Các nhà khoa học thần kinh quan tâm đến cách thức hoạt động của bộ não, tập trung một cách tự nhiên vào tế bào thần kinh, những tế bào có thể truyền tải các yếu tố cảm giác và suy nghĩ với nhau thông qua các xung điện. Nhưng cũng đáng nghiên cứu không kém là một chất nằm giữa chúng - một lớp phủ nhớt bên ngoài các tế bào thần kinh này. Gần tương đương với sụn ở mũi và khớp của chúng ta, thứ này bám vào một số tế bào thần kinh của chúng ta như lưới đánh cá, tạo cảm hứng cho cái tên lưới quanh dây thần kinh (PNNs). Chúng bao gồm các chuỗi phân tử đường dài gắn vào một giàn protein và giữ các tế bào thần kinh tại chỗ, ngăn chúng nảy mầm và tạo ra các kết nối mới.
Với khả năng này, lớp phủ thần kinh ít được biết đến này sẽ cung cấp câu trả lời cho một số câu hỏi khó hiểu nhất về não: Tại sao não trẻ tiếp thu thông tin mới dễ dàng như vậy? Tại sao những ký ức sợ hãi đi kèm với chứng rối loạn căng thẳng sau chấn thương (PTSD) lại khó quên đến vậy? Tại sao việc cai rượu sau khi nghiện rượu lại khó đến vậy? Và theo nghiên cứu mới từ nhà thần kinh học Arkady Khoutorsky và các đồng nghiệp của ông tại Đại học McGill, giờ đây chúng ta biết rằng PNN cũng giải thích tại sao cơn đau có thể phát triển và tồn tại rất lâu sau khi bị chấn thương dây thần kinh.
Độ dẻo của thần kinh là khả năng mạng lưới thần kinh thay đổi để đáp ứng với những trải nghiệm trong cuộc sống hoặc tự sửa chữa sau chấn thương não. Những cơ hội để thay đổi dễ dàng như vậy được gọi là những giai đoạn quan trọng khi chúng xuất hiện sớm trong đời. Hãy xem trẻ sơ sinh tiếp thu ngôn ngữ dễ dàng như thế nào nhưng học ngoại ngữ khi trưởng thành lại khó đến mức nào. Theo một cách nào đó, đây chính là điều chúng ta mong muốn: Sau khi các mạng lưới thần kinh phức tạp cho phép chúng ta hiểu ngôn ngữ mẹ đẻ của mình được hình thành, điều quan trọng là chúng ta phải khóa chúng lại để mạng lưới này tương đối không bị xáo trộn trong suốt quãng đời còn lại của chúng ta.
Điều này có nghĩa là sau một giai đoạn quan trọng, mạng lưới thần kinh trở nên chống lại sự thay đổi và PNN là lý do chính tại sao. Chúng hình thành trên các tế bào thần kinh và khóa mạng lưới thần kinh tại chỗ vào cuối giai đoạn quan trọng. Điều này xảy ra thường xuyên nhất ở độ tuổi từ 2 đến 8, nhưng PNN cũng hình thành trên các tế bào thần kinh ở tuổi trưởng thành liên quan đến các hành vi khó phá vỡ hoặc trong quá trình hình thành ký ức dài hạn. Nếu chúng ta có thể trì hoãn việc đóng lại các giai đoạn quan trọng hoặc bằng cách nào đó mở lại chúng sau này trong cuộc sống, thì điều này sẽ khôi phục lại tính linh hoạt thần kinh của tuổi trẻ, thúc đẩy quá trình phục hồi sau chấn thương và xóa bỏ các chứng rối loạn thần kinh khó có khả năng chống lại sự thay đổi.
Nghiên cứu gần đây cho thấy điều này thực sự có thể được thực hiện chỉ bằng cách thao tác PNN. Ví dụ, việc giữ một con vật trong bóng tối hoàn toàn sẽ làm chậm sự phát triển của PNN trên các tế bào thần kinh thị giác, mở ra thời kỳ quan trọng để độ dẻo thần kinh khắc phục các vấn đề về thị lực lâu hơn. Các tác nhân hóa học và thao tác di truyền cũng có thể làm suy giảm PNN và mở lại các giai đoạn quan trọng, và các nhà nghiên cứu đã làm điều này để khiến chuột quên đi những ký ức khiến chúng bị PTSD (trong trường hợp của chúng là ký ức về một cú điện giật ngay sau khi chúng nghe thấy một âm thanh).
Cũng có thể kích thích sự phát triển của PNN. Điều này xảy ra khi ai đó uống rượu quá mức, dẫn đến việc hình thành những mạng lưới này trên các tế bào thần kinh liên quan đến chứng nghiện. Lớp phủ này được cho là có tác dụng bảo vệ tế bào thần kinh khỏi độc tính hóa học của rượu, nhưng nó cũng khóa quá trình suy nghĩ gây ra cảm giác thèm uống quá mức.
Trong khi các nhà khoa học thần kinh đã tìm hiểu về những khía cạnh này của PNN trong vài thập kỷ qua, thì ảnh hưởng của PNN đối với cơn đau mãn tính là một khám phá bất ngờ gần đây. Công trình này, giúp mở rộng hơn nữa ảnh hưởng của lưới ngoài những giai đoạn quan trọng, không chỉ cải thiện hiểu biết của chúng ta về khoa học cơ bản về nỗi đau mà còn cho chúng ta bức tranh rõ hơn về chính PNN.
Cơn đau mãn tính, kéo dài sau một chấn thương, phản ánh sự thay đổi trong mạch thần kinh khó có thể khắc phục được. Khi có điều gì đó đau đớn, toàn bộ cơ thể chúng ta đều tham gia. Các tế bào thần kinh chuyên biệt về đau khắp cơ thể truyền các xung thần kinh vào tủy sống, nơi chúng được chuyển tiếp đến não. Điều này có nghĩa là tủy sống đóng vai trò chính trong cảm giác đau của chúng ta; quả thực, các bác sĩ thường kiểm soát cơn đau khi sinh nở bằng cách gây tê ngoài màng cứng, bao gồm việc tiêm thuốc gây mê vào không gian xung quanh tủy sống thắt lưng, ngăn chặn các xung thần kinh đến não.
Bây giờ hãy tưởng tượng nếu thay vì ức chế sự dẫn truyền thần kinh vào thời điểm này, một chấn thương dây thần kinh lại khiến những tế bào thần kinh đó trở nên quá nhạy cảm. Ngay cả một cái chạm nhẹ vào vùng bị ảnh hưởng cũng sẽ tạo ra một loạt các xung thần kinh truyền lên tủy sống, gây ra cơn đau dữ dội. Nghiên cứu trước đây đã xác định được một số cơ chế có thể gây ra tình trạng quá mẫn như vậy, nhưng không ai mong đợi PNN có liên quan.
Tuy nhiên, một vài năm trước, Khoutorsky đã thấy một bài báo báo cáo rằng PNN đang bao phủ một số tế bào thần kinh nhỏ nhất định trong vùng não nơi truyền thông tin về cơn đau. Những “tế bào thần kinh trung gian ức chế” này hình thành các khớp thần kinh trên các tế bào thần kinh đau, ngăn chặn khả năng truyền tín hiệu đau của chúng. Khoutorsky tự hỏi liệu PNNs có thể làm điều gì đó tương tự ở điểm chuyển tiếp cơn đau nghiêm trọng bên trong tủy sống hay không, và ông đã yêu cầu nghiên cứu sinh Shannon Tansley của mình xem xét vấn đề đó. “Vào thời điểm đó không có gì được biết đến,” Khoutorsky nói.
Tansley thực sự đã phát hiện ra rằng PNN đang bao bọc một số tế bào thần kinh nhất định trong tủy sống, nơi nó truyền tín hiệu đau đến não. Các tế bào thần kinh có các sợi trục dài (“đuôi” gửi tín hiệu đến tế bào tiếp theo trong hàng) hướng tủy sống lên não. Chúng cũng có một tập hợp các tế bào thần kinh nội tạng ức chế được gắn vào chúng thông qua các lỗ nhỏ trên PNN, và các tế bào thần kinh ức chế có thể ngăn chặn hoạt động của các tế bào thần kinh phóng chiếu dài, làm giảm tín hiệu đến não và làm giảm cảm giác đau. Tansley ngạc nhiên phát hiện ra rằng chỉ những tế bào thần kinh ức chế này ở điểm chuyển tiếp tủy sống mới được phủ PNNs.
Phát hiện này đã truyền cảm hứng cho nhóm của Khoutorsky thực hiện các thí nghiệm trên chuột trong phòng thí nghiệm để xác định xem những chiếc lưới này có liên quan đến chứng đau mãn tính sau chấn thương dây thần kinh ngoại biên hay không. Họ cắt các nhánh dây thần kinh ở chân sau của một con chuột, được gọi là dây thần kinh tọa, trong khi nó đang được gây mê toàn thân. Điều này bắt chước chấn thương đau thần kinh tọa ở người, được biết là gây ra cơn đau dai dẳng. Vài ngày sau, nhóm của Khoutorsky đo ngưỡng chịu đau của chuột bằng các bài kiểm tra không gây hại, chẳng hạn như tính toán tốc độ nó lùi lại khỏi bề mặt ấm lên. Đúng như dự đoán, nhóm nghiên cứu đã thấy con chuột biểu hiện độ nhạy cảm với cơn đau tăng mạnh – nhưng họ cũng nhận thấy rằng PNN xung quanh các tế bào thần kinh phóng chiếu đã tan biến. Giống như những thay đổi của não trong những giai đoạn quan trọng ảnh hưởng đến PNN, những thay đổi đột ngột sau chấn thương dây thần kinh ở chuột đã làm thay đổi PNN trong mạch gây đau của tủy sống.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tìm ra nguyên nhân gây ra sự phá hủy của lưới: microglia, tế bào não và tủy sống bắt đầu quá trình sửa chữa sau khi bị bệnh và chấn thương. Để kiểm tra mối liên hệ giữa microglia và cơn đau, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trên những con chuột hầu như không có microglia (có thể thực hiện được bằng kỹ thuật di truyền) và thực hiện thao tác tương tự. Ở những con chuột này, PNNs vẫn còn nguyên sau phẫu thuật dây thần kinh tọa và đáng chú ý là những con chuột này không trở nên quá nhạy cảm với các kích thích đau đớn. Để xác nhận mối liên hệ, nhóm nghiên cứu đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để làm tan lưới, điều này làm tăng độ nhạy cảm với cơn đau của chuột.
Điều này chứng tỏ rằng PNNs trực tiếp ức chế độ nhạy cảm với cơn đau. Bằng cách đo sự truyền dẫn qua khớp thần kinh bằng các điện cực, nhóm của Khoutorsky thậm chí còn tìm ra cách thức hoạt động của nó. Việc phân hủy PNN gây ra phản ứng dây chuyền dẫn đến tăng tín hiệu từ các tế bào thần kinh phóng tín hiệu đau đến não: Khi microglia phản ứng với tổn thương dây thần kinh làm phân hủy PNN, điều này làm suy yếu ảnh hưởng của các tế bào thần kinh ức chế thường làm giảm hoạt động kích thích của PNN. các tế bào thần kinh chiếu xạ của não. Mất phanh ức chế đồng nghĩa với việc dây thần kinh bị kích thích và cơn đau dữ dội.
Microglia giải phóng nhiều chất khiến tế bào thần kinh đau trở nên quá nhạy cảm sau chấn thương dây thần kinh, nhưng tác dụng bất ngờ của chúng đối với PNN có một ưu điểm lớn: tính đặc hiệu. Khoutorsky cho biết: “Thông thường, những gì lưới quanh dây thần kinh làm là khóa độ dẻo và cũng bảo vệ các tế bào”. “Vậy tại sao những mạng lưới này chỉ bao quanh các tế bào thần kinh chuyển tiếp cơn đau này mà không bao quanh các loại tế bào khác [gần đó]?” Ông nghi ngờ rằng chính vì điểm chuyển tiếp cơn đau này trong tủy sống rất quan trọng nên các tế bào thần kinh này và các kết nối của chúng cần được bảo vệ thêm để khả năng kiểm soát truyền cơn đau của chúng mạnh mẽ và đáng tin cậy. Chỉ có điều gì đó nghiêm trọng như chấn thương thần kinh mới có thể phá vỡ sự ổn định đó.
Khoutorsky cho biết: “Cái hay của cơ chế này là nó có tính chọn lọc đối với các loại tế bào cụ thể”. Các chất microglia giải phóng để tăng hoạt động thần kinh và gây đau sau chấn thương thần kinh ảnh hưởng đến tất cả các loại tế bào trong vùng lân cận, nhưng PNN chỉ bao bọc những tế bào thần kinh này một cách chính xác tại điểm chuyển tiếp quan trọng trong tủy sống.
Nghiên cứu đang được tiến hành để hiểu rõ hơn về cơ chế đau mãn tính mới này. Nếu các nhà nghiên cứu có thể phát triển các phương pháp để xây dựng lại PNN trên các tế bào thần kinh này sau chấn thương, thì nó có thể cung cấp một phương pháp điều trị mới cho cơn đau mãn tính – một nhu cầu cấp thiết, vì thuốc phiện, giải pháp hiện tại, sẽ mất tác dụng theo thời gian và có thể gây nghiện hoặc dẫn đến tử vong. quá liều.
Những gì diễn ra bên trong tế bào thần kinh thật thú vị và quan trọng để hiểu, nhưng mạng lưới thần kinh được hình thành bởi các tế bào thần kinh riêng lẻ liên kết với nhau, và ở đây, chất xi măng sụn bị bỏ quên trong không gian giữa chúng mới là điều quan trọng.
