Vòng đời của neuron: Một chuyến du hành vào bên trong não bộ
Mọi người sẽ phải thốt lên rằng "Trời ơi, tôi đang ở trong bộ não của chính mình".
Đã bao giờ bạn nghĩ bộ não mình thực ra chỉ là một buồng lái, trong đó, có một phi hành đoàn những người tí hon đang điều khiển cơ thể bạn đi đứng, hoạt động, tiếp nhận và xử lý mọi tín hiệu từ các giác quan. Nghe có vẻ giống Eddie Murphy trong bộ phim Meet Dave (2008).
Nhưng xét trên một khía cạnh nào đó, mỗi neuron hay tế bào thần kinh trong bộ não của bạn cũng có thể được xem như một người tí hon đang điều khiển cơ thể. Các tế bào neuron thần kinh này cũng có vòng đời của chúng, đa số đã được sinh ra cùng với bạn ngay từ trong bụng mẹ và chỉ chết đi sau khi bạn trút hơi thở cuối cùng.
Lấy ý tưởng về vòng đời của những neuron, Bảo tàng nghệ thuật tương tác ARTECHOUSE ở Washington DC đã hợp tác với nhà khoa học thần kinh John Morrison và Hiệp hội Khoa học Thần kinh Hoa Kỳ tổ chức một buổi triển lãm cho phép khách tham quan du hành vào bên trong một bộ não.
Bước vào không gian 3D có một không hai này, bạn có thể tận mắt chứng kiến hoạt động của 86 tỷ tế bào thần kinh, nhập vai vào một người tí hon đang điều khiển cơ thể và các giác quan của mình từ khi sinh ra cho tới khi chết đi.
"Nghĩ đến bộ não con người, mọi người thường chỉ nghĩ đó là một khối thạch màu vàng nặng khoảng 4 pound với những nếp nhăn và rãnh sâu. Tưởng tượng đó thật tuyệt, nhưng tôi muốn mọi người biết rằng não bộ thực sự là một tập hợp của các tế bào thần kinh sống và phối hợp làm việc với nhau".
Vì vậy, đi sâu vào bộ não con người thực chất là đi vào hoạt động của các tế bào thần kinh. Tôi muốn qua buổi triển lãm này, "mọi người sẽ phải thốt lên rằng "Trời ơi, tôi đang ở trong bộ não của chính mình"", Morrison chia sẻ.
Triển lãm Life of a Neuron tại Artechouse
Vòng đời của một neuron
Các neuron hay tế bào thần kinh là đơn vị xây dựng lên não bộ, chịu trách nhiệm tiếp nhận, xử lý và truyền tín hiệu đến và đi khỏi não bộ, tới các bộ phận còn lại trên cơ thể. Trung bình, não bộ mỗi người chúng ta chứa khoảng 86 tỷ neuron. Trong so sánh, ruồi giấm chỉ có khoảng 100.000 tế bào thần kinh, một con mèo có khoảng 250.000 và một con tinh tinh có khoảng 7 tỷ.
Một tế bào thần kinh có cấu tạo gồm 3 phần chính: thân tế bào nơi chứa nhân của nó, các sợi trục dài có trách nhiệm truyền đi tín hiệu và sợi nhánh làm nhiệm vụ nhận tín hiệu thần kinh. Tín hiệu thần kinh thực chất là các tín hiệu hóa học được truyền đi bằng các hóa chất trong não bộ, được gọi là chất dẫn truyền.
Bản thân các tế bào thần kinh cũng được chia làm 3 loại :
- Tế bào thần kinh cảm giác mang tín hiệu từ các giác quan, chẳng hạn như mắt, tai và da đến não
- Tế bào thần kinh vận động điều khiển mọi chuyển động của cơ thể, bằng cách truyền tín hiệu của não bộ tới các cơ
- Tế bào thần kinh kết nối là mọi tế bào còn lại không được phân loại là tế bào thần kinh cảm giác hay vận động. Chúng chỉ làm nhiệm vụ kết nối các neuron lại với nhau
Trong cuộc đời của mình, các tế bào thần kinh thường trải qua 4 giai đoạn chính:
1. Sinh ra
Các neuron của bạn được sinh ra ngay từ quá trình phân chia phôi trong bụng mẹ. Ban đầu, chúng xuất hiện ở các vùng não tập trung nhiều tế bào gốc thần kinh. Một số khu vực này có thể bao gồm vùng dưới đồi hải mã, vùng dưới não thất, xung quanh não thất bên và vùng dưới đồi.
Quan sát trong phòng thí nghiệm cho thấy một khi tế bào gốc thần kinh nhân lên, nó có khả năng tạo ra một tế bào gốc mới, hoặc một tế bào thần kinh tiền thân, sau sẽ được biệt hóa thành một trong 3 loại neuron. Điều này có thể giúp tế bào thần kinh được sinh ra ngay cả khi bạn đã trưởng thành, trái với quan niệm trước đây cho rằng một khi bạn đã lớn thì não bộ không thể phát triển hơn nữa.
2. Di cư
Trong trường hợp các tế bào tiền thân ban đầu phát triển thành một tế bào thần kinh, bước tiếp theo là tế bào thần kinh đó sẽ di chuyển. Các tế bào thần kinh có thể di chuyển qua não bằng cách đi theo các sợi của tế bào đệm hướng tâm hoặc bằng cách sử dụng các tín hiệu hóa học.
Chỉ khoảng một phần ba số tế bào thần kinh di chuyển thực sự đến được đích của chúng, vì một số tế bào có thể chết trong quá trình phát triển tế bào thần kinh hoặc bị lạc hướng đến vị trí mà chúng không thuộc về.
3. Biệt hóa
Giả sử khi tế bào thần kinh đã đến đích thành công, nó sẽ cần phải biệt hóa để "hòa nhập" và giao tiếp với các tế bào thần kinh xung quanh. Ví dụ, một tế bào thần kinh cảm giác sẽ phát triển khác với một tế bào thần kinh vận động.
Mặc dù sự biệt hóa chưa được các nhà khoa học giải thích đầy đủ, nhưng người ta tin rằng tế bào thần kinh hoặc sẽ phụ thuộc vào các tín hiệu phân tử từ các tế bào xung quanh để xác định kích thước và hình dạng của nó, hoặc sẽ bắt chước cấu trúc của các tế bào xung quanh.
4. Cái chết
Giai đoạn cuối cùng trong chu kỳ sống của tế bào thần kinh là cái chết. Trong số tất cả các tế bào trên cơ thể con người, tế bào thần kinh sống lâu nhất. Tuy nhiên chúng vẫn sẽ chết.
Lý tưởng nhất thì cái chết của tế bào thần kinh sẽ xảy ra cùng với cái chết của chính bạn. Nhưng trong một số trường hợp, chúng xảy ra sớm hơn. Quá nhiều tế bào thần kinh chết đi có thể ảnh hưởng đến chức năng não, gây ra các bệnh như Parkinson, Huntington và Alzheimer.
Ngoài ra, chấn thương sọ não, đột quỵ hoặc chấn thương tủy sống cũng có thể dẫn đến cái chết sớm của các tế bào thần kinh.
Tái hiện vòng đời của neuron và chuyến du hành vào bên trong não bộ
Tại ARTECHOUSE, John Morrison đã làm việc với các nghệ sĩ để có thể đưa những hình ảnh của những neuron thần kinh thật đến với công chúng. Đầu tiên, ông sử dụng các mẫu mô não được hiến tặng từ bệnh nhân. Sau khi được tiêm thuốc nhuộm huỳnh quang, Morrison và các đồng nghiệp đã soi chúng dưới một kính hiển vi có độ phân giải cao.
Ảnh của chúng được chụp lại trong quá trình này cung cấp một cái nhìn 2D phía bên ngoài các tế bào thần kinh. Chúng có kích thước chỉ vài trăm micromet, nhưng kính hiển vi quang học chỉ có độ đâm xuyên tới 1/10 micromet.
Để có thể tạo ra hình ảnh 3D của các neuron, Morrison đã chuyển sang một kỹ thuật mới, ông sử dụng kính hiển vi điện tử với độ phân giải gấp hàng ngàn lần kính hiển vi quang học. Quan trọng hơn, kính hiển vi điện tử sử dụng các hạt electron có khả năng đâm xuyên vào tế bào thần kinh, do đó có thể tái hiện toàn bộ cấu trúc 3D phía trong đó, bao gồm nhân tế bào, ty thể và các gói protein.
Công việc cuối cùng là ghép các ảnh chụp này lại với nhau và thể hiện chúng lên không gian 3D của buổi triển lãm, kết hợp với các hiệu ứng hình ảnh và âm thanh được nhiều nghệ sĩ dàn dựng tại ARTECHOUSE.
Bước vào sảnh chính của bảo tàng, bạn sẽ thấy mình đang ở trong khu vực vỏ não. Ở đó có một bộ phim dài khoảng 20 phút chiếu trên cả 6 mặt lập thể của căn phòng. Nó cho thấy vòng đời của một neuron, từ khi chúng được sinh ra bởi phôi bào, lớn lên trong tiếng khóc và tiếng bập bẹ của đứa trẻ bên ngoài.
Rồi các âm thanh bắt đầu tua nhanh quãng thời gian của cuộc đời con người, đứa trẻ lớn lên, đi học, nô đùa và la hét. Các tế bào thần kinh sống qua từng giai đoạn cuộc đời được tái hiện với những gam màu sắc khác nhau, từ vàng chanh đến màu hồng và màu tím.
Ở cuối vòng đời của chúng, Morrison đã phóng to một neuron đã nhạt màu vì lão hóa. Tế bào này có bề mặt lốm đốm như những hố núi lửa trên mặt trăng. Nó phập phồng yếu ớt như đang hấp hối, rồi cuối cùng xám cứng lại trước khi vụt tắt.
Bên ngoài sảnh chính của triển lãm, khách tham quan còn có thể đi tới các căn phòng cho phép họ hóa thân vào nhân vật đang sở hữu bộ não này. Có một căn phòng mô tả lại cách mà thông tin thị giác được xử lý. Trong đó, bạn có thể thấy tín hiệu chạy từ võng mạc của mắt, qua đồi thị và đến trung tâm xử lý hình ảnh ở não sau.
Việc xử lý hình ảnh cũng được tái hiện chi tiết, với các tế bào chuyên biệt xử lý chuyển động, hình ảnh, định hướng và không gian riêng biệt.
Có một căn phòng cho phép bạn hóa thân vào một người bị nghiện ma túy. Theo đó, các tế bào thần kinh trong não bộ người này bị nhấn chìm trong chất dẫn truyền thần kinh, thứ tạo cho họ cảm giác hưng phấn và sau đó là cơn thèm muốn tột độ.
Morrison cho biết hành vi sử dụng các chất kích thích có thể làm biến đổi não bộ của bạn một cách mạnh mẽ. Cai nghiện là một quá trình dài, nhưng nó có thể giúp những người này tìm lại được bản thân mình khi khôi phục được hoạt động của các tế bào thần kinh trong não bộ.
Nhà khoa học thần kinh John Morrison, tác giả buổi triển lãm.
Qua buổi triển lãm này, Morrison và các nghệ sĩ muốn truyền đi một thông điệp về sự hiện diện của con người, nó cũng chính là sự hiện diện của các tế bào thần kinh đang sống và điều khiển mọi nhận thức cũng như hành động của chúng ta:
"Chúng tôi hi vọng mọi người sẽ được truyền cảm hứng để tìm hiểu thêm về neuron, những tế bào thần kinh làm nên con người chúng ta và cách mà chúng giúp chúng ta nhận thức thế giới".
Tham khảo Brainfacts , Premierneurologycenter
