Giải thích: Nobel giải mã khoa học cảm ứng

David Julius và Ardem Patapoutian đã xác định được cơ chế mà máy dò cảm ứng giao tiếp với hệ thần kinh. Nghiên cứu của họ có ý nghĩa gì đối với y học?

Các nhà khoa học Mỹ David Julius (Trái) và Ardem Patapoutian.

Năm giác quan mà con người nhận thức và trải nghiệm thế giới xung quanh đã được biết rõ. Các cơ chế bên trong cơ thể con người mà qua đó chúng ta nhận thức và phản ứng với ánh sáng, âm thanh, mùi và vị đã được hiểu khá rõ trong vài thập kỷ. Sự hiểu biết về cách chúng ta cảm nhận thông qua xúc giác - cảm nhận về nóng hoặc lạnh, bóp hay căng hoặc cảm giác đau đớn về thể chất - đã bị các nhà khoa học bỏ qua trong một thời gian dài.

Cho đến khi David Julius và Ardem Patapoutian, làm việc độc lập tại Hoa Kỳ, đã thực hiện một loạt khám phá vào cuối những năm 1990 và đầu những năm 2000 để tìm ra thiết bị phát hiện cảm ứng trong cơ thể chúng ta và cơ chế mà chúng giao tiếp với hệ thần kinh để xác định và phản hồi đến một liên lạc cụ thể. Đối với nghiên cứu mang tính đột phá của họ, vẫn đang tiếp tục, Julius 66 tuổi và Patapoutian 54 tuổi đã được tuyên bố là người cùng đoạt giải Nobel Sinh lý học năm 2021 vào hôm thứ Hai.

Nobel Sinh lý học là giải Nobel đầu tiên trong lĩnh vực khoa học được công bố. Giải Nobel Vật lý sẽ được công bố vào thứ Ba, tiếp theo là giải Nobel Hóa học một ngày sau đó.

Cảm biến

Julius và Patapoutian đã được trao giải cho những khám phá của họ về các thụ thể đối với nhiệt độ và xúc giác . Nói một cách đơn giản, họ đã phát hiện ra các cảm biến phân tử trong cơ thể con người nhạy cảm với nhiệt và áp suất cơ học, và khiến chúng ta cảm thấy nóng hoặc lạnh, hoặc khi chạm vào một vật sắc nhọn trên da.

Cảm biến nhân tạo đã quen thuộc trong thế giới ngày nay. Nhiệt kế là một cảm biến nhiệt độ rất phổ biến. Trong phòng, bàn hoặc giường sẽ không thể cảm nhận được sự thay đổi nhiệt độ ngay cả khi chúng tiếp xúc với nhiệt, nhưng nhiệt kế thì có. Tương tự, trong cơ thể con người, tất cả các phân tử không cảm nhận được nhiệt khi chúng tiếp xúc với nó. Chỉ những protein rất cụ thể mới làm được, và nhiệm vụ của chúng là chuyển tiếp tín hiệu này đến hệ thần kinh, sau đó sẽ kích hoạt phản ứng thích hợp. Các nhà khoa học biết rằng phải tồn tại những cảm biến như vậy, nhưng không thể xác định được chúng cho đến khi Julius phát hiện ra bộ phận tiếp nhận nhiệt đầu tiên.

Đó là một khám phá rất cơ bản. Việc xác định thụ thể nhiệt của Julius vào cuối những năm 1990 đã trải qua quá trình nghiên cứu rất tẻ nhạt hàng trăm gen về độ nhạy cảm của chúng với nhiệt độ. Ngày nay, chúng ta có những máy tính và mô hình rất hiệu quả có thể giảm bớt công việc và theo dõi nhanh quy trình, nhưng trong những ngày đó, cần phải có rất nhiều nghiên cứu miệt mài. Khám phá đầu tiên đó đã dẫn đến việc xác định một số thụ thể khác. Giống như có những thụ thể nhạy cảm với nhiệt, có những thụ thể khác có thể cảm nhận được độ lạnh. Và những người khác, điều đó có thể cảm thấy áp lực. Dipanjan Roy, một nhà khoa học thần kinh tại Trung tâm Nghiên cứu Não Quốc gia ở Manesar, cho biết hiện chúng ta đã biết một số trong số này.

Cơ chế

Khả năng cảm nhận nhiệt, hoặc lạnh và áp suất của con người không khác mấy so với hoạt động của nhiều máy dò mà chúng ta quen thuộc. Ví dụ, một máy dò khói sẽ phát cảnh báo khi cảm nhận được khói vượt quá một ngưỡng nhất định. Tương tự, khi một thứ gì đó nóng hoặc lạnh chạm vào cơ thể, các thụ thể nhiệt sẽ cho phép truyền một số hóa chất cụ thể, như ion canxi, qua màng tế bào thần kinh. Nó giống như một cánh cổng mở ra theo một yêu cầu rất cụ thể. Sự xâm nhập của hóa chất vào bên trong tế bào gây ra một sự thay đổi nhỏ trong điện áp, được hệ thống thần kinh thu nhận.

Có một loạt các thụ thể nhạy cảm với các phạm vi nhiệt độ khác nhau. Khi có nhiều nhiệt hơn, nhiều kênh mở ra cho phép dòng chảy của các ion và não có thể cảm nhận được nhiệt độ cao hơn. Aurnab Ghose, một nhà thần kinh học tại Viện Nghiên cứu và Giáo dục Khoa học Ấn Độ ở Pune, cho biết những điều tương tự cũng xảy ra khi chúng ta chạm vào thứ gì đó cực kỳ lạnh.

Ghose nói rằng những thụ thể này không chỉ nhạy cảm với sự va chạm bên ngoài mà còn có thể phát hiện ra những thay đổi về nhiệt độ hoặc áp suất bên trong cơ thể.

Nobel về sinh lý học hoặc y học

Ví dụ, khi nhiệt độ cơ thể của chúng ta lệch khỏi mức tối ưu, sẽ có một phản ứng xảy ra. Cơ thể cố gắng quay trở lại nhiệt độ tối ưu hoặc cốt lõi. Điều đó xảy ra chỉ vì các thụ thể nhiệt có thể cảm nhận được sự thay đổi nhiệt độ và hệ thần kinh cố gắng khôi phục điều đó, ông nói.

Nhưng đó không phải là tất cả. Ví dụ, khi bàng quang đầy nước, áp lực trong bàng quang tăng lên. Sự thay đổi áp suất này được cảm nhận bởi các thụ thể áp suất và chuyển tiếp đến hệ thống thần kinh, tạo ra sự thôi thúc muốn giải tỏa bản thân. Những thay đổi trong huyết áp được cảm nhận theo cách tương tự và các hành động khắc phục được bắt đầu… Đó là lý do tại sao những khám phá về các thụ thể này rất cơ bản để chúng ta hiểu được cách cơ thể hoạt động, Ghose nói.

Ý nghĩa điều trị

Những đột phá về sinh lý học thường dẫn đến cải thiện khả năng chống lại bệnh tật và rối loạn. Điều này là không khác nhau. Như Sneha Shashidhara, tiến sĩ khoa học thần kinh nhận thức, đã chỉ ra, việc xác định các thụ thể này mở ra khả năng điều chỉnh hoạt động của chúng. Ví dụ, có những thụ thể khiến chúng ta cảm thấy đau đớn. Nếu các thụ thể này có thể bị ức chế hoặc hoạt động kém hiệu quả hơn, người đó sẽ cảm thấy ít đau hơn.

Đau mãn tính hiện nay là một số bệnh tật và rối loạn. Trước đó, trải nghiệm về nỗi đau là một bí ẩn. Nhưng khi chúng ta ngày càng hiểu rõ những thụ thể này, có thể chúng ta sẽ đạt được khả năng điều chỉnh chúng theo cách giảm thiểu cơn đau, cô ấy nói.

Ghose cho biết, trên thực tế, nghiên cứu trong lĩnh vực này đã được tiến hành. Ông nói, có thể thế hệ thuốc giảm đau tiếp theo sẽ hoạt động theo cách này, đồng thời cho biết thêm rằng cũng có một số tác dụng điều trị khác, bao gồm cả các biện pháp can thiệp có thể hữu ích trong điều trị các bệnh như ung thư hoặc tiểu đường.

Bản tin| Nhấp để nhận những giải thích hay nhất trong ngày trong hộp thư đến của bạn

Chia Sẻ VớI BạN Bè CủA BạN: