Nghiên cứu

Các nhà nghiên cứu tìm thấy sự khác biệt nổi bật giữa tế bào thần kinh của người và các động vật có vú khác

5 2 phiếu bầu
Đánh giá bài viết

Các tế bào thần kinh giao tiếp với nhau thông qua các xung điện, chúng được tạo ra bởi các kênh ion kiểm soát dòng chảy của các ion như kali và natri. Trong một phát hiện mới, các nhà khoa học thần kinh của MIT đã chỉ ra rằng tế bào thần kinh của con người có số lượng kênh này nhỏ hơn nhiều so với tế bào thần kinh của các loài động vật có vú khác.

Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng việc giảm mật độ kênh này có thể đã giúp não người tiến hóa hoạt động hiệu quả hơn, cho phép nó chuyển nguồn lực sang các quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng để thực hiện các nhiệm vụ nhận thức phức tạp.

Mark Harnett, phó giáo sư về não bộ và khoa học nhận thức, thành viên của Viện nghiên cứu não McGovern của MIT cho biết: “Nếu bộ não có thể tiết kiệm năng lượng bằng cách giảm mật độ các kênh ion , nó có thể dành năng lượng đó cho các quá trình khác”

Harnett và các đồng nghiệp của ông đã phân tích tế bào thần kinh từ 10 loài động vật có vú, đây là nghiên cứu điện sinh lý, và nó xây dựng một “kế hoạch ” phù hợp với mọi loài — ngoại trừ con người. Họ phát hiện ra rằng khi kích thước của tế bào thần kinh tăng lên, mật độ của các kênh được tìm thấy trong tế bào thần kinh cũng tăng lên.

Tuy nhiên, tế bào thần kinh của con người được chứng minh là một ngoại lệ nổi bật đối với quy luật này.

Lou Beaulieu-Laroche, cựu nghiên cứu sinh của MIT cho biết: “Các nghiên cứu trước đây cho thấy não người được xây dựng giống như các bộ não của động vật có vú khác , vì vậy chúng tôi rất ngạc nhiên khi tìm thấy bằng chứng cho thấy tế bào thần kinh của con người đặc biệt hơn”

tế bào thần kinh

Kế hoạch nghiên cứu

Các tế bào thần kinh trong não động vật có vú có thể nhận tín hiệu từ hàng nghìn tế bào khác và đầu vào xác định liệu chúng có phát ra một xung điện gọi là điện thế có hoạt động hay không. Vào năm 2018, Harnett và Beaulieu-Laroche đã phát hiện ra rằng tế bào thần kinh của người và chuột khác nhau về một số đặc tính điện, chủ yếu ở các phần của tế bào thần kinh được gọi là đuôi gai — ăng ten giống cây nhận và xử lý đầu vào từ các tế bào khác.

Một trong những phát hiện từ nghiên cứu là tế bào thần kinh của con người có mật độ kênh ion thấp hơn tế bào thần kinh trong não chuột. Các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên trước quan sát này, vì mật độ kênh ion thường được giả định là không đổi giữa các loài. 

Trong nghiên cứu mới của họ, Harnett và Beaulieu-Laroche quyết định so sánh các tế bào thần kinh từ một số loài động vật có vú khác nhau để xem liệu họ có thể tìm thấy bất kỳ mẫu nào chi phối các kênh ion hay không. Họ đã nghiên cứu hai loại kênh kali tạo điện áp và kênh HCN, dẫn cả kali và natri, trong các tế bào thần kinh hình chóp lớp 5, một loại tế bào thần kinh kích thích được tìm thấy trong vỏ não.

Họ đã lấy mô não từ 10 loài động vật có vú: chuột chù Etruscan (một trong những loài động vật có vú nhỏ nhất ), chuột nhảy, chuột nhắt, chuột lang, chồn, thỏ, marmoset và khỉ…, cũng như mô người được lấy ra từ bệnh nhân động kinh trong quá trình phẫu thuật não. Sự đa dạng này cho phép các nhà nghiên cứu bao quát độ dày vỏ não và kích thước tế bào thần kinh trên động vật có vú.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng ở hầu hết các loài động vật có vú mà họ quan sát, mật độ của các kênh ion tăng lên khi kích thước của các tế bào thần kinh tăng lên. Một ngoại lệ đối với mô hình này là ở tế bào thần kinh của con người, mật độ kênh ion thấp hơn nhiều so với mong đợi.

Harnett nói rằng sự gia tăng mật độ kênh giữa các loài là một điều đáng ngạc nhiên, bởi vì càng có nhiều kênh, thì càng cần nhiều năng lượng để bơm các ion vào và ra khỏi tế bào. Tuy nhiên, nó bắt đầu khác nhau khi các nhà nghiên cứu bắt đầu chú ý đến số lượng kênh trong tổng thể khối lượng của vỏ não.

Trong não của chuột chù Etruscan, chứa nhiều tế bào thần kinh rất nhỏ, có nhiều tế bào thần kinh trong một thể tích mô nhất định hơn là trong cùng một thể tích mô từ não thỏ. Nhưng vì tế bào thần kinh của thỏ có mật độ kênh ion cao hơn, mật độ kênh trong một thể tích mô nhất định giống nhau ở cả hai loài.

Harnett nói: “Kế hoạch xây dựng này phù hợp với chín loài động vật có vú khác nhau. có vẻ như vỏ não đang cố gắng giữ cho số lượng kênh ion trên một đơn vị thể tích giống nhau ở tất cả các loài. Điều này có nghĩa là đối với một thể tích nhất định của vỏ não, năng lượng là như nhau, ít nhất là đối với các kênh ion . “

Hiệu suất năng lượng

Bộ não con người đại diện cho một sự sai lệch đáng chú ý từ nghiên cứu này. Tuy nhiên, thay vì mật độ kênh ion tăng lên, các nhà nghiên cứu nhận thấy mật độ kênh ion dự kiến ​​giảm đáng kể đối với một thể tích mô não nhất định .

Các nhà nghiên cứu tin rằng mật độ thấp hơn có thể phát triển như một cách để tiêu tốn ít năng lượng hơn cho việc bơm các ion, điều này cho phép não bộ sử dụng năng lượng đó cho việc khác, như tạo ra các kết nối khớp thần kinh phức tạp hơn giữa các tế bào thần kinh hoặc kích hoạt điện thế hoạt động với tốc độ cao hơn.

Harnett nói: “Chúng tôi nghĩ rằng con người đã phát triển ra khỏi nghiên cứu này, trước đây là hạn chế kích thước của vỏ não, và họ đã tìm ra cách để trở nên hiệu quả hơn về mặt năng lượng, vì vậy bạn tiêu tốn ít ATP hơn cho vận động so với các loài khác”

Giờ đây, ông hy vọng sẽ nghiên cứu nguồn năng lượng bổ sung sẽ mang lại hiệu quả cao và liệu có những đột biến gen nào giúp các tế bào thần kinh của vỏ não người đạt được hiệu quả cao này hay không. 

5 2 phiếu bầu
Đánh giá bài viết
Theo dõi
Thông báo về
guest
0 Thảo luận
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả các bình luận
0
Rất thích suy nghĩ của bạn, hãy bình luận x
()
x