Ký ức dài hạn được hình thành nhờ một chuỗi các chương trình phân tử, có nhiệm vụ phân loại, ổn định và củng cố những trải nghiệm quan trọng. Hiểu cách các “bộ hẹn giờ phân tử” này hoạt động có thể giúp các nhà khoa học tìm cách bảo vệ ký ức ngay cả khi một số vùng não bị tổn thương, ví dụ trong các bệnh thoái hóa thần kinh.
Não chọn điều gì để ghi nhớ như thế nào
Mỗi ngày, não bộ ghi lại các trải nghiệm thoáng qua, những khoảnh khắc sáng tạo hay xúc cảm mạnh mẽ và biến chúng thành ký ức bền vững. Đây là những ký ức hình thành nên con người chúng ta và ảnh hưởng đến cách chúng ta đưa ra quyết định. Một câu hỏi quan trọng là: não quyết định giữ lại thông tin nào và duy trì bao lâu.
Các nghiên cứu gần đây cho thấy, ký ức dài hạn hình thành thông qua nhiều quá trình phân tử diễn ra ở các vùng não khác nhau. Trong các thí nghiệm với chuột sử dụng thực tế ảo (VR), các nhà khoa học phát hiện rằng một số phân tử định hướng ký ức theo hai hướng: củng cố thành ký ức bền vững hoặc để cho phai mờ.
Nhiều vùng não phối hợp để lưu giữ ký ức
Một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature ngày 16/11 chỉ ra rằng nhiều vùng não phối hợp để biến những trải nghiệm mới thành ký ức dài hạn. Trong quá trình này, có những “điểm kiểm soát” quyết định ký ức nào quan trọng và đáng để củng cố.
“Đây là phát hiện then chốt vì nó giải thích cách chúng ta điều chỉnh độ bền vững của ký ức,” bà Priya Rajasethupathy, Trưởng phòng thí nghiệm Động lực học Thần kinh và Nhận thức Skoler Horbach, nhận định. “Quyết định điều gì để nhớ là một quá trình liên tục, chứ không phải bật công tắc rồi xong.”
Cập nhật mô hình hai vùng não về ký ức
Trước đây, các nhà khoa học tập trung vào hai vùng não chính: hippocampus, giúp xử lý ký ức ngắn hạn, và vỏ não (cortex), nơi lưu giữ ký ức dài hạn. Mô hình truyền thống coi các phân tử như công tắc bật/tắt điều khiển việc duy trì ký ức.
“Tuy nhiên, mô hình này không giải thích tại sao một số ký ức chỉ tồn tại vài tuần, còn ký ức khác kéo dài cả đời,” Rajasethupathy cho biết.
Năm 2023, nhóm nghiên cứu xác định một đường dẫn thần kinh nối ký ức ngắn hạn và dài hạn, trong đó đồi thị (thalamus) đóng vai trò trung tâm. Đồi thị giúp lựa chọn ký ức nào được giữ lại và chuyển chúng lên vỏ não để ổn định lâu dài.
Phát hiện này mở ra câu hỏi mới: sau khi rời hippocampus, ký ức đi đâu và cơ chế phân tử nào quyết định ký ức nào được duy trì hay bị quên đi?
Các thí nghiệm hé lộ cơ chế hình thành ký ức bền vững
Nhóm nghiên cứu sử dụng mô hình VR để tạo ra ký ức cụ thể ở chuột. Bằng cách thay đổi số lần lặp lại trải nghiệm, họ quan sát được ký ức nào được củng cố tốt hơn và cơ chế phân tử liên quan.
Để xác định mối quan hệ nhân quả, họ dùng CRISPR chỉnh sửa gene ở đồi thị và vỏ não. Khi loại bỏ một số phân tử, thời gian tồn tại của ký ức thay đổi, và mỗi phân tử ảnh hưởng ký ức theo một thang thời gian riêng.
Kết quả cho thấy ký ức dài hạn không dựa vào một công tắc duy nhất mà được duy trì nhờ nhiều chương trình gene hoạt động theo thời gian và ở nhiều vùng não — giống như nhiều chiếc đồng hồ hẹn giờ. Các bộ hẹn giờ sớm tắt nhanh, khiến ký ức dễ quên, trong khi bộ hẹn giờ muộn hoạt động chậm hơn, giúp ký ức bền vững hơn.
Nghiên cứu xác định ba yếu tố điều hòa gene quan trọng: Camta1 và Tcf4 ở đồi thị, và Ash1l ở vỏ não trước vùng đai. Chúng không cần thiết để hình thành ký ức ban đầu, nhưng giữ vai trò sống còn trong việc duy trì ký ức lâu dài. Camta1 giúp duy trì ký ức giai đoạn đầu, Tcf4 hỗ trợ kết dính tế bào và cấu trúc, còn Ash1l kích hoạt các chương trình chỉnh sửa nhiễm sắc thể để ký ức bền vững. “Nếu ký ức không được ‘đưa lên’ các bộ hẹn giờ này, nó sẽ nhanh chóng bị quên,” Rajasethupathy nhấn mạnh.
Phát hiện này có thể hữu ích với bệnh Alzheimer và các rối loạn trí nhớ khác. Hiểu các chương trình gene giúp bảo tồn ký ức, các nhà khoa học có thể chuyển ký ức sang mạch thần kinh khác hoặc để vùng não còn khỏe tiếp quản chức năng của vùng bị tổn thương.
“Chúng tôi muốn hiểu vòng đời của một ký ức sau khi rời hippocampus,” Rajasethupathy nói. “Đồi thị và các đường dẫn song song tới vỏ não là trung tâm của quá trình này.”
Độ bền ký ức phụ thuộc vào một hệ thống phân tử nhiều giai đoạn trải dài khắp các vùng não. Ảnh: Shutterstock
