Hoạt động của não potx

Ngày nay, những sự cố nghiêm trọng như chảy máu não, có u… rất dễ dàng phát hiện được vị trí tổn thương nhờ chụp ảnh cắt lớp và đặc biệt là chụp các nhà thần kinh học, tâm lý học đã có

Hoạt động của não

Não gồm hai bán cầu não và bốn thùy não với thể tích 1.400

cm3 (trong đó vỏ não

có thể tích 500 cm3),

có từ 10 đến 100 tỷ nơron (tế bào thần kinh) Cấu tạo của não đã

được mổ xẻ (khi cơ thể đã chết)

để tìm hiểu kỹ từ hàng trăm năm nay Trong những năm gần đây,

đã có những phương pháp mới

giúp nhìn được cấu tạo của từng

lớp bên trong hộp sọ khi cơ thể đang sống Ngày nay, những sự

cố nghiêm trọng như chảy máu não, có u… rất dễ dàng phát hiện được vị trí tổn thương nhờ chụp ảnh cắt lớp và đặc biệt là chụp

các nhà thần kinh học, tâm lý học

đã có những chương trình nghiên cứu về chức năng, hoạt động của từng khu vực ở não và dần dần

hé mở nhiều điều mới lạ Science

et Avenir số tháng 6.2005 đã đưa

ra một số thông tin mới về sử

dụng các phương pháp này

Trung tâm nghiên cứu về não

Neurospin của châu Âu

Cuối năm 2006 sẽ hoàn thành việc xây dựng Trung tâm Neurospin của châu Âu đặt tại Saint Aubin

(Essone, Pháp) Các thiết bị kỹ

thuật để nhìn thấy não hoạt động hiện đại nhất sẽ có ở đây Máy

chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân phổ biến hiện nay làm việc với

cuộn dây siêu dẫn tạo ra từ trường

cỡ 1,5-3 T, cho phép thấy được não

với độ phân giải không gian cỡ vài milimet, tức là thấy được những

cụm hàng triệu nơron Neurospin sẽ trang bị máy MRI với nam châm

11,7 T để nghiên cứu cơ thể người,

độ phân giải sẽ tốt hơn 10 lần,

nghĩa là thấy được những những

cụm hàng nghìn nơron Sẽ có MRI với nam châm 17 T để nghiên cứu tiền lâm sàng (ở chuột), lúc đó sẽ thử nghiên cứu MRI đối với từng nơtron một Bên cạnh việc cải tiến các phương pháp EEG, MEG và

PET, sẽ phát triển MRI chức năng (fMRI) và MRI khuyếch tán, nhằm nghiên cứu những chỗ nối, những tiếp xúc về thần kinh vỏ não, tìm ra những đường chính, đường phụ về

truyền thông tin ở não

Máy phát hiện nói dối

Daniel Langleben ở Đại học

Pennsylvanie (Mỹ) đã làm một

thiết bị phát hiện nói dối trên cơ sở MRI Năm 2002, nghiên cứu trên những người tình nguyện, đã tìm thấy khi nói dối thì khu vực này

hoạt động, lúc nào nói thật thì khu vực kia hoạt động Bên cạnh những phương pháp khác như PET, EEG, MEG, phương pháp dùng MRI cho nhiều kết quả xác thực và người ta đang tìm cách để được công nhận

là một chứng cứ pháp lý

Ở Mỹ, tháng 8.1999 có một kẻ giết người đã được trắc nghiệm bằng

EEG và xác minh là đúng Ngược lại, tháng 2.2003, một nghi can

được xử là vô tội nhờ kỹ thuật này

Có bướu toán học, có trung tâm tính toán ở não hay không?

Nhiều nghiên cứu chứng minh

được rằng, ở đỉnh vỏ não có một

vùng cứ nhộn nhịp hẳn lên khi thực hiện tính toán (so sánh, ước lượng, tính nhẩm…) Khi làm phép trừ,

phép cộng, khi thao tác với những con số, nơron vùng đó hoạt động Nhưng không phải đó là vùng duy nhất vì người ta phát hiện thấy một

số vùng ở vỏ não trước, ở đỉnh bán cầu trái cũng làm việc Nhìn kỹ thì thấy ở những khu vực này có một

số môđun hoạt động khi tính toán Như vậy, hiện nay người ta chưa công nhận chức năng tính toán tập trung vào một khu vực ở não mà phân tán, kết hợp với nhiều vùng khác nhau

Nghiên cứu cũng thấy rằng, khả

năng toán học của trẻ em phát triển rất tự nhiên Trước khi biết nói, trẻ

em đã có ý niệm về con số qua

những ví dụ thực tế khi bắt đầu nói được và khi được luyện tập, khả

năng tính toán của trẻ em tăng dần lên

Những người có biệt tài tính nhanh, nhớ nhiều con số, nhớ nhiều thứ… không phải là do các vùng tính toán thường có ở não phát triển hoạt

động mạnh Trái lại những người này kích hoạt được những vùng

phụ của vỏ não (những diện tích

động thần kinh, người ta đã đi đến kết luận là việc đào tạo về âm nhạc, thể thao và một số năng khiếu…

phải bắt đầu từ tuổi nào thì mới có hiệu quả tốt

từ tương tự như có gắn một thanh

nam châm cực nhỏ Dưới tác dụng của từ trường ngoài, momen từ của hạt nhân nguyên tử quay đảo tương

tự như con quay dưới tác dụng của trọng trường trên mặt đất Nếu hạt nhân đang quay đảo với tần số w

mà có thêm sóng vô tuyến cùng tần

số w tác dụng, hạt nhân sẽ quay

đảo cực mạnh vì có hiện tượng

cộng hưởng Đó là cộng hưởng từ hạt nhân Khi ngừng tác dụng sóng

vô tuyến, hạt nhân sẽ từ trạng thái quay đảo cực mạnh trở về trạng

thái quay đảo bình thường Hạt

nhân có momen từ quay như vậy sẽ sinh ra sóng điện từ phát ra không gian xung quanh, có thể đo được sóng điện từ đó nếu đặt vào đấy

một cuộn dây điện

Việc hạt nhân từ trạng thái quay

đảo mạnh do cộng hưởng trở về

trạng thái quay đảo bình thường

nhanh hay chậm còn tùy thuộc vào các nguyên tử quanh hạt nhân cản trở chuyển động quay ít hay nhiều

Ví dụ, hạt nhân của nguyên tử H

trong phân tử nước (H2O) của máu,

từ trạng thái cộng hưởng quay về trạng thái thường rất nhanh nếu

máu đang lưu thông trong mạch

máu, trái lại quay về rất chậm nếu máu chảy thấm ra ngoài thịt, mỡ

Ở máy MRI, người ta có thể tạo ra cộng hưởng ứng với một loại hạt

nhân nào đó (ví dụ hạt nhân hyđrô) trong từng thể tích cỡ milimet khối của não và theo dõi trạng thái cộng hưởng Lần lượt quét thể tích có

cộng hưởng này, sẽ có được hình ảnh cộng hưởng từ hạt nhân ở từng lớp

Có thể theo dõi ảnh để biết được

cấu tạo bên trong của não lúc cơ

thể đang sống (biết được có chảy máu trong não hay không, chảy ở chỗ nào) Có thể dùng MRI để theo dõi hoạt động của não, ví dụ như khu vực nào của não hoạt động,

máu đưa oxy về vùng đó mạnh hay yếu

Đặc điểm MRI

- Phân giải không gian: 3 mm

- Phân giải thời gian: 3 giây

Thuận lợi/khó khăn: Phân giải

không gian rất cao, phân giải thời gian vừa phải Đây là phương pháp hiệu nghiệm và dễ sử dụng nhất

hiện nay để nghiên cứu về não

Người ta đã phát triển phương pháp chụp ảnh cộng hưởng từ chức năng (fMRI) để nghiên cứu không chỉ về cấu tạo mà còn về chức năng hoạt động của não Tuy nhiên, phương pháp này khá tốn kém do phải dùng hêli lỏng để làm lạnh cuộn dây siêu dẫn

EGG

Điện não đồ EEG

(Electroencephalography) là

phương pháp đo dòng điện chạy

qua các điện cực đặt trên da đầu,

đôi khi đặt trục tiếp trên vỏ não Từ các biến đổi của dòng điện ghi

được, có thể suy đoán nhiều hoạt động, tình trạng của não

Có nhiều cách mắc các điện cực

nhưng nói chung là bố trí để đo

hiệu thế giữa từng đôi điện cực nhờ các bộ khuyếch đại điện thế vi

phân, khuyếch đại chênh lệch điện thế từ 1.000 đến 100.000 lần Khi

đo hiệu thế giữa hai điểm trên da đầu, hiệu thế đo được cỡ 100 mV, còn ở vỏ não hiệu thế đo được từ 1-

2 mV

Tùy hoạt động của vỏ não, các hiệu thế này thường biến thiên theo hình sin, có tên là sóng đenta (cỡ dưới 4 Hz), sóng teta (cỡ 4-8 Hz), sóng

anpha (cỡ 8-12 Hz), sóng bêta (cỡ trên 12 Hz) và sóng gamma (cỡ 26-

80 Hz) Mỗi loại sóng ở mỗi khu vực tương ứng với một dạng hoạt động của não Đặc biệt đối với

người chết, tất cả các dạng sóng

đều phẳng lỳ, nên người ta dùng để chứng minh chắc chắn là chết thật

Có thể vẽ bản đồ sóng đối với cả

diện tích của da đầu hoặc theo dõi dạng sóng ở một số khu vực

Phương pháp điện não đồ đã bắt

đầu phát triển từ năm 1920, được dùng nhiều để nghiên cứu các bệnh tâm thần, tìm hiểu hoạt động của hệ thần kinh

Đặc điểm của EEG

- Phân giải không gian: 6 mm

- Phân giải thời gian: 1 ms

Thuận lợi/khó khăn: Là phương

pháp đo trực tiếp các tín hiệu điện, phân giải thời gian cao nhất (1 ms)

Phân giải không gian không cao, khi đo phải làm thương tổn nhẹ da đầu để đặt điện cực, các phép đo

phải thực hiện nhiều lần Phương pháp này thường phải kết hợp với các phương pháp khác, đặc biệt là với MRI

PET

Ở phương pháp chụp ảnh cắt lớp phát xạ PET (Positron Emission

Topography), người ta dùng

nguyên tử phóng xạ làm nguyên tử đánh dấu để theo dõi Cho các

nguyên tử phóng xạ này (như C, N,

O, F…) kết nối với các phân tử của chất có hoạt tính chuyển hóa như

đường rồi tiêm vào trong cơ thể,

thường là tiêm vào máu Chất hoạt tính chuyển hóa đi vào cơ thể, tập trung ở các mô quan tâm Ở đấy,

các nguyên tử phóng xạ phát ra

positron (hạt như điện tử nhưng

mang điện dương) đi được một

đoạn ngắn thì gặp điện tử vì trong

cơ thể có rất nhiều điện tử Khi một positron gặp một điện tử thì cặp hạt

- phản hạt này hủy nhau và phát ra hai photon đi thẳng, ngược chiều nhau Các photon này có năng

lượng rất lớn, vào cỡ tia gamma

nên xuyên qua được cơ thể, bay

thẳng ra ngoài Nếu bố trí hai

đêtectơ nhấp nháy ở hai đầu đối

diện, hai đêtectơ sẽ thu được đồng

thời hai photon do hủy cặp positron

- điện tử tạo ra

Để chụp ảnh cắt lớp não, người ta

bố trí các đêtectơ từng đôi một đối diện nhau thành một vòng bao

quanh đầu Chỉ khi nào có hai

photon đồng thời đến hai đêtectơ của một cặp đối diện, hai đêtectơ mới ghi nhận, biến thành tín hiệu điện để máy tính xử lý Với cách

này, người ta ghi và vẽ ra được rất chính xác những vị trí có hạt nhân phóng xạ, tức là những mô có tập trung chất hoạt tính chuyển hóa

Các hạt nhân phóng xạ dùng ở PET phải là những hạt nhân có thời gian

sống ngắn, thường dùng 11C (~20 phút), 13N (~10 phút) 150 (~2

phút) và 18F (~110 phút) Do thời gian sống ngắn nên phải chế tạo các chất phóng xạ tại chỗ gần nơi đặt máy PET Cách chế tạo phổ

biến là dùng một máy gia tốc điện

tử nhỏ bắn phá điện tử năng lượng cao vào các chất để tạo ra chất

phóng xạ

Đặc điểm của của PET

- Phân giải không gian: 6 mm

- Phân giải thời gian: 8 phút

Thuận lợi/khó khăn: Là phương pháp duy nhất thấy được các quá

rất nhỏ nên từ trường do chúng sinh

ra ở bên ngoài não cũng rất nhỏ, cỡ vài trăm femtotesla (1 fT = 10-15 T) Để đo được từ trường cực nhỏ này phải dùng cảm biến cực nhạy SQUID và phải dùng nhiều biện

pháp để ngăn chặn nhiễu do từ

trường trái đất và từ trường nhiễu

do điện ở bên ngoài

Người ta bố trí khoảng 300 đầu dò đặt quanh đầu Trình độ kỹ thuật

hiện nay mới chỉ đo được từ trường

do dòng ion chạy qua phần hình

nón của các tế bào thần kinh ở gần

vỏ não, từ trường đo được ứng với dòng ion chạy qua cỡ 50.000

nơron Chưa đo được từ trường của

dòng điện do từng nơron sinh ra

Phương pháp MEG bắt đầu xuất

hiện từ những năm 70 của thế kỷ

XX và có nhiều cải tiến nhờ máy tính Đây là phương pháp trực tiếp

đo được những tín hiệu ở não hoạt động phát ra và hoàn toàn không làm tổn hại đến não Phương pháp MEG rất hữu hiệu khi sử dụng để nghiên cứu những bệnh như động kinh, dễ phát hiện những vùng

nhạy cảm khi não hoạt động, đặc biệt dễ phát hiện vùng có ung thư ở não, vùng não không hoạt động,

không điều khiển được ở vỏ não Đặc điểm của MEG:

- Phân giải không gian: > 6 mm

- Phân giải thời gian: 1 ms

Thuận lợi/khó khăn: Phân giải thời gian vào loại tốt nhất, tương đương với điện não đồ, hoàn toàn đo theo kiểu không tiếp xúc, không phải

đưa hóa chất vào cơ thể Độ phân giải không gian kém, không thấy được chi tiết, máy cồng kềnh, bệnh nhân phải giữ bất động lâu