động với cơ bắp.
Nhưng một lần nữa không phải vậy. Các nghiên cứu của Kiehn cho thấy tủy sống thực sự chứa hàng chục triệu tế bào thần kinh. Và chúng được sắp xếp, tổ chức thành những mạch có thể hoạt động gần như độc lập với não bộ.
Ví dụ: não của bạn không chỉ gửi tín hiệu chỉ đạo chân trái của bạn nâng lên, chân phải đi xuống hoặc tay trái và tay phải của bạn di chuyển. Đó là tủy sống đảm nhận sự phân chia đó.
Kiehn và Goulding gọi đó là mạch phối hợp trái – phải. Tàu này nằm hoàn toàn trong tủy sống. Vì vậy, khi binh lính diễu hành, tủy sống của họ chứa các tế bào thần kinh giống như các thủy thủ cầm chèo trên thuyền buồm. Bản thân các tế bào này hoạt động độc lập với não trong việc phân chia chân nào nâng lên và tay nào hạ xuống.
Cũng như thuyền trưởng không phải ra lệnh cho người chèo, nên chính người chèo lái cũng phải làm như vậy. Tế bào tủy sống là chỉ huy chèo thuyền này.
Bạn có biết có những mạch như thế này trong tủy sống của bạn không?
Không chỉ các tế bào tủy sống, Arber và Kiehn còn nghiên cứu các mạch thần kinh trong thân não, xác định các quần thể tế bào chịu trách nhiệm kích hoạt và ngừng chuyển động, “phi hành đoàn khác trên” đoàn tàu não “xác định tốc độ và hướng của sự chuyển động.
Nhưng rốt cuộc tại sao chúng ta lại nên nghiên cứu những mạch động cơ này? Và điều đó giúp ích gì?
Kiehn cho biết mọi thứ trong cuộc sống chúng ta đều cần đến sự vận động. Ông nói: “Chuyển động là cách chúng ta giao tiếp với nhau. Đó là cách chúng ta tương tác với môi trường, thế giới bên ngoài”.
Chuyển động cũng là cách chúng ta giao tiếp với động vật. Vì chúng không có ngôn ngữ, chúng ta chỉ có thể hiểu chúng thông qua hành động.
Việc quan sát mọi chuyển động và hành vi của động vật trong phòng thí nghiệm giúp các nhà khoa học hiểu được liệu tác động của chúng lên chúng có đang hoạt động hay không và liệu một loại thuốc có hoạt động đúng cách hay không.
Arber nói: “Bởi vì động vật không thể nói chuyện với bạn, chúng không thể nói với bạn rằng chúng đang sợ hãi hoặc chúng không nhớ thức ăn ngon trong mê cung ở đâu.
Bản thân nghiên cứu về chuyển động dường như là “nền tảng tốt để hiểu được cách thức hoạt động của bộ não con người”, Kiehn cho biết thêm. 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 mắc bệnh Parkinson gặp rất nhiều khó khăn trong việc kiểm soát hệ thống vận động của mình. Họ dần trở nên chậm chạp và lung lay khi căn bệnh này 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 vận động trong thân não này, ở những con chuột bị bệnh Parkinson, và khôi phục chúng đi lại bình thường.
Ông cho biết, theo thời gian, các thí nghiệm sẽ tiếp tục tìm ra vấn đề nằm ở đâu trong các mạch động cơ này.
Và nếu chúng ta có thể sửa chữa các mạch đó, bằng các liệu pháp khác nhau, điển hình là kích thích điện hoặc kích thích não sâu, chúng ta sẽ có thể chữa khỏi tất cả các loại bệnh liên quan đến vận động, từ Parkinson đến liệt.
Tham khảo Brainfacts
Tổng hợp: Công Nghệ Chính Nhân
