Kỹ thuật fMRI tiên tiến tiết lộ cấu trúc động của não

Công trình nghiên cứu, được công bố trên Cell Systems mới đây, đã cho thấy một cách mới để có thể hiểu cấu ​​trúc não thông qua các mạng chức năng động, thách thức phương pháp tiếp cận tĩnh truyền thống.

Nghiên cứu tiết lộ rằng, sự chậm trễ trong giao tiếp giữa các vùng não là rất quan trọng để hiểu được tổ chức của các mạng chức năng. Không giống như các phương pháp thông thường, lấy kết quả trung bình một mạng tĩnh duy nhất, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp nghiên cứu sự tiến hóa theo thời gian của cường độ kết nối, phân tích các phân bổ có ý nghĩa thống kê của chúng thay vì sự kích hoạt trung bình của chúng. Điều này đã cho phép họ khám phá ra được một kiến ​​trúc não vừa mạnh mẽ vừa năng động. "Tốc độ kết nối giữa các vùng não và thời gian tích hợp là khác nhau, dẫn đến sự chậm trễ trong giao tiếp. Mục tiêu của chúng tôi là kết hợp những sự chậm trễ này vào quá trình phân tích kết nối chức năng để phát triển một phương pháp chính xác và nhạy bén hơn", nhà nghiên cứu Santiago Canals, người đứng đầu phòng thí nghiệm Brain Networks Pasticity tại IN, giải thích.

Kết quả của nghiên cứu này cho thấy sự tồn tại của một trục chức năng được hình thành bởi các tương tác mạnh mẽ, không có độ trễ, được bổ sung bởi một số lượng lớn các kết nối yếu hơn có cường độ dao động theo thời gian, giúp tăng thêm tính linh hoạt cho kiến ​​trúc chức năng của não. "Phương pháp tiếp cận năng động này nắm bắt thực tế tốt hơn sự liên tục thay đổi của não. Nó cho phép chúng tôi thu được kết quả tương tự ở chuột, khỉ đuôi sóc và con người, với sự nhất quán phi thường khi cùng một đối tượng được quét nhiều lần theo thời gian, điều này không phổ biến trong lĩnh vực cộng hưởng từ", Canals nhấn mạnh.

Một trong những khám phá quan trọng nhất của nghiên cứu này là xác định được "trục kết nối" - một tập hợp các kết nối chức năng mạnh mẽ và ổn định, đóng vai trò là cốt lõi của giao tiếp trong não. Mặc dù các kết nối này chiếm chưa đến 10% trong số tất cả các kết nối được nghiên cứu, nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong sự gắn kết tổng thể các mạng lưới não, duy trì kết nối mạnh mẽ, đảm bảo giao tiếp hiệu quả giữa các vùng khác nhau. "Hiệu quả trong giao tiếp mạng lưới thần kinh sẽ giảm đáng kể khi các kết nối này bị tổn hại, nhấn mạnh tầm quan trọng của chúng trong cấu trúc chức năng của não. Trong khi đó, các kết nối yếu hơn và năng động hơn khuếch đại các trạng thái chức năng tiềm ẩn của hệ thống, mang lại sự linh hoạt", Canals kết luận.

Để tiến hành nghiên cứu này, các nhà khoa học đã sử dụng dữ liệu fMRI từ chuột, linh trưởng không phải người, con người và bệnh nhân mắc hội chứng rối loạn do sử dụng rượu. Những phát hiện này mở ra hướng đi mới giúp chúng ta xác định các dấu ấn sinh học não chính xác và nhạy cảm hơn, có khả năng phát hiện những thay đổi tinh tế trong mạng lưới nơ ron, có thể có ý nghĩa quan trọng trong việc chẩn đoán các bệnh lý thần kinh.

Những kết quả này có thể thực hiện được nếu có sự hợp tác quốc tế chung, quy tụ các chuyên gia từ nhiều lĩnh vực khác nhau. Canals cũng nhấn mạnh rằng nghiên cứu này chỉ có thể thực hiện được với một nhóm đa ngành.

Nhóm nghiên cứu của David Moratal của Trung tâm Vật liệu sinh học và Kỹ thuật mô (CBIT) tại Đại học Bách khoa València cũng đóng góp công sức vào nghiên cứu này.