Bạn có thể nói phòng thí nghiệm của Hollis Cline tại Viện Nghiên cứu Scripps đang chế tạo những con nòng nọc tốt hơn.
Để hiểu rõ hơn về cách con người học hỏi, Cline, Tiến sĩ, Giáo sư Khoa học Thần kinh Hahn và đồng chủ tịch Khoa Khoa học Thần kinh, đã dẫn đầu các thí nghiệm được thiết kế để khơi dậy khả năng học tập trong não nòng nọc. Trong những năm qua, công trình nghiên cứu nòng nọc trong phòng thí nghiệm của cô ấy đã làm sáng tỏ khả năng linh hoạt thần kinh - trải nghiệm mới làm tràn ngập các tế bào não bằng các protein giúp não phát triển và học tập như thế nào.
Hiện tại, nghiên cứu mới nhất của phòng thí nghiệm, được công bố trên eLife, cho thấy chìa khóa của sự dẻo dai thần kinh không chỉ là sự hiện diện của các protein mới, mà là cách bộ não tạo ra protein ngay từ đầu. Nghiên cứu cũng chỉ ra một vai trò mới có thể có của protein trong quá trình xử lý cảm giác ở một số người mắc chứng rối loạn phổ tự kỷ.
“Ý tưởng rằng trải nghiệm thị giác có thể ảnh hưởng đến cách chúng ta tạo ra protein là một điều gì đó hoàn toàn mới,” Cline nói. "Điều này thật thú vị khi nghĩ đến vì chúng ta đang sống trong một thế giới giác quan rất bận rộn."
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng những con nòng nọc có làn da trong suốt tự nhiên - điều này khiến chúng trở thành một mô hình tuyệt vời để nhìn vào hệ thống dây của một bộ não sống. Những con nòng nọc được giữ trong bóng tối và sau đó tiếp xúc với ánh sáng xung quanh (đối với nhóm điều khiển) hoặc màn hình có các thanh chuyển động (mô phỏng trải nghiệm hình ảnh thông thường) trong bốn giờ.
Làm việc chặt chẽ với Giáo sư John Yates, Tiến sĩ, thuộc Phòng Nghiên cứu Y học Phân tử Scripps, nhóm của Cline đã đo lường những thay đổi trong biểu hiện của protein - quá trình sản xuất protein trong tế bào - trước và sau mỗi thí nghiệm. Họ nhận thấy rằng sự biểu hiện của 83 protein thay đổi theo hướng lên hoặc xuống trong nhóm thí nghiệm.
Nhiều người trong số này là protein hiệu ứng - các protein thực hiện các công việc cụ thể trong tế bào. Nhưng nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra ba điểm ngoại lệ: protein eIF3A, FUS và RPS17. Ba loại này là các protein điều hòa, có nghĩa là chúng cấu tạo bộ máy tạo ra các protein tác động xuống dòng. Cline ngạc nhiên. Cô và các đồng nghiệp của mình luôn nghĩ rằng sự biểu hiện của protein điều hòa sẽ ổn định ngay cả khi trải nghiệm thị giác khác nhau.
"Chúng tôi chỉ nghĩ rằng cỗ máy điều tiết sẽ chỉ hoạt động ồn ào", Cline nói. "Vì vậy, chúng tôi đã rất ngạc nhiên khi thấy họ trong danh sách của mình. Chúng tôi nghĩ, 'Điều này có chính xác không? Điều này có đúng không?'"
Hóa ra những protein điều hòa này rất cần thiết cho việc học hỏi từ trải nghiệm thị giác. Tế bào có khả năng xây dựng kết nối và củng cố khả năng học tập tốt hơn khi chúng tổng hợp các protein này ở một tỷ lệ nhất định trong quá trình trải nghiệm hình ảnh.
Trên thực tế, các nhà nghiên cứu có thể gắn thẻ tế bào thần kinh bằng protein huỳnh quang để xem dấu hiệu vật lý mà trải nghiệm thị giác để lại trong não. Nhờ eIF3A, FUS và RPS17, nòng nọc đã có sự phát triển tế bào thần kinh đáng kể - được thấy ở cách các tế bào thần kinh của chúng gửi ra các tua giống nhánh - chỉ sau bốn giờ trải nghiệm hình ảnh.
Tiếp theo, các nhà khoa học điều tra xem liệu những thay đổi trong biểu hiện protein có ảnh hưởng đến hành vi của nòng nọc hay không. Những protein này đóng vai trò quan trọng như thế nào đối với việc dạy nòng nọc?
Để tìm hiểu, các nhà nghiên cứu đã tận dụng một hành vi tự nhiên của nòng nọc: bản năng tránh bất kỳ hình dạng to lớn nào có thể là kẻ săn mồi lờ mờ. Các nhà nghiên cứu đã cho những con nòng nọc bơi phía trên một màn hình chiếu những đốm lớn giống như động vật ăn thịt. Sau đó, họ theo dõi xem một con nòng nọc có quay đầu để tránh các vết đen hay không.
Những con nòng nọc được tiếp xúc với trải nghiệm thị giác đã làm tốt hơn đáng kể trong bài kiểm tra tránh né so với những con nòng nọc trong nhóm đối chứng. Điều này cho thấy họ đã hình thành các mạch thần kinh để xử lý thông tin thị giác tốt hơn. Điều thú vị là nòng nọc đã không làm tốt trong bài kiểm tra - ngay cả sau khi tiếp xúc với trải nghiệm thị giác - khi chúng không thể biểu hiện cả ba loại protein quan trọng (eIF3A, FUS và RPS17). Phát hiện này càng khẳng định tầm quan trọng của các protein điều hòa trong tính dẻo của tế bào thần kinh.
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu tò mò liệu tổng số 83 loại protein mà họ xác định được có biểu hiện khác nhau trong các rối loạn não của con người hay không, vì vậy họ đã tham khảo danh sách của mình với hai cơ sở dữ liệu - một trong những người có yếu tố nguy cơ mắc chứng rối loạn phổ tự kỷ và một với những người mắc hội chứng X mỏng manh, có các đặc điểm tương tự như chứng tự kỷ.
Kết quả thật bất ngờ. 25% protein trong danh sách của Nghiên cứu Scripps trùng với danh sách cơ sở dữ liệu của các gen được cho là gây ra chứng rối loạn phổ tự kỷ và hội chứng X mong manh. Đó là một con số lớn hơn nhiều so với dự kiến của Cline, và nó đặt ra những câu hỏi mới về điều gì khiến "yếu tố nguy cơ" tự kỷ thực sự trở nên nguy hiểm.
Cline cho rằng đột biến trong các protein điều hòa có thể khiến một số người không thể biểu hiện các protein khác cần thiết để xử lý hình ảnh, mùi, kết cấu, mùi vị và âm thanh. Cline nói: "Điều này gợi lên một khía cạnh mới để hiểu về chứng tự kỷ".
Cline cho biết các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tìm hiểu tất cả 83 loại protein được tổng hợp. Cô ấy nói rằng công việc này cũng khiến cô ấy cân nhắc trải nghiệm hình ảnh mà con người tiếp nhận hàng ngày.
"Thật thú vị khi nghĩ về trải nghiệm giác quan ảnh hưởng đến não bộ của trẻ em chúng ta như thế nào", Cline nói. "Chúng ta có thể vô tình hoặc cố ý ảnh hưởng đến cách bộ não của họ phát triển."
