Thông qua một mạng lưới rộng lớn các sợi thần kinh, các tín hiệu điện liên tục truyền qua não. Hoạt động phức tạp này cuối cùng là thứ làm nảy sinh suy nghĩ, cảm xúc và hành vi của chúng ta – nhưng cũng có thể dẫn đến các vấn đề về thần kinh và sức khỏe tâm thần khi có sự cố xảy ra.

Kích thích não là một phương pháp điều trị mới nổi cho những rối loạn như vậy. Kích thích một vùng não của bạn bằng các xung điện hoặc từ tính sẽ kích hoạt một loạt các tín hiệu thông qua mạng lưới các kết nối thần kinh của bạn.

Tuy nhiên, tại thời điểm này, các nhà khoa học không hoàn toàn chắc chắn làm thế nào những dòng thác này di chuyển để tác động đến toàn bộ hoạt động của bộ não của bạn – một mảnh ghép quan trọng còn thiếu làm hạn chế lợi ích của các liệu pháp kích thích não bộ.

Trong nghiên cứu mới nhất của nhóm tác giả – tiến sĩ Caio Seguin và giáo sư Andrew Zalesky, được công bố trên tạp chí Neuron, họ đã phát hiện ra rằng có thể dự đoán được sự lan truyền của kích thích não bộ bằng cách sử dụng toán học về mạng (maths of networks).

Theo dõi tín hiệu điện trong não

Rất khó để tìm hiểu những giao tiếp trong não người. Điều này là do các tín hiệu điện di chuyển rất nhanh, ở tỷ lệ phần nghìn giây, giữa phần này của não và phần khác.

Để làm cho vấn đề trở nên phức tạp hơn, các tín hiệu được truyền thông qua một mạng lưới cực kỳ phức tạp gồm các sợi thần kinh liên kết tất cả các vùng não với nhau. Những vấn đề này khiến các nhà khoa học khó quan sát các tín hiệu truyền qua não.

Tuy nhiên, trong những trường hợp rất đặc biệt và được kiểm soát, chúng ta có thể sử dụng các điện cực xâm lấn để theo dõi chính xác quá trình truyền tín hiệu não. Điện cực xâm lấn là dụng cụ được phẫu thuật đưa vào não của bệnh nhân đã đồng ý làm việc đó.

Điều quan trọng cần nhấn mạnh là loại thủ thuật xâm lấn này chỉ có thể được thực hiện trong những trường hợp rất đặc biệt, khi mục tiêu chính là giúp đỡ bệnh nhân. Trong trường hợp của nhóm nghiên cứu của tiến sĩ Seguin và giáo sư Zalesky, bệnh nhân là những người bị động kinh nặng. Khi bệnh nhân động kinh không đáp ứng với thuốc, họ có thể lựa chọn sử dụng điện cực để giúp bác sĩ tìm hiểu thêm về những gì có thể xảy ra trong não của họ.

Toán học của truyền thông mạng (Maths of Network Communication)

Vì vậy, các tín hiệu được truyền thông qua hệ thống dây điện phức tạp của bộ kết nối như thế nào?

Một khả năng đơn giản là các tín hiệu truyền qua các đường dẫn trực tiếp nhất trong hệ thống kết nối. Về mặt mạng, điều này có nghĩa là một xung điện đi từ vùng này sang vùng khác thông qua con đường ngắn nhất giữa các vùng trung gian giữa chúng.

Một ý tưởng khác là tín hiệu lan truyền thông qua khuếch tán mạng. Để hiểu điều này, hãy nghĩ xem nước sẽ chảy xuống mạng lưới đường ống như thế nào.

Mỗi khi nước đến một điểm giao nhau trong mạng lưới, dòng chảy được phân chia theo các đường khác nhau. Nhiều nút giao nhau hơn dọc theo hành trình của nước có nghĩa là nhiều vết nứt hơn và dòng chảy dọc theo bất kỳ con đường cụ thể nào trở nên yếu hơn. Tuy nhiên, nếu một số con đường phân kỳ gặp lại nhau ở hạ lưu, cường độ của dòng chảy sẽ tăng trở lại. Theo cách tương tự này, tất cả các kết nối (đường ống) trong mạng góp phần định hình luồng tín hiệu (nước), không chỉ những kết nối dọc theo đường dẫn trực tiếp nhất.

Những gì nhóm nghiên cứu tìm thấy

Hai loại giao tiếp mạng này – đường dẫn ngắn nhất so với luồng khuếch tán – là hai giả thuyết cạnh tranh để giải thích cách các tín hiệu điện truyền qua hệ thống dây điện của bộ kết nối sau khi kích thích não. Ngày nay, các nhà khoa học không chắc giả thuyết nào phù hợp nhất với những gì xảy ra trong não.

Nghiên cứu của Seguin và Zaleski là một trong những nghiên cứu đầu tiên cố gắng giải quyết cuộc tranh luận này. Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã đặt ra câu hỏi liệu những con đường ngắn nhất hoặc sự khuếch tán có dự đoán tốt nhất sự lan truyền tín hiệu điện hay không, được đo bằng các điện cực trong não của bệnh nhân.

Sau khi phân tích dữ liệu, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng ủng hộ giả thuyết dòng chảy khuếch tán. Điều này có nghĩa là nhiều kết nối thần kinh hơn – so với chỉ những kết nối di chuyển dọc theo những con đường ngắn nhất – định hình cách kích thích não truyền xuống hệ kết nối.

Đây là thông tin quan trọng đối với các nhà khoa học, vì nó giúp chúng ta hiểu cách thức hệ thống dây thần kinh vật lý đóng góp vào hoạt động và chức năng của não.

Điều gì sẽ đến tiếp theo?

Nghiên cứu của Seguin và Zaleski là một trong những nghiên cứu đầu tiên thuộc loại này và cần nhiều công việc hơn nữa để xác nhận những gì chúng tôi tìm thấy. Họ hy vọng rằng sự tiến bộ trong hiểu biết của chúng ta về giao tiếp não bộ cũng sẽ giúp các nhà khoa học lâm sàng thiết kế các phương pháp điều trị kích thích não tốt hơn cho các vấn đề sức khỏe tâm thần.

Kích thích não có thể giúp “khôi phục” sự giao tiếp bị trục trặc giữa các vùng não. Ví dụ, kích thích không xâm lấn (được thực hiện bên ngoài hộp sọ và không cần phẫu thuật) là một phương pháp điều trị chứng rối loạn trầm cảm chủ yếu hiện có ở Úc.

Trong nghiên cứu tương lai của Seguin và Zaleski, họ sẽ điều tra xem liệu những khám phá được báo cáo ở đây có thể được sử dụng để cải thiện lợi ích điều trị của các phương pháp điều trị kích thích não như vậy hay không.

Nguồn: The Conversation.