Xung âm 50 mili giây làm sóng dịch não tủy mạnh hơn khi ngủ như thế nào?

Một âm thanh chỉ kéo dài 50 mili giây có thể tác động đến chuyển động của chất lỏng quanh não, nhưng điều quyết định không chỉ là âm thanh mà còn là thời điểm phát. Trong thử nghiệm trên 14 người trưởng thành khỏe mạnh, nhóm nghiên cứu tại MIT phát các xung tiếng ồn hồng đúng lúc sóng não chậm đạt đỉnh. Kết quả đo trong khi ngủ cho thấy biên độ của cả sóng điện não chậm lẫn sóng dịch não tủy đều tăng. Phát hiện này giúp làm rõ cách hoạt động điện của não liên kết với dòng chất lỏng, nhưng chưa chứng minh người tham gia có trí nhớ tốt hơn, ngủ hồi phục hơn hay giảm nguy cơ mắc bệnh thoái hóa thần kinh. [1]

Vì sao dịch não tủy chuyển động khi chúng ta ngủ?

Dịch não tủy là chất lỏng trong suốt bao quanh não và tủy sống. Ngoài vai trò đệm bảo vệ, nó còn tham gia cung cấp một số chất dinh dưỡng và vận chuyển các sản phẩm thải do tế bào não tạo ra khi sử dụng năng lượng, chẳng hạn axit lactic và protein đã suy thoái. Khi ngủ, dịch này không đứng yên mà tạo thành những đợt chuyển động ra vào não. Các phép đo bằng cộng hưởng từ chức năng trước đây của nhóm Laura Lewis cho thấy những đợt dịch chuyển ấy liên kết chặt với loại hoạt động điện được gọi là sóng não chậm. [1]

Sóng chậm xuất hiện trong giấc ngủ không chuyển động mắt nhanh, tức giấc ngủ non-REM, và nổi bật hơn ở những giai đoạn ngủ sâu. “Biên độ” ở đây có thể hiểu là độ lớn của biến thiên được thiết bị ghi nhận, không phải kích thước của một làn sóng hữu hình chạy qua não. Mối liên hệ giữa hai tín hiệu đặt ra câu hỏi trọng tâm: nếu chủ động làm sóng điện não mạnh hơn, liệu chuyển động của dịch não tủy có tăng theo hay không? [1]

Tiếng ồn hồng tác động vào sóng chậm ra sao?

Nhóm nghiên cứu sử dụng tiếng ồn hồng, loại âm thanh chứa các tần số mà tai người nghe được nhưng nhấn mạnh tần số thấp hơn và làm dịu tần số cao hơn. Vì vậy, nó thường tạo cảm giác cân bằng, gần với tiếng mưa đều hoặc thác nước ở xa. Mỗi kích thích trong thí nghiệm chỉ là một xung dài 50 mili giây và đủ nhẹ để không đánh thức người đang ngủ. [1]

Điểm mấu chốt là xung âm được phát tại đỉnh của sóng chậm, chứ không rải ngẫu nhiên trong đêm. Có thể hình dung bằng ví dụ một chiếc xích đu: một cú đẩy nhỏ đúng nhịp có thể làm biên độ dao động tăng rõ hơn, trong khi cú đẩy sai thời điểm ít hiệu quả hơn. So sánh này chỉ minh họa vai trò của thời điểm; não, âm thanh và dòng dịch não tủy không vận hành như một hệ cơ học đơn giản.

Làm sao phát âm thanh đúng vào một đỉnh sóng não?

Muốn canh đúng thời điểm, các nhà nghiên cứu phải theo dõi điện não đồ EEG của người tham gia ngay trong lúc ngủ. Đồng thời, họ cần dùng fMRI để quan sát tín hiệu liên quan đến dòng dịch não tủy. Hai phép đo này khó kết hợp vì từ trường của máy cộng hưởng từ gây nhiễu mạnh lên EEG, che lấp tín hiệu mà hệ thống cần dùng để xác định pha của sóng chậm. [1]

Nhóm đã xây dựng phương pháp loại nhiễu fMRI khỏi dữ liệu EEG trong thời gian dưới 100 mili giây. Khoảng trễ nhỏ vẫn đủ khiến hệ thống có thể bỏ lỡ đỉnh sóng, nên một thuật toán tiếp tục dự đoán thời điểm đỉnh kế tiếp sẽ xuất hiện. Chuỗi xử lý gồm đo, làm sạch tín hiệu, dự đoán rồi phát âm thanh phải diễn ra liên tục khi người tham gia đang ngủ. Đây là phần kỹ thuật giúp xung 50 mili giây trở thành kích thích đúng pha thay vì chỉ là một tiếng động ngắn. [1]

Điều gì đã thay đổi trong các phép đo?

Ở nhóm 14 tình nguyện viên khỏe mạnh, kích thích âm thanh đúng thời điểm làm tăng biên độ sóng điện não chậm. Tín hiệu fMRI đồng thời cho thấy biên độ sóng dịch não tủy cũng tăng. Như vậy, thí nghiệm không chỉ ghi nhận phản ứng của EEG với âm thanh mà còn đo được thay đổi đi kèm trong dòng dịch. Kết quả phù hợp với giả thuyết rằng việc tăng cường sóng chậm có thể tác động xuống quá trình tạo ra các đợt dịch chuyển của dịch não tủy. [1]

Các phép đo còn gợi ra mắt xích trung gian: sóng chậm kích thích mạch máu co và giãn, tạo tác dụng giống một bơm đẩy dịch não tủy ra khỏi não. “Giống một bơm” là cách mô tả chức năng của biến đổi mạch máu, không có nghĩa trong não tồn tại một bộ phận bơm riêng. Chuỗi quan sát có thể tóm lại là xung âm đúng pha làm sóng chậm lớn hơn, biến đổi mạch máu đi theo sóng chậm, rồi sóng dịch não tủy cũng lớn hơn. [1]

Sóng dịch lớn hơn có đồng nghĩa não được làm sạch tốt hơn?

Thí nghiệm xác lập được thay đổi về biên độ tín hiệu trong lúc ngủ ở người khỏe mạnh. Nó chưa đo trực tiếp lượng chất thải được loại bỏ, chưa cho thấy trí nhớ được cải thiện và cũng chưa chứng minh giấc ngủ trở nên hồi phục hơn. Một sóng dịch não tủy lớn hơn là dấu hiệu quan trọng về chuyển động của dịch, nhưng không thể tự động quy đổi thành mức giảm amyloid beta, tau hay những protein có liên quan đến bệnh thoái hóa thần kinh. [1]

Các hướng nghiên cứu tiếp theo được nhóm nêu ra gồm người mất ngủ và những bệnh có sự tích tụ protein có hại, trong đó có Alzheimer. Họ muốn tìm hiểu liệu tăng dòng dịch não tủy có thể hỗ trợ chức năng nhận thức, trí nhớ, chất lượng phục hồi sau giấc ngủ hoặc quá trình vận chuyển chất thải hay không. Đó vẫn là các câu hỏi nghiên cứu, không phải lợi ích điều trị đã được xác nhận và cũng chưa phải cơ sở để tự phát tiếng ồn khi ngủ. [1]

Giá trị trước mắt của kết quả nằm ở khả năng can thiệp có kiểm soát vào một quá trình vốn diễn ra tự nhiên: thay vì chỉ quan sát sóng não và dòng dịch đi cùng nhau, các nhà nghiên cứu đã thay đổi tín hiệu đầu tiên rồi ghi nhận phản ứng ở tín hiệu thứ hai. Một xung âm cực ngắn vì thế đáng chú ý không phải do nó “rửa sạch” não ngay lập tức, mà vì nó mở ra cách khảo sát mối liên hệ giữa nhịp điện, mạch máu và dịch não tủy trong giấc ngủ. [1]