Khám phá bất ngờ trong não người có thể khiến giới khoa học phải viết lại sách giáo khoa

Năm 1906, nhà nghiên cứu người Tây Ban Nha, ông Santiago Ramón y Cajal, đã nhận được giải thưởng Nobel nhờ khám phá tiên phong về các cấu trúc cực nhỏ của não bộ. Hình minh họa nổi tiếng của ông về các tế bào thần kinh Purkinje trong tiểu não mô tả một rừng cấu trúc nơ-ron, với nhiều nhánh lớn mọc ra từ thân tế bào và phân chia các nhánh nhỏ giống như gân lá cây.

Mặc dù những miêu tả ban đầu này cho thấy nhiều sợi nhánh phân nhánh từ thân tế bào, nhưng sự đồng thuận bấy lâu nay giữa các nhà thần kinh học trên thế giới là các tế bào Purkinje chỉ sở hữu một sợi nhánh chính duy nhất, tạo ra kết nối với một sợi leo đơn độc có nguồn gốc từ thân não. 

Phát hiện viết lại sách giáo khoa

Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học thuộc Đại học Chicago (Mỹ), được công bố trên tạp chí Science, tiết lộ rằng tất cả các tế bào Purkinje trong tiểu não người đều có nhiều nhánh chính.

Hình ảnh một tế bào Purkinje của con người trong nghiên cứu mới nhất. Ảnh: Silas Busch, Đại học Chicago, Mỹ

Các nghiên cứu sâu hơn trên chuột cho thấy khoảng 50% tế bào Purkinje của chúng cũng có cấu trúc phức tạp hơn này và trong số các tế bào này, 25% nhận đầu vào từ nhiều sợi leo kết nối với các nhánh đuôi gai sơ cấp khác nhau. Các thí nghiệm ghi lại hoạt động của tế bào ở chuột sống cũng tiết lộ rằng các nhánh chính có thể được kích hoạt độc lập, phản ứng với các kích thích khác nhau từ môi trường.

Christian Hansel, Tiến sĩ, Giáo sư Sinh học Thần kinh tại Đại học Chicago và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: "Bạn càng làm việc với một nguyên mẫu tế bào nhất định trong não, bạn càng chấp nhận nó nhiều hơn. Các tế bào Purkinje có một sợi nhánh chính kết nối với một sợi leo. Những bản vẽ của Santiago Ramón y Cajal đã có từ những năm 1900, vì vậy chúng tôi chắc chắn có đủ thời gian để chú ý đến, nhưng chỉ bây giờ với phân tích định lượng này, chúng tôi mới thấy rằng hầu như các tế bào thần kinh của con người đều có nhiều đuôi gai đầy đủ và có thể thấy rằng nó cũng tạo ra sự khác biệt về chất".

Tiểu não (từ tiếng Latinh, nghĩa là "bộ não nhỏ") nằm ở đáy hộp sọ, ngay phía trên nơi nối với tủy sống. Kể từ khi bác sĩ người Pháp Jean Pierre Flourens lần đầu tiên mô tả chức năng của tiểu não vào năm 1824, các nhà khoa học tin rằng công việc duy nhất của nó là điều phối chuyển động và hoạt động cơ bắp, nhưng những tiến bộ trong công nghệ ngày nay đã chỉ ra rằng tiểu não cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc xử lý thông tin đầu vào về các hoạt động bên trong cơ thể và bên ngoài môi trường, bao gồm cả cảm giác về quyền sở hữu và sự cân bằng.

Các tế bào Purkinje tiểu não giống như những chiếc ăng-ten lớn nhận hàng nghìn đầu vào truyền tải một loạt thông tin theo ngữ cảnh từ phần còn lại của cơ thể. Những tín hiệu này sau đó được tích hợp với tín hiệu lỗi dự đoán, cho thấy sự không phù hợp giữa bối cảnh và kỳ vọng của bộ não. Tín hiệu lỗi này được cung cấp bởi các sợi thần kinh leo lên từ thân não và kết nối với các cấu trúc đuôi gai Purkinje mục tiêu của chúng. Những dây thần kinh này được gọi là "sợi leo".

Hiểu biết tiêu chuẩn về các kết nối này là mỗi tế bào Purkinje có một sợi nhánh chính phân nhánh từ thân tế bào và kết nối với một sợi leo, tạo thành một đơn vị tính toán duy nhất. Niềm tin vào mối quan hệ một đối một này giữa các sợi leo và tế bào Purkinje - có thể tìm thấy trong mọi sách giáo khoa khoa học thần kinh - phần lớn đến từ các nghiên cứu về loài gặm nhấm, chủ yếu có cấu hình sợi nhánh đơn.

Tế bào Purkinje ở chuột. Mặc dù 50% tế bào Purkinje của chuột có một sợi nhánh chính, nửa còn lại có nhiều sợi nhánh giống như tế bào tương tư ở người. Ảnh: Silas Busch, Đại học Chicago, Mỹ.

Vì vậy đối với nghiên cứu mới này, Silas Busch, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Tiến sĩ, Giáo sư Christian Hansel, đã bắt đầu bằng cách xem xét hàng nghìn tế bào của cả người và mô chuột. 

Nhóm phát hiện hơn 95% tế bào Purkinje của con người có nhiều sợi nhánh sơ cấp, trong khi ở chuột con số này gần bằng một nửa.

Các tế bào Purkinje là tế bào thần kinh nằm trong tiểu não. Tế bào này đóng vai trò cơ bản trong việc kiểm soát chuyển động của động cơ. Tế bào Purkinje lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1837 bởi nhà sinh lý học người Séc Jan Evangelista Purkinje. Việc mất hoặc hư hại các tế bào Purkinje có thể làm phát sinh một số bệnh thần kinh, Britannica thông tin.