Bí mật 'bộ đếm giờ' trong não giúp dự đoán chính xác thời điểm thức giấc

Lâu nay, câu hỏi về việc làm thế nào não bộ theo dõi chính xác từng phút giây trong một giấc ngủ liên tục vẫn là khoảng trống lớn đối với giới khoa học.

Trong khi những nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào các mạch thần kinh giúp con người bật dậy trong tích tắc.

Mới đây, một nhóm nghiên cứu quốc tế đã bước đầu vén bức màn bí mật này khi xác định được một tín hiệu hóa học trong não bộ hoạt động giống như một bộ đếm thời gian thực thụ, không chỉ ghi lại độ dài của giấc ngủ mà còn đếm số lần bị gián đoạn để dự đoán chính xác thời điểm cơ thể sẽ tỉnh giấc.

Công trình này do nhà thần kinh học Yao Chen cùng các cộng sự tại Đại học Washington cơ sở St. Louis (Mỹ) thực hiện trên loài chuột.

Lời lý giải từ tín hiệu gắn thẻ protein

Bằng cách sử dụng một cảm biến huỳnh quang chuyên dụng trong não chuột để theo dõi thời gian thực, nhóm nghiên cứu đã quan sát tác động của một loại enzyme quen thuộc có tên là protein kinase A, vốn từng được biết đến với vai trò liên quan đến sự tỉnh táo. Enzyme này có nhiệm vụ gắn các thẻ hóa học lên bề mặt tế bào não.

Qua quan sát, các nhà khoa học phát hiện rằng sự hiện diện của những chiếc thẻ này tuân theo một nhịp điệu rất rõ ràng và có thể dự đoán trước. Khi những con chuột thức dậy, mức độ gắn thẻ protein duy trì ở mức cao và ổn định.

Thế nhưng, ngay khi chúng chìm vào giấc ngủ, mức độ gắn thẻ này bắt đầu giảm chậm và liên tục trong suốt thời gian ngủ. Đặc biệt, mỗi khi chuột trải qua những khoảnh khắc gián đoạn ngắn trong giấc ngủ, tín hiệu liên quan đến enzyme này lại vọt lên trước khi tiếp tục giảm xuống.

Phát hiện này cho thấy quá trình gắn thẻ xảy ra đồng thời với việc đếm tổng thời gian ngủ và tần suất các lần bị quấy rầy. Nhờ tính toán được cả những khoảnh khắc trằn trọc này, việc theo dõi tín hiệu hóa học có thể dự đoán xác suất từng khoảnh khắc con người hoặc động vật sắp tỉnh dậy chuẩn xác hơn nhiều so với việc chỉ đo lường thời gian ngủ bao lâu.

Theo nhóm nghiên cứu, mức độ gắn thẻ này không đóng vai trò như một chiếc chuông báo thức kích hoạt đúng giây phút thức giấc vốn thường do tiếng động bất ngờ gây ra, mà nó phản ánh một sự sẵn sàng sinh lý đang lớn dần lên trong cơ thể.

Khi nhóm nghiên cứu chủ động giữ cho những con chuột thức dậy trong thời gian dài rồi mới cho phép chúng ngủ, tín hiệu hóa học này giảm xuống mức thấp hơn cả những giấc ngủ bình thường.

Tốc độ giảm vẫn giữ nguyên, nhưng vì những con chuột bị thiếu ngủ ngủ lâu hơn và ít trằn trọc hơn, các mức gắn thẻ có nhiều thời gian không bị gián đoạn hơn để giảm xuống trước khi chúng tỉnh lại.

Điều này cho thấy tín hiệu enzyme đo lường mức độ nhu cầu ngủ tích tụ đã được giải tỏa thay vì chỉ đóng vai trò là một chiếc đồng hồ đơn thuần.

Giải pháp tiềm năng cho bài toán đánh giá thiếu ngủ

Dù mang lại góc nhìn mới mẻ, công trình hiện vẫn đang chờ quá trình phản biện khoa học khắt khe. Một số chuyên gia trong ngành cũng bày tỏ sự thận trọng trước kết quả này.

Tiến sĩ Anita Lüthi, một nhà thần kinh học chuyên nghiên cứu về giấc ngủ tại Đại học Lausanne (Thụy Sĩ), cho rằng dù bất kỳ nghiên cứu nào làm sáng tỏ các cơ chế phân tử trong giấc ngủ đều đáng ghi nhận, nhưng việc khẳng định tín hiệu enzyme nói trên đại diện cho một thước đo thực sự về nhu cầu ngủ vẫn cần thêm thời gian kiểm chứng.

Theo bà Lüthi, nhu cầu ngủ thường tích tụ và tiêu tan chậm qua nhiều ngày chứ không chỉ diễn ra trong khoảng thời gian ngắn của từng phiên ngủ đơn lẻ.

Thay vì theo dõi nợ giấc ngủ, mức độ gắn thẻ có thể đang phản ánh mức độ cảnh giác của động vật hoặc dự báo thời điểm chuyển sang giai đoạn ngủ mơ, tương tự như nhịp tim cũng có sự sụt giảm ổn định trước khi giấc ngủ chuyển sang giai đoạn này.

Dẫu vậy, giới chuyên môn đánh giá rằng nếu phát hiện này được chứng minh trên con người, nó có thể mở ra những ứng dụng vô cùng thiết thực trong đời sống.

Ketema Paul, một nhà thần kinh học tại Đại học California cơ sở Los Angeles (Mỹ), nhận định y học hiện đại vẫn thiếu một bài kiểm tra độ tỉnh táo mang tính tiêu chuẩn để đánh giá tình trạng thiếu ngủ.

Do đó, một dấu hiệu sinh học rõ ràng như vậy có thể giúp đảm bảo an toàn cho những người làm việc trong các ngành nghề có rủi ro cao như tài xế đường dài hay nhân viên trực cấp cứu tại bệnh viện, nơi tình trạng thiếu ngủ có thể dẫn đến những hậu quả thảm khốc.

Hiện tại, nhóm của ông Yao Chen đang lên kế hoạch cho các thí nghiệm tiếp theo nhằm làm chủ hoạt động của enzyme này trong thời gian thực.

Anh Vũ