Tiến bộ mới của khoa học thần kinh

Jean-Pierre Changeux, Giáo sư danh dự ở Collège de France, đã trao đổi với La Recherche về các bước tiến quan trọng trong nghiên cứu bộ não con người ở thập niên 2000-2010.

Tiến bộ chính của các khoa học thần kinh trong thập kỷ 2000-2010 là gì?

Nét chính của các khoa học về bộ não trong thập kỷ này là chúng đã phát triển đồng thời trên nhiều mặt, từ sinh học phân tử cho tới khoa học xã hội, qua các nghiên cứu về thần kinh và về quá trình nhận thức, với kỹ thuật ảnh não. Song thay đổi thực sự có tính cách mạng là ở chỗ các chuyên ngành này đã liên kết với nhau để hình thành một khoa học thống nhất về trí óc, Khoa học thần kinh.

Trước kia, mỗi ngành tham gia khảo sát bộ óc một cách riêng rẽ (giải phẫu, sinh lý, hoá sinh, dược học, tâm lý học v.v.). Đầu thế kỉ 21, liên kết này mới bắt đầu được thực hiện, trước hết là do sự phát triển của sinh học phân tử: theo tôi, chuyên ngành này có vai trò chất men vì một bản chất của sinh học phân tử chính là nỗ lực thiết lập các mối tương quan nhân quả giữa các cấp độ phân tử và nhận thức.

Ông có thể cho một ví dụ về vai trò xúc tác của sinh học phân tử?

Hãy xem xét quan niệm của chúng ta về các bệnh tâm thần. Cho tới gần đây, các chứng bệnh như tâm thần phân lập, tự kỷ hay trầm uất chủ yếu vẫn được mô tả bằng các triệu chứng gây ra bởi các yếu tố tâm lý và môi trường. Những dược chất hữu hiệu thực ra là tác động vào mục tiêu nào, người ta không biết rõ. Và người ta đổ lỗi cho tác nhân gây bệnh chính là gia đình và hoàn cảnh xung quanh những người bệnh.

Năm 2001, Daniel Weiberger và nhóm nghiên cứu của ông ở NIH (National Institutes of Health –Viện quốc gia Y học Hoa Kỳ, gồm 20 viện và 7 trung tâm nghiên cứu liên quan đến sức khoẻ con người) đã khám phá ra các gien có thiên hướng dẫn tới bệnh tâm thần phân lập. Năm 2003, một ê-kíp quốc tế trong đó có Thomas Bourgeron ở Viện Pasteur tham gia, đã xác định được những gien đầu tiên liên quan đến chứng tự kỷ. Những gien này có vai trò quyết định trong sự phát triển của các khớp thần kinh, là những nối kết giữa các nơ-rôn (tế bào thần kinh).

Cùng năm ấy, một nhóm nghiên cứu ở Phần Lan đã xác định một gien có trách nhiệm gây ra chứng khó đọc.

Tiếp đó, nhiều gien tương tự được khám phá. Và bây giờ, nhiều bệnh tâm thần được coi là có nguồn gốc di truyền, tức là có một thay đổi rất lớn về quan niệm. Không những gia đình và người bệnh trút bỏ được mặc cảm tội lỗi, mà thay đổi đó còn mở ra những cánh cửa mới trong việc tìm hiểu cơ chế của các bệnh ấy và tìm ra những phương pháp điều trị mới.

Những khám phá này sẽ dẫn tới điều gì?

Một trong những khám phá quan trọng mới đây là sự sinh sôi thường xuyên các tế bào mới thần kinh trong một bộ óc người lớn. Trước đây, người ta tưởng rằng chúng ta sinh ra với một số nơ-rôn nhất định.

Nhưng vào năm 2003, Pierre-Marie Lledo và ê-kíp của ông ở Viện Pasteur đã hiểu được sự phát sinh các nơ-rôn ở cấp tế bào. Họ đã chứng minh được rằng vài loại tế bào thần kinh đệm được biến đổi thành nơ-rôn và những nơ-rôn này phát triển rồi kết nối được không những với những nơ-rôn gần chúng mà với cả một hệ thống chức năng các thần kinh khứu giác: chúng được hấp dẫn tới vùng thành kinh này bởi một phân tử do hành não khứu giác tạo ra.

Năm 2008, cũng ê-kíp này đã chỉ rõ là sự phát sinh nơ-rôn này được tăng lên sau một tai nạn làm thương tổn đến khứu giác. Như vậy là một quan hệ nhân quả giữa các cấp độ phân tử và nhận thức (ở đây là nhận thức về mùi vị) đã được chứng minh. Đó là một bước tiến lớn mở ra viễn tượng phục hồi chức năng: một ngày nào đó, có thể người ta sẽ phục hồi được những nhiều vùng bị thương tổn trong bộ não người với những tế bào gốc, chẳng hạn để điều trị bệnh Alzheimer.

Còn đóng góp của kỹ thuật hình ảnh não?

Về phương diện kỹ thuật, có một sáng tạo đặc biệt đáng chú ý, đó là kỹ thuật chụp ảnh bằng ten-xơ phân phối (1). Kỹ thuật này bắt đầu được sử dụng từ những năm 2000, dù rằng nó đã được Denis Le Bihan, phát triển từ nhiều năm trước.

Le Bihan nay là giám đốc của Phòng thí nghiệm NeuroSpin, thuộc Trung tâm Nguyên tử năng (CEA), Pháp. Kỹ thuật có tính đột phá này dựa trên sự phân phối các phân tử nước trong các mô não, cho phép nhìn trong không gian 3 chiều những kết nối của các vùng não. Nó bắt đầu được sử dụng để nhìn thấy được những hệ thống bị biến đổi sau một tai biến mạch não. Kết hợp với kỹ thuật ảnh cộng hưởng từ chức năng, nó cho phép thấy rằng hai vùng não cùng tham gia vào một nhiệm vụ thị giác luôn luôn có rất nhiều kết nối với nhau, dù rằng cái nhìn đó là tình cờ hay có chủ ý.

Kỹ thuật hình ảnh chức năng đó có phải cũng cho phép khảo sát ý thức?

Đúng vậy, hình ảnh chức năng mở ra khả năng nghiên cứu quá trình ý thức một cách khoa học. Cùng với Stanislas Dehaenne, Giáo sư của Collège de France, (2) chúng tôi đã đề xuất vào năm 1998 một lý thuyết về ý thức mà hình ảnh chức năng cho phép thử nghiệm. Lý thuyết này dựa trên ý tưởng là trong võ não, những nơ-rôn hình tháp với axon dài hợp thành một hệ thống nối kết với nhiều vùng não khác nhau để tạo ra một không gian lao động ý thức. Và sự đồng bộ hoá giữa các nơ-rôn này cho phép ý thức xuất hiện.

Lý thuyết này dẫn tới những thí nghiệm nhằm quan sát các khác biệt trong não giữa những ứng xử ý thức và vô thức. Năm 2001, Stanislas Dehaenne và các cộng sự của ông đã dùng hình ảnh chức năng để chỉ ra rằng chúng ta có thể cảm nhận được ý nghĩa của một từ mà không cần có ý thức là đang trông thấy nó: trong trường hợp này, các vùng não được kích động khác với những vùng não tham gia một xử lý thị giác có ý thức.

Đồng thời, hình ảnh chức năng cũng dẫn tới tiến bộ trong một lĩnh vực khác liên quan tới ý thức, về khả năng đồng cảm (hay tha giác) và các quan hệ xã hội, nhất là qua các công trình của Chris Frith ở UCL, thuộc Đại học Luân Đôn. Chris Frith đã nhận thấy rằng khi hai cá nhân có những rung cảm cộng hưởng với nhau thì các vùng não được kích thích là y hệt nhau và khả năng đồng cảm này không có ở những người bệnh tâm thần phân lập.

Một ví dụ khác, năm 2003, Bruno Wicker, ở Viện nghiên cứu khoa học thần kinh về nhận thức Địa Trung Hải, đã chỉ ra rằng khi một người quan sát một người khác đang bày tỏ một sự chán ghét gì đó, thì người đầu cũng kích thích những vùng não hệt như người kia.

Như vậy, nghiên cứu não bộ về những quan hệ xã hội có thể là một hướng trong tương lai?

Đúng thế, tôi nghĩ rằng đang có những dấu hiệu của một sự tổng hợp mới giữa khoa học thần kinh và các khoa học xã hội và nhân văn, và sự hội tụ này là thiết yếu để chiến thắng các bệnh tâm thần và đưa đến những hiểu biết nhiều hơn về con người.

---

(1) Nói gọn, đây là một cải tiến của kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ (viết tắt tiếng Anh: MRI), sử dụng biến thiên của từ trường để vẽ lên bản đồ phân phối bất đẳng hướng của các phân tử nước trong óc.

(2) «Collège de France» là một Trường đại học nghiên cứu cao cấp rất đặc biệt của Pháp. Các giáo sư được bổ nhiệm vào đó đều là những nhà khoa học đã thành danh (thành viên các Viện hàn lâm khoa học, giải Nobel, giải Fields v.v.), có nhiệm vụ trình bày các « nghiên cứu hiện thời » của mình (không một giáo trình nào được phép lập lại), và người học thì tự do tới nghe giảng và tham dự các thảo luận, xê-mi-na được mở ra. «Trường» không cấp bất cứ một bằng cấp, chứng chỉ học tập nào.

Xem thêm: Thần kinh , Y học , Sức khỏe , Sinh học , Gen , Não