DNA của tế bào não tự tái tạo để hỗ trợ nhớ lại trí nhớ

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng sự hình thành trí nhớ có liên quan đến những thay đổi quy mô lớn trong nhiễm sắc của tế bào thần kinh. Trong mặt cắt này của não chuột, cấu trúc màu vàng ở gần đỉnh là hồi hải mã. Màu vàng cho thấy sự hiện diện của các tế bào engram hoạt động trong cả quá trình hình thành và nhớ lại ký ức.

Engram – dấu ấn của trí nhớ

Hơn một thế kỷ trước, đã xuất hiện thuật ngữ “engram” để chỉ dấu vết vật lý mà ký ức phải để lại trong não, như một dấu chân. Kể từ đó, các nhà khoa học thần kinh đã đạt được tiến bộ trong việc tìm kiếm chính xác cách bộ não của chúng ta hình thành ký ức. Họ đã học được rằng các tế bào não cụ thể sẽ kích hoạt khi chúng ta hình thành một bộ nhớ và kích hoạt lại khi chúng ta ghi nhớ nó, tăng cường kết nối giữa các tế bào thần kinh liên quan. Sự thay đổi đó ăn sâu vào trí nhớ và cho phép chúng ta lưu giữ những kỷ niệm mà chúng ta nhớ lại thường xuyên hơn, trong khi những ký ức khác mờ dần. Nhưng cho đến ngày nay, những thay đổi vật lý chính xác bên trong tế bào thần kinh của chúng ta gây ra những thay đổi này vẫn khó xác định.

Trong một nghiên cứu được công bố theo dõi một phần quan trọng của quá trình tạo trí nhớ ở quy mô phân tử trong nhiễm sắc thể của tế bào engram. Các nhà khoa học thần kinh đã biết rằng sự hình thành trí nhớ không phải là tức thời, và hành động ghi nhớ là yếu tố quan trọng để khóa ký ức vào não. Các nhà nghiên cứu này hiện đã khám phá ra một số hiện thân vật lý của cơ chế đó.
Các nghiên cứu trên con chuột cho thấy có một điểm đánh dấu huỳnh quang được ghép vào bộ gen của chúng để làm cho tế bào của chúng phát sáng bất cứ khi nào chúng biểu hiện gen Arc , có liên quan đến sự hình thành trí nhớ. Các nhà khoa học đã đặt những con chuột này ở một vị trí mới và huấn luyện chúng sợ một tiếng ồn cụ thể, sau đó đưa chúng trở lại vị trí này vài ngày sau đó để kích hoạt lại bộ nhớ. Trong vùng não được gọi là hippocampus, các tế bào engram hình thành và nhớ lại ký ức này sáng lên bằng màu sắc, giúp dễ dàng phân loại chúng khỏi các tế bào não khác dưới kính hiển vi trong quá trình khám nghiệm tử thi.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra những thay đổi chi tiết trong cấu trúc của chất nhiễm sắc – phức hợp của DNA và protein điều hòa tạo nên nhiễm sắc thể – khi bộ nhớ hình thành. Các bộ phận của chất nhiễm sắc được tổ chức lại theo cách mà các gen liên quan đến trí nhớ có thể dễ dàng bắt đầu hoạt động để củng cố và duy trì trí nhớ. Về cơ bản, toàn bộ quá trình hình thành trí nhớ là một sự kiện ban đầu.

Sự hình thành của một ký ức

Ngay sau khi bộ nhớ hình thành, không có sự khác biệt lớn về cách các tế bào engram biểu hiện gen của chúng. Nhưng các nhà nghiên cứu đã nhận thấy một số thay đổi cấu trúc đối với chất nhiễm sắc của tế bào: Một số vùng của DNA trở nên dễ tiếp cận hơn, dịch chuyển để các protein nhiễm sắc và các đoạn DNA khác không che phủ chúng. Điều này làm cho các gen trong DNA đó dễ tiếp cận hơn với các chất tăng cường, các yếu tố di truyền có thể làm tăng sự hoạt hóa của các gen.

Vài ngày sau, các nhà nghiên cứu phát hiện ra nhiều thay đổi hơn. DNA đã tự sắp xếp lại để nhiều chất tăng cường này gần với các gen cụ thể mà chúng nhắm mục tiêu. Tuy nhiên, vẫn không có những thay đổi đáng kể trong cách các gen được biểu hiện. Điều này chứng tỏ những thử nghiệm trước đây hoàn toàn vô nghĩa.

Nhưng khi những con chuột được đặt trở lại môi trường nơi chúng ban đầu hình thành ký ức này, có sự gia tăng biểu hiện gen diễn ra theo sau. Những thay đổi về cấu trúc đối với các chất tăng cường phù hợp với các mẫu kích hoạt này, dẫn đến kết nối mạnh mẽ hơn giữa các nơ-ron liên quan. Đó là khi Marco nhận ra rằng những thay đổi kiến trúc đối với chất nhiễm sắc đang chuẩn bị cho các tế bào củng cố ký ức khi chúng được nhớ lại.
Về cơ bản, toàn bộ quá trình hình thành trí nhớ là một sự kiện mồi.
Nó gần giống như khởi động cho một buổi tập luyện. Khi hình thành bộ nhớ, các tế bào engram chuẩn bị để biểu hiện các gen sẽ tạo ra và củng cố các kết nối giữa chúng. Tuy nhiên, các tế bào chỉ có thể tận dụng tối đa những thay đổi tiềm ẩn này, khi bộ nhớ được ghi nhớ trở lại. Chúng đã sẵn sàng để chạy và kích hoạt quá trình hồi tưởng.

Trong khoảng hơn thập kỷ qua, một số nhóm tiến hành nghiên cứu về engram đã bắt đầu nghi ngờ rằng những thay đổi cấu trúc trong chất nhiễm sắc nguyên tố của tế bào để tạo ra và lưu giữ ký ức.
Các nghiên cứu này, một lần nữa đã củng cố khái niệm này với các loại bằng chứng mới, tách các giai đoạn hình thành trí nhớ và nhớ lại để xem những thay đổi cấu trúc này đóng vai trò như thế nào. Đó thực sự là một cách thể hiện trực tiếp hơn nhiều so với bất cứ điều gì đã được thực hiện trước đây.
Các công nghệ mới có thể phân tích những thay đổi di truyền và tế bào ở quy mô rất nhỏ đã mang lại sự phát triển trong khoa học thần kinh. Việc kết nối những thay đổi phân tử trong hệ thống não với hành vi là điều mới có thể thực hiện được.

Nghiên cứu kiến trúc của ký ức

Tuy nhiên, ngay cả những công cụ tiên tiến nhất cũng không thể theo dõi sự hình thành trí nhớ một cách chặt chẽ ở động vật sống, vì vậy các nhà khoa học không thể quan sát quá trình hình thành trí nhớ của con người. Các quá trình này đã được nghiên cứu trên chuột, và các tế bào của con người có thể không tuân theo các mô hình giống nhau trong khi mã hóa các ký ức phức tạp và chồng chéo hơn. Ở giai đoạn này, rất khó để đánh giá xem có thể dịch được bao nhiêu cho nghiên cứu trên người .
Nhưng chuột và con người có một số điểm chung về bộ nhớ. Nghiên cứu này đã theo dõi các tế bào trong hồi hải mã, một cấu trúc cong gần trung tâm của não ở cả hai loài quan trọng đối với học tập và trí nhớ. Sự khác biệt giữa các phiên bản của con người và chuột của hồi hải mã làm giảm khả năng ứng dụng của các kết quả nghiên cứu, nhưng trong trường con mới này, chúng là những điểm dữ liệu hấp dẫn. Mồi như một mô hình để giải thích sự hình thành trí nhớ rất hấp dẫn.

Nhiều thí nghiệm như thế này có thể thu hẹp tế bào não nào tuân theo các mô hình này và nếu các mô hình này giống nhau đối với các loại ký ức khác nhau. Cho dù đó là những khoảnh khắc cảm xúc, kỹ năng thể chất hay thông tin thị giác mà bộ não của bạn đang lưu giữ. Điều đó có thể mang lại một nguyên tắc rộng lớn hơn về cách ký ức hình thành, từ đó có thể hướng đến các liệu pháp điều trị các bệnh như rối loạn căng thẳng sau chấn thương hoặc bệnh Alzheimer, trong đó ký ức quá dai dẳng hoặc không đủ bền bỉ. Hiểu biết ở cấp độ phân tử cách não bộ duy trì một số ký ức và mất đi những ký ức khác có thể tạo cơ hội ảnh hưởng đến quá trình lão hóa, học tập và các quá trình thiết yếu khác.
Còn nhiều điều cần tìm hiểu về những thay đổi này trong kiến trúc nhiễm sắc. Nhiều loại yếu tố môi trường, chẳng hạn như dinh dưỡng hoặc căng thẳng, có thể thay đổi sự sắp xếp của DNA và protein trong chất nhiễm sắc, với các tác động hạ lưu nếu DNA được biểu hiện và ảnh hưởng đến hành vi của tế bào. Các nghiên cứu sâu hơn cũng có thể kiểm tra các vùng DNA phong phú không chỉ đạo việc tạo ra protein hoặc có các tác động rõ ràng khác trong não.
Chúng ta hiện đang bỏ qua 95% bộ gen người. Những gen này có thể được gọi là DNA rác. Nhưng giống như các chất tăng cường thúc đẩy khía cạnh này của mã hóa bộ nhớ, phần còn lại của các gen này cũng có thể đảm nhận những vai trò quan trọng. Mặc dù đã có bản đồ bộ gen, nhưng con người vẫn không hiểu hoàn toàn về nó.

Source:Wiki Cabinet