Khoa học cảnh báo: Tác động ngầm của việc thiếu ngủ mà cốc cà phê sáng không thể cứu vãn. Thức khuya đang bào mòn tư duy của bạn ra sao? Theo trang tin Scientific American, hầu hết mọi người đều từng trải qua cảm giác thiếu ngủ, dẫn đến sự phụ thuộc ngày càng lớn vào cà phê, khả năng tập trung giảm sút và hiệu suất nhận thức đi xuống khi ngày làm việc kéo dài.
Giấc ngủ và não bộ: Mối liên hệ phức tạp
Từ lâu, các nhà khoa học đã biết rằng giấc ngủ đóng vai trò quan trọng đối với hoạt động của não bộ, giúp duy trì tư duy sắc bén khi ngủ đủ và làm suy giảm chức năng nhận thức khi thời gian nghỉ ngơi bị cắt giảm. Tuy nhiên, câu hỏi quan trọng vẫn chưa có lời giải rõ ràng: điều gì thực sự xảy ra bên trong não bộ khi chúng ta ngủ, và vì sao thiếu ngủ lại gây ra những tác động sâu rộng đến như vậy?
Hai nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science đã cung cấp một phần câu trả lời. Kết quả cho thấy các khớp thần kinh (synapse), điểm kết nối cho phép các nơron giao tiếp với nhau, chính là nơi hội tụ giữa đồng hồ sinh học nội tại và hành vi ngủ nghỉ. Quan trọng hơn, nghiên cứu phát hiện rằng khi cơ thể không được ngủ, các nơron sẽ ngừng hoàn tất quá trình sản xuất nhiều protein thiết yếu phục vụ cho hoạt động của các khớp thần kinh.
Đồng hồ sinh học chuẩn bị, nhưng giấc ngủ mới hoàn tất quá trình
Các nhà khoa học thần kinh từ lâu đã biết đến ba yếu tố quan trọng trong việc điều phối hoạt động não bộ: tín hiệu sáng tối từ môi trường, các gen đồng hồ kiểm soát nhịp sinh học hằng ngày và mạng lưới nơron liên lạc thông qua các khớp thần kinh. Điều chưa được hiểu rõ là cách những cơ chế này phối hợp với nhau để phục hồi và tái thiết lập hoạt động của não sau mỗi giấc ngủ.
Theo kết quả nghiên cứu mới, các cơ chế định thời ở cấp độ tế bào liên tục chuẩn bị các khu vực xung quanh khớp thần kinh cho việc sản xuất protein trong lúc ngủ. Tuy nhiên, sự chuẩn bị đó chưa đủ. Nếu giấc ngủ không thực sự diễn ra, quá trình tổng hợp protein sẽ không được hoàn tất.
Ông Robert Greene, nhà khoa học thần kinh tại Đại học Texas Southwestern (Mỹ) nhận định: “Não bộ đang chuẩn bị cho một sự kiện, nhưng điều đó không có nghĩa là bạn thực sự tiến hành thực hiện nó”. Ông đánh giá các nghiên cứu này là rất hấp dẫn, đồng thời cho rằng chúng xác nhận mối liên hệ đã được nghi ngờ từ lâu giữa hệ thống định thời nội tại và các hành vi liên quan đến giấc ngủ.
Cơ chế song song của cảm giác buồn ngủ
Theo các nhà nghiên cứu, cảm giác buồn ngủ xuất hiện dưới tác động của hai cơ chế song song. Thứ nhất là áp lực giấc ngủ (sleep pressure), nhu cầu nghỉ ngơi ngày càng tăng khi thời gian thức kéo dài. Thứ hai là đồng hồ sinh học nội tại, cơ chế phát tín hiệu cho biết đã đến thời điểm thông thường để cơ thể đi ngủ.
Trong một trong hai nghiên cứu, nhà nghiên cứu Sara B. Noya thuộc Viện Dược lý và Độc chất học của Đại học Zurich (Thuỵ Sĩ) cùng các cộng sự đã tìm hiểu cách hai cơ chế này ảnh hưởng đến quá trình sản xuất protein trong não chuột. Nhóm nghiên cứu phát hiện đồng hồ sinh học điều khiển việc tạo ra các bản phiên mã (transcript), những chỉ dẫn di truyền cần thiết để tế bào sản xuất protein. Tuy nhiên, bước cuối cùng của quá trình này chỉ được kích hoạt khi động vật thực sự đi ngủ. Nói cách khác, đồng hồ sinh học chuẩn bị sẵn bản thiết kế, còn giấc ngủ là điều kiện cần để hoàn thiện sản phẩm.
Khi theo dõi hoạt động của các nơron trong những vùng não liên quan đến nhận thức, nhóm của Noya phát hiện hai thời điểm hoạt động nổi bật trong chu kỳ 24 giờ, đó là ngay trước khi thức dậy và ngay trước khi đi ngủ. Vào những thời điểm này, các tế bào thần kinh tích tụ lượng lớn bản phiên mã tại các khu vực truyền tín hiệu của tế bào. Đáng chú ý, hai nhóm bản phiên mã phục vụ các chức năng khác nhau:
- Các bản phiên mã xuất hiện vào thời điểm ngủ chủ yếu mã hóa cho những protein có nhiệm vụ điều hòa quá trình tổng hợp các protein khác.
- Trong khi những bản phiên mã được tạo ra vào thời điểm thức lại liên quan đến các protein tham gia trực tiếp vào hoạt động và chức năng của khớp thần kinh.
Sự tích trữ có chọn lọc này được cho là bước chuẩn bị cần thiết để các khớp thần kinh được làm mới nhanh chóng trong khi ngủ. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện những con chuột thiếu các gen đồng hồ quan trọng không xuất hiện các đỉnh hoạt động nói trên, cho thấy vai trò trung tâm của hệ thống định thời sinh học.
Thiếu ngủ khiến protein không được tạo thành
Trong điều kiện ngủ nghỉ bình thường, các protein được tạo ra từ những bản phiên mã này cũng đạt mức sản xuất cao nhất vào hai thời điểm trong ngày: bình minh và hoàng hôn. Tuy nhiên, bức tranh thay đổi đáng kể khi chuột bị thiếu ngủ. Nhà nghiên cứu Noya và các cộng sự ghi nhận rằng tế bào thần kinh vẫn tiếp tục tạo ra nhiều bản phiên mã như thường lệ. Nhưng quá trình chuyển đổi các chỉ dẫn đó thành protein lại không diễn ra. Điều này cho thấy giấc ngủ không đơn thuần liên quan đến việc kích hoạt gen mà còn kiểm soát trực tiếp giai đoạn cuối cùng của quá trình tổng hợp protein, bước quyết định để duy trì các khớp thần kinh khỏe mạnh và hoạt động hiệu quả.
Không chỉ sản xuất protein, não còn kiểm soát thời điểm sử dụng chúng
Trong nghiên cứu thứ hai, nhà khoa học Franziska Brüning từ Đại học Ludwig Maximilian Munich (Đức) và Viện Hóa sinh Max Planck ở Martinsried (Đức) cùng các đồng nghiệp tập trung vào một câu hỏi khác: điều gì xảy ra sau khi protein được tạo ra? Không phải mọi protein được sản xuất đều lập tức tham gia hoạt động chức năng. Một trong những cơ chế điều hòa phổ biến nhất là quá trình gắn hoặc loại bỏ phân tử phosphate. Sự thay đổi này hoạt động giống như một công tắc bật tắt, quyết định protein có được kích hoạt hay không.
Khi khảo sát các protein đã được gắn phosphate, nhóm nghiên cứu phát hiện chúng cũng xuất hiện theo nhịp điệu với hai đỉnh hoạt động mỗi ngày. Đỉnh lớn hơn diễn ra ngay trước thời điểm thức dậy. Tương tự như nghiên cứu trước đó, tình trạng thiếu ngủ khiến các đỉnh hoạt động này gần như biến mất. Kết quả cho thấy giấc ngủ không chỉ ảnh hưởng đến việc sản xuất protein mà còn tác động đến thời điểm và cách thức các protein được đưa vào sử dụng trong não bộ.
Bà Maria Robles, nhà khoa học thần kinh tại Đại học Ludwig Maximilian Munich và đồng tác giả của cả hai nghiên cứu, cho rằng việc phân biệt rõ từng giai đoạn trong vòng đời của protein đã mở ra một góc nhìn hoàn toàn mới về cách não bộ vận hành. Theo bà, kết quả nghiên cứu cho thấy não bộ sở hữu “một cơ chế tuyệt vời để kiểm soát” các phân tử này.
Dù các thí nghiệm được thực hiện trên chuột, giáo sư Dược lý Akhilesh B. Reddy từ Trường Y Perelman thuộc Đại học Pennsylvania (Mỹ) cho biết não chuột từ lâu đã được xem là mô hình đáng tin cậy để nghiên cứu các cơ chế sinh học ở người. Ông nhận định những phát hiện mới có thể mang lại hiểu biết sâu sắc hơn về cách ký ức được củng cố trong khi ngủ, đồng thời mở ra nhiều hướng nghiên cứu triển vọng khác tập trung vào hoạt động của khớp thần kinh.
Như vậy, những phát hiện mới đã cung cấp thêm bằng chứng cho thấy giấc ngủ không chỉ là trạng thái nghỉ ngơi thụ động mà còn là giai đoạn then chốt để não bộ hoàn tất các quá trình phân tử cần thiết cho hoạt động thần kinh. Khi giấc ngủ bị cắt giảm, việc sản xuất và kích hoạt các protein quan trọng tại khớp thần kinh cũng bị gián đoạn, có thể ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng ghi nhớ, học tập và nhận thức. Dù vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu để làm rõ các cơ chế liên quan ở người, công trình này đã mở ra hướng tiếp cận mới trong việc tìm hiểu mối liên hệ giữa giấc ngủ, chức năng não bộ và sức khỏe thần kinh.
Nguồn: Scientific American
