Sóng não xoắn ốc – 'Đồng hồ không gian-thời gian' của não bộ vừa được các nhà khoa học giải mã

Cơ chế tạo ra sóng xoay tròn

Chuyển động xoắn ốc được thúc đẩy bởi một cấu trúc giải phẫu cố định: các nơ-ron trong vỏ não cảm giác có sợi nhánh (axon) xoay theo một vòng tròn vật lý, tạo thành một cấu trúc giống như 'băng chuyền' (merry-go-round). Sự sắp xếp dạng vòng tròn này hoạt động như một đường ray, dẫn dắt các tín hiệu điện thành một dạng xoắn ốc khi chúng lan truyền. Các nhà khoa học đã quan sát được điều này nhờ kỹ thuật chụp ảnh toàn bộ vỏ não (cortex-wide imaging) và đo điện sinh lý quy mô lớn (large-scale electrophysiology) trên chuột .

Sự đồng bộ hóa toàn cầu giữa các bán cầu và cấu trúc sâu

Các sóng xoay tròn này không chỉ giới hạn ở một điểm. Những phát hiện chính bao gồm:

• Các sóng phản chiếu đối xứng ở cả hai bán cầu — một luồng khí thổi nhẹ vào râu bên trái của chuột tạo ra sóng xoắn ốc theo chiều kim đồng hồ ở vỏ não cảm giác bên phải, và các sóng tương ứng ở vỏ não vận động .
• Các sóng xoắn ốc phối hợp giữa vỏ não cảm giác và vỏ não vận động, kết nối cảm giác với chuyển động.
• Chúng cũng đồng bộ hóa với hoạt động phát xung thần kinh ở các cấu trúc dưới vỏ não sâu hơn bao gồm đồi thị (thalamus), thể vân (striatum) và não giữa (midbrain), cho thấy các sóng này mang thông tin xuyên suốt các vùng não có chức năng khác nhau .

Bằng chứng về đồng hồ nội tại phối hợp cảm giác với hành động

Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng những sóng xoay tròn này hoạt động như một đồng hồ không gian-thời gian (spatiotemporal clock), sắp xếp trình tự cảm giác theo sau là hành động . Các bằng chứng cụ thể:

• Một luồng khí thổi nhẹ vào râu chuột ngay lập tức tạo ra một chuỗi sóng xoắn ốc theo chiều kim đồng hồ, chứng minh việc tạo sóng phụ thuộc vào kích thích .
• Trong một nhiệm vụ phát hiện vật thể dựa trên phần thưởng đòi hỏi sự phối hợp giữa chân và mắt, các dạng sóng xoắn ốc thay đổi tùy thuộc vào trạng thái kích thích (arousal state) của chuột và sự thành công của nhiệm vụ .
• Nhóm nghiên cứu đề xuất rằng các sóng này có thể giúp não bộ dự đoán các chuỗi cảm giác và củng cố các kỹ năng vận động thông qua luyện tập — chảy qua các khu vực để phối hợp chuỗi 'cảm nhận rồi hành động' .

Câu hỏi mở: liệu có tồn tại ở người hay không?

Các nhà nghiên cứu vẫn chưa xác định được liệu các sóng xoay tròn di chuyển này có được phối hợp trên toàn bộ não ở các loài khác, bao gồm cả con người, ở mức độ tương tự như ở chuột hay không . Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu độc lập trước đây đã phát hiện ra các dạng sóng xoắn ốc tương tự trong vỏ não người bằng fMRI (công bố trên tạp chí Nature Human Behaviour, năm 2023) và trong các nhiệm vụ trí nhớ của con người (công bố trên Nature Communications, năm 2026). Vì vậy, hiện tượng này có thể không chỉ có ở loài gặm nhấm, nhưng liệu mạch thần kinh hình vòng tròn tương tự trong vỏ não cảm giác có thúc đẩy nó ở người hay không vẫn là một ẩn số .

Kết luận chính: Nghiên cứu của Đại học Washington cung cấp lời giải thích cơ chế đầu tiên về cách các sóng não xoắn ốc xuất hiện từ một cấu trúc thần kinh hình vòng tròn, cách chúng đồng bộ hóa trên toàn bộ não và cách chúng có thể hoạt động như một cơ chế định thời gian kết nối cảm giác với hành động. Liệu cấu trúc mạch cụ thể này có tồn tại trong não người hay không là câu hỏi lớn còn để ngỏ .