Phát hiện âm thanh bất thường phát ra từ não người

Các nhà khoa học hy vọng rằng những sóng âm này sẽ giúp họ có được góc nhìn mới về cơ chế hoạt động của não bộ.

Trong hội nghị chuyên đề về giấc ngủ, Janna Lendner, bác sĩ gây mê tại Bệnh viện Đại học Y dược Đức đã trình bày một nghiên cứu nhằm phục vụ cho việc điều trị thần kinh.

Cụ thể, Lendner nhận thấy khi một người đang ngủ hoặc hôn mê, hệ thần kinh của họ được thả lỏng và nhận thức bắt đầu biến dạng. Từ đó, chúng sản sinh các sóng não bất thường. Cô cho rằng đây là những dấu hiệu giúp con người hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của não bộ.

Đến nay, não bộ con người vẫn tồn tại những bí ẩn mà con người chưa thể thấu hiểu hết

Một số nhà khoa học tại hội nghị cho rằng việc nghiên cứu sâu vấn đề này sẽ gặp khó khăn. Lý do là khi một người ngủ mơ, hay còn gọi là trạng thái ngủ REM (Rapid Eye Movement), sóng não của họ có dao động tương tự như lúc thức. Do đó sẽ khó mà phát hiện được sự khác biệt.

Tuy nhiên, bác sĩ Lendner khẳng định câu trả lời không nằm ở bản thân sóng não mà ở một khía cạnh thường bị các nhà khoa học bỏ qua: những âm thanh bất thường được điện não tạo ra.

Vị bác sĩ cho rằng những âm thanh này ẩn chứa tín hiệu bí mật nào đó mà con người vẫn chưa khai thác được. “Một âm thanh bất kỳ cũng có thể trở thành đầu mối”, cô nói.

Nhiều người vẫn còn hoài nghi về giả thuyết này nên đã tìm tới ông Bradley Voytek, một nhà khoa học chuyên về nhận thức tại Đại học Califonia (Mỹ). Họ cho rằng âm thanh trong não không phải đối tượng đáng nghiên cứu. Tuy nhiên, Voytek nhận thấy các nhà khoa học đang bỏ qua một điều quan trọng.

Trước đây, Voytek từng nghiên cứu về sự thay đổi âm thanh điện não khi con người già đi. Sau đó, dựa vào những công trình nghiên cứu về các hoạt động bất thường của não bộ, ông có cơ sở để tin vào lập luận của Lendner.

Ông đã dành nhiều năm hợp tác cùng các nhà khoa học tại Đại học Califonia thuộc thành phố San Diego và Berkeley để phát triển một phần mềm giúp trích xuất các dao động thần kinh nhất quán, như sóng alpha. Kết quả trả về có thể được quan sát dưới dạng quang phổ giúp hiển thị được nhiều dạng sóng, trong đó có cả sóng âm thanh.

“Chỉ đơn giản gặp các nhà khoa học và nói ‘chúng ta đang thiếu sót’ là chưa đủ. Họ cần một phương pháp nghiên cứu thật sự”, Voytek nhận định.

Lendner cho rằng việc tìm ra quy luật của các tín hiệu âm thanh trong não sẽ trở thành đóng góp quan trọng cho ngành thần kinh học.

Phần mềm của Voytek đã giúp các nhà khoa học có thể phân tích được vai trò của sóng não đối với hành vi, nhận thức, thậm chí quá trình ủ bệnh của con người. Voytek gọi hiện tượng mình đang nghiên cứu là những “tín hiệu không nhất quán”.

Vào năm 1925, giới khoa học cũng từng phát hiện những dao động bất thường trong sóng âm của não bộ. Tuy nhiên, do hạn chế về mặt thiết bị, các nhà khoa học thời đó chỉ có thể xem đây là một quy luật chưa thể khám phá.

Đến nay, nhờ vào thuật toán của Voytek, họ đã có một công cụ tốt hơn để phân tích các tín hiệu không nhất quán này.

Hoạt động theo chu kỳ là gì?

Chúng là những hoạt động nhất quán kéo dài, như hơi thở và nhịp tim, giúp duy trì sự sống cho cơ thể.

Ví dụ, khi neuron thần kinh tiết ra một hợp chất axit được gọi là glutamate, não bộ sẽ sản sinh cảm giác kích thích. Ngược lại, khi neuron tạo ra axit gamma-aminobutyric (GABA), thần kinh con người sẽ bị ức chế.

Nếu 2 hợp chất trên được tiết ra mà không tuân theo bất cứ quy luật nào, cơ thể chúng ta sẽ phải chịu những phản ứng nhất định. Sự kích thích quá liều sẽ dẫn đến co giật. Trong khi đó, sự ức chế gia tăng sẽ dẫn đến hôn mê.

Tuy nhiên, Lendner, Voytek cùng nhiều nhà khoa học khác cho rằng não bộ đang tồn tại những dạng sóng não dao động không theo chu kỳ.

“Đó là sự ngẫu nhiên, nhưng trên đời có rất nhiều dạng ngẫu nhiên”, Voytek nói, hàm ý cho sự đặc biệt cần được quan tâm của những âm thanh bất thường trong não.

Dựa vào thông tin của điện não đồ, Voytek nhận thấy những trạng thái thần kinh khác nhau cũng sản sinh các dạng sóng khác nhau. Ví dụ, chu kỳ dao động sóng alpha khi con người ngủ là 8-12 Hz.

Như vậy, những âm thanh bất thường trong não cũng phải gắn liền với một trạng thái nào đó.

Tín hiệu mới từ âm thanh trong não

Bằng cách sử dụng phần mềm của Voytek, Lendner cùng các đồng nghiệp đã phát hiện một lượng nhỏ âm thanh được tạo ra từ điện não của những bệnh nhân hôn mê có sự biến đổi không đồng nhất.

Ảnh quang phổ cho thấy hoạt động não bộ của một bệnh nhân đang ngủ được chụp bởi Lendner. Biên độ âm thanh màu trắng thay đổi dựa vào trạng thái nhận thức khi ngủ của bệnh nhân.

Nghiên cứu của Lendner cho thấy rằng các tín hiệu âm thanh này đóng vai trò như một “chữ ký độc nhất” để đo ý thức của con người. Đây là mấu chốt quan trọng giúp cải thiện việc gây mê và điều trị cho bệnh nhân hôn mê, Landner cho biết.

Theo Voytek, não người lớn tuổi bị chi phối bởi những bước sóng màu trắng nhiều hơn não người trẻ. Ông cho rằng những biên độ âm thanh này có liên hệ với chứng suy giảm trí nhớ do lão hóa.

Một công trình nghiên cứu khác cũng sử dụng thuật toán âm thanh điện não của Voytek để điều tra hiệu quả làm việc của thuốc ADHD. Cùng với đó là phục vụ cho mục đích nghiên cứu về não bộ của người tự kỷ.

Natalie Schaworonkow, một nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm của Voytek cũng sử dụng phần mềm của ông để phân tích dữ liệu điện não đồ của một đứa trẻ sơ sinh. Theo đó, họ phát hiện ra trong bảy tháng đầu đời, các tín hiệu không nhất quán đã có sự thay đổi đáng kể và chúng làm gia tăng chất xám ở trẻ.

Tuy nhiên, Schaworonkow cho rằng cần phải nghiên cứu thêm để xem các bước sóng này còn ảnh hướng đến khía cạnh khác không.

Theo Wired, việc có một công cụ như phần mềm của Voytek rất quan trọng. Các nhà khoa học thần kinh có thể kiểm tra được những dấu hiệu của não bộ chỉ bằng việc quan sát tín hiệu âm thanh phát ra.

Hiện tại, hạn chế mà các nhà khoa học phải đối mặt đó là không ai biết chính xác nguyên nhân gây ra những tín hiệu này.

“Nguyên nhân và nguồn gốc của chúng vẫn chưa được xác định. Nhưng chúng tôi phải tiếp tục nghiên cứu để tích lũy kiến thức”, Sylvain Baillet, giáo sư thần kinh học tại Đại học McGill (Canada) chia sẻ.

Voytek cho biết để kiểm tra giả thuyết về nguồn gốc của các tín hiệu không nhất quán, chúng ta cần tìm xem những loại mạch thần kinh nào có thể tạo ra chúng. Sau đó, liên kết chúng với hoạt động tổng thể của não bộ để dự đoán cơ chế phát tín hiệu.

Theo Wired , trong tương lai, những tín hiệu không nhất quán này sẽ hỗ trợ đắc lực cho con người trong việc tìm hiểu sâu hơn về cách thức hoạt động của não bộ.