Từ nhiều năm trước đây, các nhà khoa học đã đưa ra nhiều giả thuyết để lý giải lý do chúng ta ngủ. Một số người tin rằng: Ngủ là cách để cơ thể tiết kiệm và phục hồi năng lượng. Một số khác lại quan niệm giấc ngủ mang đến cơ hội cho não bộ “dọn sạch” các tế bào chết. Bên cạnh đó, không ít người cho rằng: Giấc ngủ là cách giữ cho động vật nằm yên để trốn tránh kẻ thù.
Trong khi đó, hai nghiên cứu mới nhất vừa công bố trên Tạp chí Khoa học ngày 2/2 đã đưa ra những bằng chứng về cách nhìn nhận khác: Chúng ta ngủ để quên đi một số thứ đã tiếp thu mỗi ngày. Nói cách khác, giấc ngủ giúp quên đi một số ký ức, thông tin không điển hình để từ đó não bộ có thể lưu trữ những ký ức khác có thể sử dụng sau này.
Khi học tập, chúng ta phải phát triển các kết nối hoặc liên kết giữa các nơ-ron thần kinh đến não bộ. Những kết nối này có thể cho phép các nơ-ron thần kinh truyền tín hiệu đến nhau một cách nhanh chóng và hiệu quả. Nhờ quá trình dẫn truyền tín hiệu giữa các nơ-ron thần kinh, bộ não mới tiếp nhận và lưu giữ được thông tin.
Nghiên cứu của hai Tiến sĩ Giulio Tononi và Chiara Cirelli
Năm 2003, hai nhà sinh vật học Giulio Tononi và Chiara Cirelli đến từ Trường Đại học Wisconsin-Madison đã phát hiện ra rằng: Liên kết giữa các nơ-ron thần kinh tăng nhanh chóng trong ngày khi bộ não làm việc khiến nó trở nên “ồn ào”. Do đó, khi chúng ta ngủ, bộ não sẽ hạn chế, thậm chí ngắt kết nối giữa các nơ-ron thần kinh để giảm bớt “tiếng ồn” xung quanh.
Hình ảnh chụp cắt lớp bộ não khi ngủ bình thường. Hai nhà khoa học Tononi và Cirelli cho biết: Giấc ngủ có thể giúp não bộ ngăn cản sự liên kết tế bào thần kinh không cần thiết.
Ảnh: Hank Morgan/Science Source
Nhiều năm sau khi tiếp tục nghiên cứu, Tiến sĩ Tononi và Tiến sĩ Cirelli cùng các cộng sự đã tìm ra nhiều bằng chứng gián tiếp chứng minh giả thuyết về giấc ngủ, được gọi là giả thuyết cân bằng nội môi trong dẫn truyền thần kinh.
Chẳng hạn: Các nơ-ron thần kinh có thể giảm bớt các kết nối, sự liên kết với nhau. Trong những thí nghiệm về các liên kết nơ-ron thần kinh, các nhà khoa học dùng cả thuốc ngủ để tìm hiểu sự phát triển của các liên kết nơ-ron thần kinh. Kết quả: Các nơ-ron thần kinh đã giảm liên kết với nhau.
Một minh chứng khác được thu thập khi tiến hành nghiên cứu về các sóng điện từ do não bộ phát ra. Khi ngủ sâu giấc, sóng điện từ giảm tần suất hoạt động. Tiến sĩ Tononi và Tiến sĩ Cirelli nhận định: Các tế bào phân kỳ cũng co lại, dẫn đến sự thay đổi của sóng điện từ não bộ.
Bốn 4 năm trước, Tiến sĩ Tononi và Tiến sĩ Cirelli đã kiểm tra, đánh giá các giả thuyết mà họ đưa ra bằng cách quan sát các tế bào phân kỳ ở bộ não chuột. Họ đã thu được những hình ảnh cắt lớp các mô não của một con chuột.
Luisa de Vivo - nữ trợ lý khoa học, dẫn đầu các nghiên cứu chuyên sâu về các mô tế bào từ chuột, tiếp tục làm khảo sát này ở hai nhóm chuột: những con còn thức và những con đang ngủ. Qua thí nghiệm, Luisa và đồng nghiệp đã xác định được kích thước và hình dạng của 6.920 tế bào phân kỳ. Nhóm nghiên cứu đã nhận thấy các tế bào phân kỳ trong não của chuột đang ngủ nhỏ hơn tế bào của những con còn thức 18%. Tiến sĩ Tononi cho biết: “Đây là kết quả bất ngờ”.
Nghiên cứu của TS Graham H. Diering
Nghiên cứu thứ 2 về giấc ngủ do Tiến sĩ Graham H. Diering tại Đại học Johns Hopkins tiến hành. Tiến sĩ Diering và đồng sự bắt đầu khám phá giả thuyết về cân bằng nội môi trong dẫn truyền thần kinh bằng cách nghiên cứu protein trong não chuột. TS Diering nói rằng: Protein trong não chuột là chi tiết gợi mở giúp ông giải mã giả tuyết này.
Trong một lần tiến hành thí nghiệm, TS Diering và các cộng sự đã tạo ra “cửa sổ nhỏ” để có thể quan sát não chuột. Tiếp theo, họ thêm hóa chất làm sáng vào protein bề mặt khi tế bào phân kỳ. Qua “cửa sổ” đó, họ thấy số lượng các protein bề mặt trong não chuột giảm khi chúng ngủ. Sự suy giảm đó là do các tế bào phân kỳ bị co hẹp lại.
Chưa dừng lại ở đó, nhóm nghiêm cứu của TS Diering tiếp tục tìm kiếm các tế bào phân tử để hiểu rõ hơn sự thay đổi này. Họ phát hiện hàng trăm protein tăng lên hoặc giảm đi trong quá trình dẫn truyền thần kinh vào ban đêm. Nhưng có một loại protein đặc biệt tên là Homer1A lại nằm ngoài quy luật đó.
Ở các thí nghiệm về nơ-ron thần kinh trước đây, protein Homer1A đã được chứng minh là có vai trò quan trọng trong việc ngắt dẫn truyền thần kinh qua synap. Tiến sĩ Diering cũng kinh ngạc và tự hỏi loại protein này có quan trọng với giấc ngủ hay không.
Để tìm hiểu điều này, nhóm nghiên cứu của TS Diering đã tiếp tục nghiên cứu trên các con chuột biến đổi gen vì loài chuột này không có các tế bào di truyền có thể tạo ra protein Homer1A. Chuột biến đổi gen cũng ngủ như chuột bình thường, nhưng quá trình liên kết tế bào thần kinh, dẫn truyền thần kinh của chúng không làm thay đổi lượng protein như ở những con chuột bình thường.
Buồn ngủ khiến protein Homer1A sản sinh nhiều hơn, làm bạn kém tỉnh táo, mau quên
Những giả định từ nghiên cứu của TS Diering cho thấy sự buồn ngủ khiến các nơ-ron thần kinh sản sinh ra protein Homer1A dẫn đến quá trình liên kết nơ-ron thần kinh. Khi cơn buồn ngủ xuất hiện, Homer1A sẽ biến thành “máy cắt tỉa” cắt giảm, ngăn chặn sự hình thành của các liên kết thần kinh, khiến sự dẫn truyền thần kinh qua synap bị gián đoạn và làm não bộ quên đi một số thứ.
Để xem “máy cắt tỉa” này tác động thế nào đến việc học, các nhà nghiên cứu đã thực hiện bài kiểm tra trí nhớ trên chuột. Họ nhốt những con chuột vào phòng lạ, khép kín. Khi chạy qua sàn nhà trong căn phòng này, chúng sẽ bị sốc điện nhẹ. Đêm đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã tiêm một loại hóa chất vào não của một số con chuột để ngăn chặn, kìm hãm các nơ-ron thần kinh tham gia vào quá trình dẫn truyền thông tin đến não bộ. Ngày hôm sau, những con chuột được đưa ra ngoài trong khoảng thời gian nhất định rồi lại bị thả vào căn phòng chúng bị sốc điện. Cả hai nhóm chuột đều tỏ ra sợ hãi do nhớ lại cú sốc điện hôm trước.
Tiếp tục thả những con chuột vào căn phòng khác, nhóm nghiên cứu nhận thấy sự khác biệt lớn. Nhóm những con chuột bị tiêm thuốc thì gần như đông cứng vì sợ hãi. Trong khi đó, những con chuột được ngủ đủ giấc bắt đầu đánh hơi xung quanh một cách tò mò. TS Diering nghĩ rằng: Những con chuột bị tiêm không thể xóa bỏ ký ức về căn phòng đặc biệt nơi chúng bị kích điện và hoảng loạn.
Cuối cùng, nhóm nghiên cứu của TS Tononi kết luận: Quá trình “cắt tỉa ký ức” không hoàn toàn ảnh hưởng đến mọi tế bào thần kinh. 1/5 liên kết thần kinh không bị thay đổi. Có thể sự dẫn truyền thần kinh qua synap đã mã hóa, nhưng ký ức tốt được thiết lập từ trước và giữ chúng lại trong não bộ.
Nhưng những nhà nghiên cứu khác cho rằng: Các phát hiện mới chưa đủ sức thuyết phục hay đưa ra các minh chứng đủ để làm sáng tỏ cho giả thuyết về cân bằng nội môi trong dẫn truyền thần kinh. Nhà nghiên cứu giấc ngủ Marcos G. Frank tại Đại học bang Washington ở Spokane nói rằng rất khó để kết luận những thay đổi của não bộ vào ban đêm là do giấc ngủ hay đồng hồ sinh học. Giáo sư Markus H. Schmidt (Viện nghiên cứu giấc ngủ Ohio) nhận định: Có thể não bộ đã cắt giảm các liên kết thần kinh trong khi ngủ. Tuy nhiên, ông cũng không chắc đây là đáp án chuẩn xác cho câu hỏi vì sao giấc ngủ tồn tại.
TS Tononi nói rằng: Những phát hiện mới sẽ đưa ra cách nhìn khác về sự tác động của thuốc ngủ đến não bộ. Thuốc có thể giúp con người dễ ngủ, nhưng cũng can thiệp vào quá trình cắt giảm các liên kết thần kinh cần thiết để hình thành ký ức, làm tăng nguy cơ suy giảm trí nhớ. TS Tononi nói: “Có thể bạn đang làm một việc chống lại chính mình”.
Trong tương lai, các loại thuốc ngủ có thể tác động chính xác vào các phân tử hóa học, đảm bảo các liên kết thần kinh được cắt giảm đúng để giúp những người mất ngủ có thể ngủ ngon hơn mà không sợ chứng suy giảm trí nhớ do tác dụng phụ của thuốc.
