Khoa học - Y dược

Phương pháp toán học mới tiết lộ cấu trúc trong hoạt động thần kinh trong não (27/11/2015)

Một phương pháp toán học mới được phát triển có thể phát hiện cấu trúc hình học trong hoạt động thần kinh trong não.

“Trước đây, để hiểu rõ cấu trúc này, các nhà khoa học cần liên kết hoạt động thần kinh với một số kích thích bên ngoài cụ thể”, Vladimir Itskov, Giáo sư toán học tại Đại học Penn State, cho biết. “Phương pháp của chúng tôi là phương pháp đầu tiên có thể tiết lộ cấu trúc này mà không cần kích thích trước bên ngoài. Hiện nay chúng tôi đã phát hiện ra rằng phương pháp mới của chúng tôi sẽ cho phép khám phá cấu trúc tổ chức của tế bào thần kinh mà không cần biết trước chức năng của chúng”.

Ảnh minh họa các tế bào thần kinh. Ảnh: Benedict Campbell, Wellcome Images / CC.

“Các phương pháp truyền thống được các nhà nghiên cứu sử dụng để phân tích mối quan hệ giữa các hoạt động của tế bào thần kinh đã được ngành vật lý thừa nhận”, Lưu Gia Linh Curto, Phó Giáo sư toán tại Penn State cho biết, “nhưng dữ liệu khoa học thần kinh không nhất thiết phải tuân theo những quy tắc tương tự như dữ liệu vật lý, vì vậy chúng tôi cần các công cụ mới. Phương pháp của chúng tôi là một bước đầu tiên hướng tới việc phát triển một bộ công cụ toán học mới để phát hiện ra cấu trúc của các mạch thần kinh trong não có các chức năng chưa được nắm rõ”.

Phương pháp này gọi là tôpô nhóm được phát triển bởi một nhóm liên ngành gồm các nhà nghiên cứu tại Đại học Penn State, Đại học Pennsylvania, Viện Y khoa Howard Hughes và Đại học Nebraska-Lincoln.

“Chúng tôi đã sử dụng phương pháp tiếp cận từ lĩnh vực tôpô đại số mà trước đó đã được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực toán học thuần túy và đã áp dụng chúng vào dữ liệu thực nghiệm về các hoạt động của các tế bào vị trí - một loại tế bào thần kinh chuyên biệt trong vùng não hippocampus cảm nhận vị trí của một con vật trong môi trường của nó”, Curto nói.

Các nhà nghiên cứu đã đo hoạt động của các tế bào vị trí trong não của những con chuột trong ba điều kiện thí nghiệm khác nhau. Sau đó họ phân tích các mối tương quan cặp đôi của hoạt động này - việc kích hoạt mỗi tế bào thần kinh có liên quan như thế nào đến việc kích hoạt mỗi tế bào thần kinh khác.

Trong điều kiện đầu tiên, những con chuột được phép đi lại tự do trong môi trường của chúng - một hành vi trong đó các hoạt động của các tế bào vị trí có liên quan trực tiếp đến vị trí của động vật trong môi trường của nó. Họ tìm kiếm dữ liệu để tìm các nhóm tế bào thần kinh, trong đó hoạt động của tất cả các thành viên của nhóm này có liên quan đến hoạt động của tất cả các thành viên khác. Việc phân tích các nhóm này của họ, sử dụng các phương pháp topo đại số, tiết lộ một cấu trúc hình học có tổ chức. Điều đáng ngạc nhiên là các nhà nghiên cứu tìm thấy cấu trúc tương tự trong các hoạt động giữa các tế bào vị trí trong hai điều kiện khác mà họ thí nghiệm là chạy bánh xe và ngủ, trong đó các tế bào vị trí không được dự kiến sẽ có tổ chức hình học.

“Bởi vì cấu trúc mà chúng tôi phát hiện tương tự như nhau ở cả ba điều kiện thí nghiệm, chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi đã tìm ra cấu chức cơ bản của các tế bào vị trí trong vùng hippocampus”, Itskov nói.

Nguồn: vista.vn (Theo Physorg, 19/10/2015)