Điều khiển hành vi bằng cách thao túng tế bào thần kinh

Thân não hay cuống não (brainstem) là phần não nối liền tiểu não với tủy sống, tuy kích thước nhỏ nhưng đảm nhận nhiều chức năng quan trọng liên quan đến ý thức, vận động, cảm giác, phản xạ.

"Thật đáng kinh ngạc khi việc thao túng các phân nhóm tế bào thần kinh cụ thể trong nhân raphe giữa có thể điều chỉnh một số hành vi mang tính chiến lược nhất định," Roger Marek - nhà thần kinh học tại Viện Não Queensland, Brisbane, Australia, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết.

Việc những hành vi chiến lược có được kiểm soát theo cùng một cách ở con người hay không còn cần được xác nhận thêm, nhưng nếu có, điều này có thể liên quan đến một số rối loạn tâm thần kinh có liên quan đến sự mất cân bằng trong ba chiến lược hành vi nói trên ở người, Sonja Hofer - đồng tác giả nghiên cứu và nhà thần kinh học hệ thống tại UCL, cho biết.

Ví dụ, một động lực cao quá mức đối với việc duy trì những hành động quen thuộc và hành vi lặp đi lặp lại có thể được quan sát ở những người mắc rối loạn ám ảnh cưỡng chế và tự kỷ, bà cho biết. Ngược lại, sự thiếu động lực có tính bệnh lý là triệu chứng của rối loạn trầm cảm; trong khi một động lực quá mức đối với việc khám phá cái mới và thiếu kiên trì theo đuổi một nhiệm vụ được quan sát thấy ở tình trạng rối loạn tăng động giảm chú ý (ADHD).

"Có thể sự thay đổi trong tần suất hoạt động của các loại tế bào cụ thể trong nhân raphe giữa góp phần vào một số khía cạnh của các tình trạng này," Hofer nói.

Các nhà nghiên cứu đã chỉnh sửa gen của ba loại tế bào thần kinh có chức năng giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh GABA, glutamate và serotonin) trong nhân raphe giữa của chuột để cho hoạt động của chúng có thể được điều khiển bằng ánh sáng. Sau đó, chuột được đặt vào một chiếc hộp với 20 vật thể mà chúng chưa bao giờ thấy trước đó.

Một nhóm chuột đối chứng (không bị điều khiển hoạt động của các tế bào thần kinh) dành thời gian gần như bằng nhau cho mỗi trong ba chiến lược hành vi: duy trì tương tác với một vật thể duy nhất bằng cách cầm, mang hoặc cắn nó; khám phá các lựa chọn của chúng bằng cách tương tác với nhiều vật thể trong một khoảng thời gian ngắn; hoặc bỏ qua các vật thể và không tương tác.

Khi các nhà nghiên cứu ức chế các tế bào thần kinh có chức nănggiải phóng GABA (còn gọi là GABAergic), chuột duy trì tương tác lâu hơn với các vật thể riêng lẻ và ít chuyển đổi giữa các vật thể hơn so với chuột đối chứng.

Để so sánh, khi các tế bào thần kinh giải phóng glutamate (hay glutamatergic) được kích hoạt, dù chỉ trong hai giây, chuột đã dành nhiều thời gian hơn để nhảy từ hết vật thể này sang vật thể khác, cho thấy sự tăng cường khám phá.

Ngay cả việc ức chế ngắn hạn các tế bào thần kinh có chức năng giải phóng serotonin (hay serotonergic) cũng khiến chuột dành nhiều thời gian hơn trong trạng thái không tương tác.

Các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy những hiệu ứng thay đổi hành vi tương tự trong một thiết kế thí nghiệm khác, trong đó chuột được huấn luyện để mong đợi phần thưởng thức ăn ở một vị trí nhất định trong mê cung hình chữ T. "Khi chúng tôi ức chế các tế bào thần kinh GABAergic, các con vật kiên trì hơn với lựa chọn hiện tại hoặc lựa chọn quen thuộc, ngay cả khi lựa chọn này không còn mang lại phần thưởng nữa," Hofer nói. "Khi kích hoạt các tế bào thần kinh glutamatergic, con vật chuyển sang các lựa chọn khác. Và khi ức chế các tế bào thần kinh serotonergic, các con vật từ bỏ nhiệm vụ."

Nhân raphe giữa không thường hoạt động một mình; nó nhận thông tin từ vỏ não trước, một vùng não có vai trò trong việc cân nhắc cái được-mấtcủa các quyết định.

Các lựa chọn hành vi cũng bị ảnh hưởng bởi các vùng khác của thân não cũng như các chất dẫn truyền thần kinh dopamine và noradrenaline, Walton cho biết. "Một câu hỏi mở quan trọng là khi nào và bằng cách nào các chất dẫn truyền thần kinh hóa học này sắp xếp các ưu tiên về hành vi, đặc biệt là trong các khoảng thời gian dài."

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature.