Sự suy giảm oxy làm gián đoạn quá trình hình thành trí nhớ trong não như thế nào?

Khi chúng ta học được điều gì đó mới, các tế bào não (tế bào thần kinh) của chúng ta sẽ giao tiếp với nhau thông qua các tín hiệu điện và hóa học. Nếu cùng một nhóm tế bào thần kinh giao tiếp với nhau thường xuyên thì mối liên kết giữa chúng sẽ bền chặt hơn. Quá trình này giúp bộ não của chúng ta học hỏi và ghi nhớ mọi thứ và được gọi là tiềm năng lâu dài hay LTP.

Một loại LTP khác xảy ra khi não bị thiếu oxy tạm thời - aLTP dài hạn do thiếu oxy gây ra. aLTP chặn quá trình trước đó, do đó làm suy giảm khả năng học tập và trí nhớ. Do đó, một số nhà khoa học cho rằng aLTP có thể liên quan đến các vấn đề về trí nhớ trong các tình trạng như đột quỵ.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST) và các cộng tác viên của họ đã nghiên cứu chi tiết về quy trình aLTP. Họ phát hiện ra rằng việc duy trì aLTP cần có axit amin glutamate, chất này kích hoạt sản xuất oxit nitric (NO) ở cả tế bào thần kinh và mạch máu não. Quá trình này tạo thành một vòng phản hồi tích cực glutamate-NO-glutamate. Nghiên cứu của họ, được công bố trên iScience , chỉ ra rằng sự hiện diện liên tục của aLTP có thể cản trở quá trình tăng cường trí nhớ của não và giải thích tình trạng mất trí nhớ gặp ở một số bệnh nhân sau khi bị đột quỵ.

Phản ứng của não với lượng oxy thấp

Khi thiếu oxy trong não, glutamate, một chất dẫn truyền thần kinh, sẽ được giải phóng khỏi tế bào thần kinh với số lượng lớn. Lượng glutamate tăng lên này gây ra việc sản xuất NO. NO được tạo ra trong tế bào thần kinh và mạch máu não giúp tăng cường giải phóng glutamate từ tế bào thần kinh trong quá trình aLTP. Vòng lặp glutamate-NO-glutamate này vẫn tiếp tục ngay cả sau khi não nhận đủ oxy.

Tiến sĩ Han-Ying Wang, nhà nghiên cứu tại Đơn vị chức năng khớp thần kinh phân tử và tế bào trước đây tại OIST và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi muốn biết sự suy giảm oxy ảnh hưởng đến não như thế nào và những thay đổi này xảy ra như thế nào”. "Người ta biết rằng oxit nitric có liên quan đến việc giải phóng glutamate trong não khi thiếu oxy, nhưng cơ chế này vẫn chưa rõ ràng."

Trong cơn đột quỵ, khi não bị thiếu oxy, chứng mất trí nhớ - mất ký ức gần đây - có thể là một trong những triệu chứng. Việc điều tra ảnh hưởng của tình trạng thiếu oxy lên não rất quan trọng vì những lợi ích tiềm tàng về mặt y học. Tiến sĩ Patrick Stoney, nhà khoa học thuộc Đơn vị khoa học thần kinh cảm giác và hành vi của OIST và là cựu thành viên của OIST, cho biết: “Nếu chúng ta có thể tìm ra điều gì đang xảy ra ở những tế bào thần kinh đó khi chúng không có oxy, thì điều đó có thể chỉ ra hướng điều trị cho bệnh nhân đột quỵ”. Giải thích về Đơn vị chức năng khớp thần kinh tế bào và phân tử.

Các mô não của chuột được đặt trong dung dịch muối, mô phỏng môi trường tự nhiên trong não sống. Thông thường, dung dịch này được oxy hóa để đáp ứng nhu cầu oxy cao của mô não. Tuy nhiên, việc thay thế oxy bằng nitơ cho phép các nhà nghiên cứu loại bỏ oxy của tế bào trong một khoảng thời gian chính xác.

Sau đó, các mô được kiểm tra dưới kính hiển vi và các điện cực được đặt trên chúng để ghi lại hoạt động điện của từng tế bào. Các tế bào được kích thích theo cách bắt chước cách chúng được kích thích ở chuột sống.

Ngừng trí nhớ và hoạt động học tập

Các nhà khoa học phát hiện ra rằng việc duy trì aLTP đòi hỏi KHÔNG sản xuất ở cả tế bào thần kinh và mạch máu trong não. Các nhà khoa học cộng tác từ Đơn vị Hình ảnh Thần kinh Quang học của OIST cho thấy ngoài tế bào thần kinh và mạch máu, aLTP còn cần hoạt động của tế bào hình sao, một loại tế bào não khác. Tế bào hình sao kết nối và hỗ trợ giao tiếp giữa tế bào thần kinh và mạch máu.

"Việc duy trì aLTP lâu dài đòi hỏi phải tổng hợp oxit nitric liên tục. Quá trình tổng hợp NO là tự duy trì, được hỗ trợ bởi vòng NO-glutamate, nhưng việc chặn các bước phân tử để tổng hợp NO hoặc những bước kích hoạt giải phóng glutamate cuối cùng sẽ phá vỡ vòng lặp và dừng aLTP ,” Giáo sư Tomoyuki Takahashi, lãnh đạo Đơn vị chức năng khớp thần kinh phân tử và tế bào trước đây tại OIST, giải thích.

Đáng chú ý, các quy trình di động hỗ trợ aLTP được chia sẻ bởi những người liên quan đến việc học tập và tăng cường trí nhớ (LTP). Khi có aLTP, nó sẽ chiếm quyền điều khiển các hoạt động phân tử cần thiết cho LTP và việc loại bỏ aLTP có thể giải cứu các cơ chế tăng cường trí nhớ này. Điều này cho thấy aLTP kéo dài có thể cản trở sự hình thành trí nhớ, có thể giải thích tại sao một số bệnh nhân bị mất trí nhớ sau một cơn đột quỵ ngắn.

GS Takahashi nhấn mạnh rằng việc hình thành vòng phản hồi tích cực giữa glutamate và NO khi não tạm thời bị thiếu oxy là một phát hiện quan trọng. Nó giải thích aLTP kéo dài và có thể đưa ra giải pháp cho tình trạng mất trí nhớ do thiếu oxy.

Nguồn Đại học Sau đại học Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST)