Thực đơn
Điện thế hóa dài hạn
Vào khoảng cuối thế kỷ 19, các nhà khoa học hầu hết đều nhận ra rằng là số lượng nơron — đơn vị cấu tạo cơ bản của hệ thần kinh — có rất nhiều trong bộ não của người trưởng thành (phỏng chừng xấp xỉ khoảng 100 tỷ[4]) và chỉ dừng lại ở đó. Theo như kết quả nghiên cứu cho thấy thì số lượng nơron không tăng lên một cách đáng kể nào khi mà tuổi tác con người tăng lên, như thế là đã đủ thuyết phục được các nhà sinh học thần kinh rằng trí nhớ về mặt tổng thể không phải là kết quả của sự tạo thành nơron mới.[5] Điều này dẫn đến việc phát sinh vấn đề mới đó là cần phải lý giải việc trí nhớ có thể hình thành và tạo ra như thế nào trong điều kiện không có sự xuất hiện của các nơron mới.
Santiago Ramón y Cajal là người đầu tiên trong số các nhà khoa học đương đại đưa ra giả thuyết cơ chế của tiến trình học tập không cần đến sự tạo thành các nơron mới. Trong bài diễn thuyết xuất sắc đã đạt được giải thưởng Croone danh giá vào năm 1894, ông đã đưa ra học thuyết trí nhớ có thể được tạo nên bằng cách củng cố sự kết nối (reinforcement) giữa các nơron hiện hành để tăng hiệu quả truyền tin giữa chúng.[5] Vào năm 1949, Donald Hebb đưa ra học thuyết Hebb, nhấn mạnh lại ý tưởng của Ramón y Cajal đồng thời thêm vào luận điểm rằng các tế bào nơron tăng sinh thêm nhiều sự kết nối hơn tức nghĩa là chúng sẽ phải trải qua quá trình chuyển hóa và biến đổi synap để làm tăng thêm khả năng truyền thông tin, hình thành mạng lưới nơron từ những nơron đơn lẻ có diễn ra hoạt động điện thế[6]:
Giả sử rằng sự lặp đi lặp lại kích thích gây ra một phản xạ điện thế hoạt động (hay còn có thể gọi là "tín hiệu") thì sẽ có khuynh hướng duy trì trạng thái thay đổi của tế bào thần kinh và dần tạo nên tính ổn định.... Khi tế bào thần kinh A kích thích tế bào thần kinh B và lặp đi lặp lại liên tục kích thích, lúc này sẽ có một số quá trình thay đổi chuyển hóa diễn ra ở một trong hai hoặc là cả hai tế bào, và như thế là làm tăng hiệu quả truyền thông tin của tế bào thần kinh A.[7]
Năm 1964 Eric Kandel và cộng sự (et al.) là những nhà nghiên cứu tiên phong khi họ tiến hành khám phá ĐTHDH trên loài sên biển Aplysia. Họ đã thử áp dụng kích thích cho nhiều tế bào thần kinh khác nhau trong mạng lưới thần kinh của loài sên biển. Kết quả đạt được cho thấy độ mạnh của synap đã thay đổi và các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết tồn tại hình thức học tập với mức cơ bản trong con sên.[8][9]
Dù cho các học thuyết về sự tạo lập trí nhớ này đến bây giờ mới được chứng minh xác đáng hợp lý và đồng thời ngày càng trở nên hoàn thiện hơn, nhưng nó vẫn xa vời và vượt khả năng của họ vào thời điểm đó: những năm cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 các nhà khoa học thần kinh và các nhà tâm lý học không được trang bị những phương pháp kỹ thuật cần thiết đối với lại lĩnh vực sinh lý học thần kinh, để mà giải thích và làm sáng tỏ được các nguyên tắc cơ bản về mặt sinh học của quá trình tiếp nhận thông tin ở động vật nói chung và là ngôn ngữ ở loài người — động vật bậc cao nói riêng. Cho đến nửa sau thế kỷ 20, các phương tiện phục vụ cho lĩnh vực nghiên cứu ra đời tạo điều kiện thuận lợi cho việc bắt đầu khám phá ra quá trình ĐTHDH.
ĐTHDH lần đầu tiên được Terje Lømo quan sát trong phòng thí nghiệm của Per Andersen vào năm 1966, ở thủ đô Oslo thuộc nước Na Uy.[10][11] Tại nơi đó, Lømo chỉ đạo thực hiện một loạt các thí nghiệm sinh lý nơron trên con thỏ đã được gây mê để tìm hiểu vai trò của hồi hải mã (hippocampus) đối với trí nhớ ngắn hạn (short-term memory). Các thí nghiệm của Lømo tập trung vào sự kết nối của các nơron, tức là synap, từ con đường xuyên (perforant path) đến hồi răng (dentate gyrus). Các thí nghiệm như thế này được thực hiện bằng cách kích thích vào các sợi trước synap nằm ở đường xuyên và tiến hành ghi lại các đáp ứng từ một nhóm các sợi sau synap ở hồi răng. Các nhà khoa học mong đợi kết quả và quả thật, có sự xuất hiện của một xung động thần kinh bởi do sự kích thích điện thế đến các sợi thần kinh ở đường xuyên gây ra cảm ứng điện thế ở màng tế bào sau synap (EPSPs) nằm trong hồi răng. Điều mà Lømo bất ngờ quan sát được đó là đáp ứng của các tế bào sau synap có thể trở nên mạnh hơn khi chúng gặp nhiều kích thích gây ra xung đơn trong một khoảng thời gian dài nhất định, với điều kiện là trước hết ông phải gây ra một loạt các kích thích tương ứng tần số cao cho các sợi trước synap. Khi đã tiến hành thiết lập một loạt các kích thích như thế, theo sau đó là xung động đơn và nó tỉ lệ với cường độ kích thích, kích thích càng nhiều củng cố nhiều lần thì tương đương như thế xung động sẽ càng ngày mạnh hơn, kéo dài và duy trì điện thế ở màng tế bào sau synap. Chính nhờ hiện tượng này, qua đó việc kích thích tần số cao có thể thúc đẩy cũng như là tăng cường khả năng đáp ứng đối với các kích thích gây ra xung động thần kinh và duy trì hoạt động điện thế lâu dài ở các tế bào sau synap, và ban đầu được biết đến với tên gọi là quá trình "điện thế hóa dài lâu".[12][13]
Timothy Bliss, người cũng tham gia nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Andersen[10] và ông cộng tác với Lømo vào năm 1968. Vào năm 1973 cả hai nhà khoa học công bố bản báo cáo đầu tiên mô tả quá trình điện thế hóa dài lâu ở hồi hải mã trong não thỏ.[12] Bliss và Tony Gardner-Medwin cũng công bố bài báo cáo tương tự về quá trình điện thế hóa dài lâu được tiến hành ở động vật chưa được gây mê và chúng vẫn còn nhận thức, và kết quả của cuộc nghiên cứu không mảy may có một chút sai khác nào như trong bản báo cáo của Bliss và Lømo.[13] Vào năm 1975, Douglas và Goddard đưa ra thuật ngữ mới "ĐTHDH", là hiện tượng tăng cường hoạt hóa điện thế lâu dài.[14][15] Andersen cho biết thêm đó là việc mà các nhà thần kinh học chọn thuật ngữ "ĐTHDH" chẳng qua là vì chữ viết tắt của nó dễ phát âm hơn, phiên dịch từ tiếng Anh "long-term potentiation" viết tắt là "LTP".[16]
Cơ chế sinh lý của ĐTHDH đến bây giờ vẫn chưa được hiểu rõ một cách toàn vẹn, tuy nhưng có một số mô hình ra đời đã đạt được thành công trong việc giải thích cơ chế học tập, và giới nghiên cứu hiện vẫn đang tiếp tục phát triển nó.[1] Các nghiên cứu về gai (dendritic spines), là cấu trúc nhô ra từ các sợi nhánh (dendrites) cho thấy là về mặt hình thể cấu tạo các gai này có thể sinh trưởng và phát triển mạnh, hoặc là co rút ngắn lại và tiêu biến đi, quá trình này có thể diễn ra từ vài phút hoặc cho đến hàng tiếng và cho thấy có mối liên quan giữa điện trở của gai và độ mạnh của synap, cụ thể hơn là liên quan đến nồng độ ion calci không ổn định bên trong tế bào vì chúng chỉ hiện hữu trong khoảng thời gian ngắn. Các mô hình toán học cũng đóng góp đáng kể điển hình đó là thuyết BCM (BCM theory) cũng phụ thuộc vào nồng độ ion calci nội bào và lượng ion calci này có mối liên quan với thụ thể NMDA (cũng chính là kênh cổng điện thế). Thuyết BCM đã được phát triển kể từ những năm 1980 đến nay bằng sự chứng minh thực nghiệm dựa trên cơ sở đúng đắn về mặt sinh học. Và nguồn gốc là từ mô hình thuyết Hebb tiên nghiệm (a priori) từ thời đó đã cải biến thành thuyết BCM này, nó giải quyết được các mâu thuẫn bất ổn ở thuyết Hebb. Và ngoài ra các mô hình và nhiều loại học thuyết khác thực hiện việc tái sắp xếp hay đồng bộ hóa hoạt động điện thế dài hạn, tăng cường độ mạnh của synap, hoạt động điều chỉnh tăng số lượng thụ thể trên màng tế bào sau synap, tạo ra mối liên kết tổng thể có sự phối hợp nhịp nhàng và ăn khớp với nhau, thống nhất cả hệ thống thần kinh đầy phức tạp với sự hoàn thiện nhất.[17]
Thực đơn
Điện thế hóa dài hạnLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Điện thế hóa dài hạn