Hay nói đúng hơn, ngôi sao não chuột lại phẳng còn não người xa lại nhăn? Điều gì tạo ra các nếp gấp nhăn đó và nó có tư tưởnga gì?
Một nghiên cứu cho thấy cơ sở khiến bộ não của chúng ta có hình thù giống quả óc chó nhăn nheo có tính do sự chuyển đến sinh nhanh chóng của phần não ngoài của não – chính là chất xám – và sự chuyển đến sinh này lại bị hạn chế bởi chất trắng.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng mô hình riêng biệt của các đường gờ và chỗ nứt trên bề mặt phức tạp của não, được gọi là gyri và sulci, lệ thuộc vào hai tham biến hình học đơn giản: nhịp độ phát sinh của chất xám và độ dày của nó. Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, sự chuyển đến sinh của các vết nhăn trong não có thể mô phỏng trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng gel hai lớp.
Hình ảnh não chuột [bên trái] và não người.
Các nhà nghiên cứu chú ý rằng hợp tác những ràng buộc vật lý này, gene cũng có vai trò quyết định dạng dạng của não, bởi vì chúng điều chỉnh cách đơn vị thần kinh sinh đẻ và di chuyển đến đích của chúng.
Tất cả các loài động vật có vú đều có sự xếp lớp giống nhau ở lớp ngoài của não – chính là vỏ não – nhưng chỉ những động vật có vú lớn hơn mới có vỏ bọc não gập lại. Ví dụ, bộ não chuột có bề mặt nhẵn, trong khi bộ não lớn hơn đáng kể như của người, có hàng chục gyri và sulci. Bề mặt não não thân thể gập lại vì thế diện tích thực tế của nó lớn hơn – nghĩa là sức mạnh xử lý thông tin lớn hơn, nhưng không hoàn toàn rõ ràng những yếu tố nào quyết định dạng dạng biểu tượng của gyri và sulci trong não người.
Biết được cách thức bộ não phát sinh thành hình thù dích dắc có thể giúp các nhà bác học biện hộ rõ hơn những gì xảy ra ở những người mắc các bệnh bẩm sinh như polymicrogyria [một trạng thái đặc trưng bởi số lượng nếp gấp thừa thãi], pachygyria [trạng thái não có các nếp gấp dày bất thường] và lissencephalia [một trạng thái não không có nếp gấp].
Trong ngành lịch sử, đã có ba suy nghĩ rộng rãi về cách gyri và sulci phát sinh. Một ý kiến cho rằng một số khu vực của vỏ não chỉ đơn giản là phát sinh lớn hơn và vượt lên trên các khu vực khác, tạo ra gyri. Một suy nghĩ khác cho rằng các nhóm đơn vị thần kinh có liên thắt chặt chẽ với nhau trong vỏ não được kéo gần nhau về mặt cơ học. Tuy nhiên, bằng chứng cho thấy cả hai ý kiến này đều không đúng.
Các nhà nghiên cứu cho biết ý kiến thứ ba là chất xám phát sinh lớn hơn chất trắng, dẫn đến sự “vênh” và tạo cho vỏ não có hình thù kiểu nếp gấp, hay chúng ta thường đùa là “não nhăn”.
Các nhà nghiên cứu cho biết, những nỗ lực ở trước nhằm mô hình hóa sự thiếu hụt này đã thất bại. Trong các nghiên cứu trước đây, các nhà nghiên cứu cho rằng chất xám là một lớp mỏng và cứng phát sinh trên lớp nền dày và mềm của chất trắng, nhưng giả thiết này tạo ra các vết nhăn không giống như các vết nhăn trong não người thật.
Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu thức giả định chất xám và chất trắng có độ rắn giống nhau, nhưng nhịp độ phát sinh khác nhau. Sử dụng các mô phỏng toán học, họ đã chỉ ra rằng tùy thuộc vào độ lớn của não, mô hình của họ tạo ra các hình thù bề mặt não khác nhau. Ví dụ, đối với một bộ não nhỏ có đường kính dưới nửa inch, bề mặt não được tiên lượng là nhẵn. Những bộ não đo được trung bình được tiên lượng là có một số sulci trong chất xám, và những bộ não lớn hơn lại có rất nhiều dích dắc.
Các nhà bác học cũng tái sinh hiện tượng dích dắc của não bằng cách sử dụng vật liệu gel trương nở hai lớp, và chỉ ra rằng chỉ khi cả hai lớp có độ mềm tương tự nhau thì các nếp gấp thu được mới trông giống với gyri và sulci của não người.
Các nhà nghiên cứu chú ý mặc dù mô hình của họ đúng đối với lý thuyết gyri và sulci cơ bản, nhưng vẫn không thể biện hộ các đường nét phức tạp hơn của não – ví dụ, rãnh sâu ngăn cách hai nửa trái đất và các đường rãnh lớn khác xác định các thùy chính của não.
Cập nhật: 29/10/2020
Hình ảnh bộ não con người với nhiều nếp nhăn đã là điều mà ai cũng biết. Nhưng đâu là lý do tạo ra những nếp nhăn ấy?
Lisa Ronan, nghiên cứu viên thuộc khoa Tâm thần học tại Đại học Cambridge, Anh cho biết: "Vỏ não, cấu trúc nằm ở ngoài và bao bọc não bộ, cũng chính là phần chất xám của chúng ta, đã giãn nở và tạo nên những nếp nhăn của não từ trong giai đoạn thai nhi nằm trong tử cung của người mẹ."
Bà cho biết, về bản chất, sự giãn nở này làm gia tăng áp lực bề mặt bên ngoài. Và sau đó, áp lực được giảm chính bằng cách gấp nếp và cuộn lại thành những nếp nhăn.
Điều này giống như khi bạn đẩy hai đầu của một miếng cao su lại, một số điểm trên bề mặt sẽ uốn cong để đáp ứng với áp lực bạn tạo ra. Hoặc, nếu bạn quan tâm đến lĩnh vực địa chất, hãy tưởng tượng như hai mảng kiến tạo đâm vào nhau: Áp lực trong vụ va chạm lớn đến mức tạo ra một nếp gấp địa chất trên bề mặt 2 mảng kiến tạo đó.
Bà Ronan cho biết, những nếp gấp dày đặc này làm tăng số lượng nơron thần kinh mà bộ não loài người có thể chứa đựng được, làm tăng khả năng nhận thức của con người.
Tuy nhiên, hiện tượng nếp nhăn não không mấy phổ biến trong giới động vật. Trong quá trình phát triển, vỏ não của chuột không giãn nở đủ để tạo áp lực gây các nếp gấp của não. Vì thế não của loài này trơn nhẵn không hề có nếp gấp.
Bà Ronan cho rằng, nếp nhăn của não bộ có xu hướng phát triển ở các loài có bộ não lớn. Nhưng điều này cũng không hoàn toàn đúng, khi các nhà nghiên cứu phát hiện thấy, ở lợn cái mặc dù bộ não khá lớn nhưng lại có rất ít nếp gấp so với dự đoán của họ.
Bà cho biết sự hình thành nếp gấp không chỉ phụ thuộc vào sự tăng trưởng tổng thể của vỏ não, mà còn phụ thuộc vào tính chất vật lý của phần vỏ não đó. Ví dụ, các vùng mỏng hơn có xu hướng gấp dễ dàng hơn.
Nhưng điều thú vị ở đây là bộ não của loài người không hề gấp một cách ngẫu nhiên mà có một mô hình cụ thể đại diện cho loài. Bà Ronan nói: “Mặc dù những nếp gấp gồ ghề đó nhìn có vẻ là rất ngẫu nhiên, nhưng chúng thực sự có tính nhất quán giữa các loài. Mọi nếp gấp đều có ý nghĩa riêng. Các đặc tính vật lý và những nếp gấp này đều liên quan đến chức năng thần kinh của nó."
Rõ ràng, kích thước não và số lượng nếp nhăn không quyết định sự tiến hóa của động vật. Voi là loài có bộ não lớn và số lượng nếp nhăn nhiều hơn người rất nhiều nhưng loài người lại tiến hóa vượt bậc. Ở đây có sự quyết định lớn của chức năng vỏ não.
Nguồn: Livescience
| Bộ não 3D bằng gel do các nhà khoa học tạo ra để nghiên cứu [Nguồn: Harvard] |
Bộ não người chứa rất nhiều nếp nhăn [còn gọi là nếp gấp], chúng uốn cong vào trong và ra ngoài, tạo thành một cấu trúc phức tạp. Những nếp gấp này làm tăng thể tích bộ não loài người lên rất nhiều, và làm giảm khoảng cách giữa các tế bào thần kinh và mạch truyền thông tin trong não, do đó con người có khả năng suy nghĩ, tư duy và xử lý thông tin rất nhanh.
Nhưng từ trước đến nay, các nếp nhăn này được tạo ra như thế nào vẫn chưa được giải thích thấu đáo.
Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình bộ não 3D và phát hiện ra rằng các lực vật lý đơn giản đã làm cho bộ não tự uốn vào trong, tạo ra những nếp nhăn.
Công trình nghiên cứu của nhóm do giáo sư Jun Young Chung của trường Đại học Harvard [Mỹ] chủ trì vừa được công bố tuần này trên tạp chí Nature Physics.
Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã tạo ra mô hình 3D bộ não của một bào thai đang phát triển, nghĩa là bộ não còn trơn tru, chưa có các nếp nhăn. Mô hình này bao gồm hai lớp gel: một lớp bên trong để mô phỏng chất trắng ở trong não, và một lớp gel đàn hồi bên ngoài để mô phỏng chất xám của vỏ não bên ngoài. Hai lớp này mô phỏng sự phát triển của bộ não. Sau khi cho mô hình hoạt động trong môi trường 3D trên máy tính, bộ não này đã nhanh chóng hình thành những nếp gấp đặc trưng, giống như điều các nhà nghiên cứu đã dự kiến. Trong quá trình các lớp gel giãn nở rộng, chúng đã tạo ra các lực nén, ép lớp ở bên ngoài uốn cong lại.
Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng mô hình trên máy tính mô tả bộ não đang hoạt động.
Khi vỏ não [lớp bên ngoài của não] bắt đầu giãn nở rộng, nó phải chịu áp lực đáng kể. Áp lực này làm cho bộ não trở nên không ổn định và bắt buộc lớp bên ngoài phải uốn, gập lại và tạo ra các nếp nhăn.
Theo các nhà nghiên cứu nói, phát hiện này sẽ giúp con người hiểu rõ hơn không những về sự phát triển của não, mà còn hiểu cả cách não có thể phát triển không đúng cách, dẫn đến một số loại rối loạn não.
"Bộ não của mỗi con người không hoàn toàn giống nhau, nhưng bộ não tất cả chúng ta đều có những nếp nhăn chủ yếu, để có được cơ thể khỏe mạnh" - giáo sư Jun Young Chung nói. "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng nếu một phần của bộ não không phát triển đúng cách, hoặc nếu khối hình cầu của não bị phá vỡ, người ta có thể sẽ không có những nếp gấp lớn ở đúng chỗ, từ đó có thể gây ra rối loạn chức năng trong não" - ông cho biết.