Một số kỷ niệm tồn tại suốt đời. Sự kinh ngạc khi nhìn thấy nhật thực toàn phần. Nụ cười đầu tiên bạn chia sẻ với đối tác của mình. Hình ảnh thoáng qua của một con vật cưng yêu quý vừa qua đời trong giấc ngủ.

Những kỷ niệm khác, không nhiều lắm. Rất ít người trong chúng ta nhớ mình đã ăn gì vào bữa trưa cách đây một tuần. Tại sao một số ký ức lại tồn tại trong khi những ký ức khác lại phai nhạt?

Điều đáng ngạc nhiên là câu trả lời có thể là DNA bị đứt và tình trạng viêm trong não. Nhìn bề ngoài, những quá trình này nghe có vẻ hoàn toàn bất lợi cho chức năng não. Các chuỗi DNA bị hỏng thường liên quan đến ung thư và tình trạng viêm có liên quan đến lão hóa.

Nhưng một nghiên cứu mới ở chuột cho thấy việc phá vỡ và sửa chữa DNA trong tế bào thần kinh sẽ mở đường cho những ký ức lâu dài.

Chúng ta hình thành ký ức khi các tín hiệu điện truyền qua các tế bào thần kinh ở vùng hải mã, vùng hình cá ngựa nằm sâu bên trong não. Các xung điện nối các nhóm tế bào thần kinh lại với nhau thành mạng mã hóa ký ức. Các tín hiệu chỉ ghi lại những đoạn ngắn của trải nghiệm quý giá, tuy nhiên một số tín hiệu có thể được phát đi phát lại trong nhiều thập kỷ (mặc dù chúng dần dần phân hủy như một bản ghi bị hỏng).

Giống như mạng lưới thần kinh nhân tạo, thứ cung cấp năng lượng cho hầu hết AI ngày nay, các nhà khoa học từ lâu đã nghĩ rằng việc thiết lập lại các kết nối của não diễn ra nhanh chóng và dễ bị thay đổi. Nhưng nghiên cứu mới đã tìm thấy một tập hợp tế bào thần kinh thay đổi kết nối của chúng để mã hóa những ký ức lâu dài.

Để làm được điều này, điều kỳ lạ là các tế bào thần kinh sử dụng các protein thường chống lại vi khuẩn và gây viêm.

“Viêm tế bào thần kinh não thường được coi là một điều xấu, vì nó có thể dẫn đến các vấn đề về thần kinh như bệnh Alzheimer và Parkinson,” nói tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ Jelena Radulovic tại Đại học Y khoa Albert Einstein trong một thông cáo báo chí. “Nhưng những phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng tình trạng viêm ở một số tế bào thần kinh ở vùng đồi thị của não là điều cần thiết để tạo ra những ký ức lâu dài.”

Tôi nên ở lại hay nên đi?

Tất cả chúng ta đều có một cuốn sổ lưu niệm trong tâm trí về cuộc đời mình. Khi chơi một ký ức—khi nào, ở đâu, ai và cái gì—tâm trí của chúng ta đưa chúng ta xuyên thời gian để sống lại trải nghiệm.

Hồi hải mã là trung tâm của khả năng này. Vào những năm 1950, một người đàn ông tên là HM đã phải cắt bỏ hồi hải mã để điều trị chứng động kinh. Sau cuộc phẫu thuật, anh vẫn giữ được ký ức cũ nhưng không thể hình thành ký ức mới nữa, điều này cho thấy vùng não là điểm nóng mã hóa ký ức.

Nhưng DNA có liên quan gì đến vùng hải mã hoặc trí nhớ?

Nó phụ thuộc vào cách các tế bào não được kết nối. Các tế bào thần kinh kết nối với nhau thông qua những va chạm nhỏ gọi là khớp thần kinh. Giống như bến cảng giữa hai bờ đối diện, các khớp thần kinh bơm ra các chất hóa học để truyền thông điệp từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh khác. Tùy thuộc vào tín hiệu, các khớp thần kinh có thể hình thành một kết nối mạnh mẽ với các tế bào thần kinh lân cận hoặc chúng có thể ngừng liên lạc.

Khả năng điều chỉnh lại bộ não này được gọi là độ dẻo của khớp thần kinh. Các nhà khoa học từ lâu đã cho rằng đó là nền tảng của trí nhớ. Khi học một điều gì đó mới, các tín hiệu điện chạy qua các tế bào thần kinh sẽ kích hoạt một loạt các phân tử. Chúng kích thích các gen tái cấu trúc khớp thần kinh để tăng cường hoặc giảm kết nối của chúng với các tế bào lân cận. Ở vùng hải mã, “mặt số” này có thể nhanh chóng thay đổi hệ thống dây thần kinh tổng thể để ghi lại những ký ức mới.

Độ dẻo của khớp thần kinh phải trả giá. Các khớp thần kinh được tạo thành từ một tập hợp các protein được tạo ra từ DNA bên trong tế bào. Với cách học mới, các tín hiệu điện từ tế bào thần kinh sẽ tạo ra những vết cắt tạm thời đối với DNA bên trong tế bào thần kinh.

Thiệt hại DNA không phải lúc nào cũng có hại. Nó gắn liền với việc hình thành trí nhớ từ năm 2021. Một nghiên cứu phát hiện thấy sự phá vỡ vật liệu di truyền của chúng ta lan rộng trong não và có liên quan đáng ngạc nhiên đến trí nhớ tốt hơn ở chuột. Sau khi học một nhiệm vụ, chuột có nhiều DNA bị phá vỡ hơn ở nhiều loại tế bào não, cho thấy tổn thương tạm thời có thể là một phần của quá trình học tập và trí nhớ của não.

Nhưng kết quả chỉ là những kỷ niệm ngắn ngủi. Các cơ chế tương tự có thúc đẩy những cơ chế dài hạn không?

Tiến sĩ nói: “Điều gì cho phép những trải nghiệm ngắn gọn, được mã hóa chỉ trong vài giây, được phát đi phát lại trong suốt cuộc đời vẫn còn là một bí ẩn”. Benjamin Kelvington và Ted Abel tại Viện Khoa học thần kinh Iowa, những người không tham gia vào công việc này, đã viết trong Thiên nhiên.

Món trứng tráng trí nhớ

Để tìm câu trả lời, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp tiêu chuẩn để đánh giá trí nhớ. Họ nuôi chuột trong các buồng khác nhau: Một số cảm thấy thoải mái; những người khác lại cho các sinh vật một cú điện nhỏ vào bàn chân, vừa đủ để chúng không thích môi trường sống. Những con chuột nhanh chóng học được cách thích căn phòng thoải mái hơn.

Sau đó, nhóm nghiên cứu so sánh biểu hiện gen của những con chuột có trí nhớ gần đây – khoảng 4 ngày sau cuộc thử nghiệm – với những con chuột gần một tháng sau thời gian ở lại.

Điều đáng ngạc nhiên là các gen liên quan đến tình trạng viêm lại bùng phát cùng với những gen thường liên quan đến độ dẻo của khớp thần kinh. Tìm hiểu sâu hơn, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy một loại protein có tên TLR9. Thường được biết đến như một phần trong tuyến phòng thủ đầu tiên của cơ thể chống lại vi khuẩn nguy hiểm, TLR9 tăng cường phản ứng miễn dịch của cơ thể chống lại các đoạn DNA từ vi khuẩn xâm nhập. Tuy nhiên, ở đây, gen này trở nên hoạt động mạnh mẽ trong các tế bào thần kinh bên trong vùng hải mã – đặc biệt là những tế bào có sự đứt gãy DNA dai dẳng kéo dài nhiều ngày.

Nó làm gì? Trong một thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã xóa gen mã hóa TLR9 ở vùng hải mã. Khi thử thách với bài kiểm tra buồng, những con chuột này gặp khó khăn trong việc ghi nhớ buồng “nguy hiểm” trong bài kiểm tra trí nhớ dài hạn so với những con chuột cùng lứa có gen nguyên vẹn.

Điều thú vị là nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng TLR9 có thể cảm nhận được sự đứt gãy DNA. Việc xóa gen đã ngăn cản tế bào chuột nhận ra các điểm đứt gãy DNA, không chỉ gây mất trí nhớ dài hạn mà còn gây mất ổn định hệ gen tổng thể trong tế bào thần kinh của chúng.

Kelvington và Abel viết: “Một trong những đóng góp quan trọng nhất của nghiên cứu này là cái nhìn sâu sắc về mối liên hệ giữa tổn thương DNA… và những thay đổi dai dẳng của tế bào liên quan đến trí nhớ dài hạn”.

Ký ức bí ẩn

Ký ức dài hạn vẫn tồn tại như thế nào vẫn là một bí ẩn. Phản ứng miễn dịch có thể chỉ là một khía cạnh.

Trong 2021, cùng đội phát hiện ra rằng các cấu trúc giống như mạng lưới xung quanh tế bào thần kinh rất quan trọng đối với trí nhớ dài hạn. Nghiên cứu mới xác định TLR9 là một loại protein giúp hình thành các cấu trúc này, cung cấp cơ chế phân tử giữa các thành phần não khác nhau hỗ trợ ký ức lâu dài.

Kết quả cho thấy “chúng ta đang sử dụng DNA của chính mình làm hệ thống truyền tín hiệu”, Radulovic nói với Thiên nhiên, để chúng ta có thể “lưu giữ thông tin trong một thời gian dài”.

Vẫn còn rất nhiều câu hỏi. Liệu tổn thương DNA có khiến một số tế bào thần kinh nhất định hình thành mạng lưới mã hóa bộ nhớ không? Và có lẽ cấp bách hơn, tình trạng viêm thường liên quan đến rối loạn thoái hóa thần kinh, chẳng hạn như bệnh Alzheimer. TLR9, giúp chuột ghi nhớ những khoang nguy hiểm trong nghiên cứu này, trước đây có liên quan đến việc gây ra chứng mất trí nhớ khi được biểu hiện ở microglia, tế bào miễn dịch của não.

“Làm thế nào mà ở tế bào thần kinh, việc kích hoạt TLR9 lại rất quan trọng cho việc hình thành trí nhớ, trong khi ở microglia, nó tạo ra sự thoái hóa thần kinh—phản đề của trí nhớ?” Kelvington và Abel hỏi. “Điều gì phân biệt tổn thương DNA có hại và tình trạng viêm với những gì cần thiết cho trí nhớ?”

Ảnh: Glem/Pixabay

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://singularityhub.com/2024/04/08/your-brain-breaks-its-own-dna-to-form-memories-that-can-last-a-lifetime/