Nơ ron mới, ký ức mới

Các nhà khoa học từng tin tưởng rằng, chúng ta sinh ra với tất cả các tế bào thần kinh có thể có. Bằng chứng cho đức tin này có vẻ mạnh mẽ: dưới kinh hiển vi, các nhà giải phẫu thần kinh đầu thế kỷ XX chỉ thấy các nơ ron chưa trưởng thành trong não của phôi hoặc thai động vật có vú, chứ không hề thấy chúng sau khi sinh.

Bây giờ thì chúng ta nhận thấy sự thật không đơn giản như thế. Nhờ các ADN đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ, các nhà nghiên cứu đã tìm được bằng chứng về các nơ ron tân sinh trong một bộ não trưởng thành. Hiện khoa học đã xác định được hai vùng não mà ở đó sự tân sinh nơ ron xảy ra trong suốt cuộc đời. Đó là hành khứu và hồi hải mã. Vùng đầu tiên là một phần của hệ phân biệt mùi trong não; do đó các nơ ron tân sinh có thể tham gia vào quá trình này. Nhưng hồi hải mã, một cấu trúc của hệ viền, có chức năng quan trọng hơn nhiều. Nó mang đến cho chúng ta các ký ức.

Khám phá các nơ ron tân sinh tại hồi hải mã người trưởng thành, được công bố lần đầu vào năm 1998, mang đến sự ngạc nhiên thú vị cho giới chuyên môn. Mặc dù sự phát triển các tế bào não mới có thể có ích, cái giá phải trả không hề rẻ. Suy cho cùng thì không gian trong hộp sọ là hữu hạn; và những kẻ mới đến có thể ảnh hưởng đến các mạng thần kinh tinh tế đang lưu giữ toàn bộ kiến thức mà chúng ta đã tích lũy được.

Các nhà thần kinh học cho rằng nơ ron tân sinh trong hồi hải mã tạo ra và chọn lọc hàng triệu ký ức hình thành trong suốt cuộc đời chúng ta. Nếu sự thật đúng là như vậy, tân sinh nơ ron có thể giúp giải quyết một rắc rối làm đau đầu giới thần kinh học trong hơn nửa thế kỷ qua: bộ não chúng ta lưu giữ các ký ức riêng biệt của các sự kiện giống nhau như thế nào. Khám phá mang tính cách mạng đó có thể giúp giải quyết không chỉ bài toán chúng ta nhớ lại các sự kiện từng xảy ra như thế nào, mà còn giúp chúng ta bảo vệ khả năng ghi nhớ siêu phàm của bộ óc trước sự tàn phá ghê gớm của thời gian và tuổi tác trong quá trình lão hóa.

Tạo ký ức

Vào năm 1949, nhà tâm lý Canada Donald Hebb đề xuất một lý thuyết sẽ chiếm một vị trí trung tâm trong lĩnh vực trí nhớ. Hebb cho rằng mỗi nơ ron trong vỏ đại não, phần vỏ lớn nhất bên ngoài quyết định khả năng tư duy và trí tuệ, mã hóa một đặc trưng của thế giới và sẽ được hoạt hóa bất cứ khi nào đặc trưng đó hiện hữu.

Ông cũng nhấn mạnh rằng, mỗi tế bào não đều kết nối với nhiều tế bào khác qua các cầu nối, gọi là xy-náp hay khớp thần kinh. Ý tưởng của ông là chúng ta mã hóa ký ức bằng cách tạo ra sự liên kết giữa các nhóm nơ ron. Khi hai nơ ron được kết nối hoạt hóa cùng nhau, các khớp thần kinh giữa chúng trở nên mạnh mẽ hơn. Nói cách khác, “các tế bào phóng lực cùng nhau sẽ kết nối cùng nhau”.

Chúng ta hãy xem một ký ức có thể ghi nhớ trong một mạng lưới các nơ ron gắn kết nhau như thế nào. Giả sử bạn đi du lịch hè hàng năm. Năm ngoái, bạn thu xếp ba lô để lên cao nguyên Đồng Văn, với một cuốn sách ưa thích bên trong. Các đặc trưng của chuyến đi - ba lô, núi đá, cuốn sách - sẽ được lưu giữ trong các nơ ron khác nhau trong vỏ não. Mỗi khi bạn cầm cuốn sách đó trong tay, các nơ ron đó phóng lực cùng nhau và củng cố mối liên hệ giữa ba đặc trưng. Ta nói ký ức đã được ghi nhớ và được truy xuất. Và mỗi khi nhìn cuốn sách, ta có thể thấy dường như những hình ảnh của cao nguyên đá đang trôi qua ngay trước mắt ta.

Cách giải thích này hợp lý nhưng cũng có khiếm khuyết: Điều gì sẽ xảy ra khi các đặc trưng của các ký ức khác nhau có sự tương đồng? Chẳng hạn hè vừa qua, thay vì lên rừng, bạn lại xuống biển, với một tạp chí thời trang trong chiếc ba lô quen thuộc? Khi đó, các nơ ron liên quan với các đặc trưng ba lô, sóng biển và tạp chí cũng được kết nối với nhau. Vậy mỗi khi bạn nhìn thấy ba lô, bạn sẽ nhớ chuyến du lịch nào, lên rừng hay xuống biển?

Trong một thời gian dài, các nhà thần kinh học đã cố gắng giải quyết bài toán giao thoa đó, với kết quả không mấy khả quan. Vấn đề cơ bản là sự chồng lấn và giao thoa giữa các ký ức tương đồng phải càng ít càng tốt. Và nó chỉ có thể được giải quyết khi xuất hiện các khám phá về sự tân sinh nơ ron gần hai mươi năm trước.

Tân sinh nơ ron là phao cứu sinh?

Bốn mươi năm sau giả thuyết của Hebb, các nhà khoa học James L. McClelland, Randall C. O’Reilly của Đại học Carnegie Mellon và Bruce L. McNaughton của Đại học Arizona nhận thấy hai vùng não liên quan với các ký ức là vỏ não và hồi hải mã. Và chúng cho phép phân tách hai quá trình học và tạo ký ức. Vỏ não giúp ta tăng cường các kết nối nơ ron và hồi hải mã tập trung vào các ký ức cụ thể. Họ gọi giả thuyết của mình là các hệ thống học bổ sung. Ý tưởng cơ bản của giả thuyết là bổ sung các nơ ron mới vào mạng lưới ký ức của các chuyến du lịch hàng năm. Và dĩ nhiên bài toán giao thoa sẽ được giải quyết.

Khi McClelland và đồng sự đưa ra giả thuyết, bằng chứng về tân sinh nơ ron còn khá mơ hồ. Nhưng tình thế đã thay đổi hoàn toàn sau một thập kỷ. Cuối thế kỷ XX, nhiều nhà khoa học phát hiện tầm quan trọng của các nơ ron mới sinh tại hồi hải mã và giả thuyết rằng tân sinh nơ ron có thể là cách thức để bộ não liên tục mở rộng khả năng ghi nhớ của mình.

Thực tế là các nơ ron tân sinh dễ dàng kết nối với các nơ ron khác hơn so với các tế bào cũ. Năm 1999, nhà thần kinh học Tracey J. Shors, Đại học Rutgers, nhận thấy tốc độ tân sinh nơ ron tăng trong khi học. Đó là một ý tưởng mới trong khoa học trí nhớ. Mỗi khi bộ não cần tạo ra một ký ức mới, nó có thể tạo ra thêm các nơ ron cần thiết.

Ngân hàng nơ ron

Qua nhiều thí nghiệm tinh tế trên động vật được biến đổi gien có chủ ý, các nhà khoa học đã khẳng định được rằng, các nơ ron mới có ưu thế trong học và trong truy xuất các khái niệm mới, còn các tế bào cũ giúp lưu giữ và truy xuất các ký ức cũ.

Đặc biệt năm 2013, Jonas Frisén tại Viện Karolinska (Stockholm) và đồng sự thấy rằng, tốc độ tân sinh nơ ron hàng ngày ở người - khoảng 1.400 tế bào/ngày - hoàn toàn giống ở chuột. Điều đó ủng hộ cho quan điểm, các khám phá trên động vật có thể áp dụng cho người.

Vậy chúng ta cần làm gì để tăng cường sự phát triển các nơ ron mới? Thật may mắn là các kỹ thuật tân sinh tế bào thần kinh cũng chính là các đặc trưng của một lối sống lành mạnh. Các nhà thần kinh học nhận thấy vận động thể chất và học tập không ngừng có thể tăng cường sự tân sinh nơ ron. Mới đây họ lại thấy rằng, kết hợp các thử thách nhận thức với vận động thể chất có thể khuyến khích sự tăng trưởng nơ ron thậm chí trên động vật đã lão hóa. Và do đó một chế độ tập luyện thường xuyên cả về thể chất và trí tuệ cũng có thể có tác dụng tương tự trên người.

Ở chiều hướng ngược lại, sự căng thẳng nghiêm trọng và kéo dài, rượu và các chất gây nghiện khác có thể ức chế sự tân sinh nơ ron, mặc dù cơ chế chính xác chưa được hiểu rõ.

Các kỹ thuật mang tính xâm lấn cũng đã được thử nghiệm. Năm 2011, Paul W. Frankland và đồng sự tại Đại học Toronto thấy rằng, kích thích bằng các điện cực cắm sâu trong não cũng có thể tăng cường tân tạo nơ ron và do đó cải thiện chức năng ghi nhớ không gian trong các thử nghiệm ngay sau đó. Và việc dùng các tế bào gốc để thay thế các nơ ron hồi hải mã bị chết do tuổi tác có thể là một giải pháp tối ưu.

Mặc dù nhiều chi tiết trong quá trình lưu trữ chưa được khám phá, nhưng các nhà khoa học đã phát hiện khả năng hầu như vô tận của bộ não. Để giúp chúng ta lưu trữ, bảo vệ và truy xuất những kinh nghiệm sống đa dạng, các nơ ron mới trong não có thể là một chất keo kỳ diệu, cho phép chúng ta gắn kết cuộc sống hiện tại với những trải nghiệm quá khứ.

TP Hồ Chí Minh, tháng 11/2014