Hệ thần kinh trung ương là gì? Nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa hệ thần kinh trung ương

Hệ thần kinh trung ương (HTKTTƯ) là bộ phận trung tâm của hệ thần kinh, đảm nhiệm vai trò tiếp nhận, xử lý thông tin và đưa ra các phản hồi điều khiển hoạt động cơ thể. HTKTTƯ bao gồm hai cấu trúc chính: não và tủy sống. Nó là trung tâm điều phối mọi chức năng ý thức và vô thức, từ chuyển động đến tư duy, cảm xúc và phản xạ tự động.

Não nằm trong hộp sọ, trong khi tủy sống chạy dọc trong ống sống. Cả hai được bảo vệ bởi hộp sọ hoặc cột sống, màng não và dịch não tủy. Sự kết nối giữa HTKTTƯ với phần còn lại của cơ thể được thực hiện thông qua hệ thần kinh ngoại biên, tạo nên một mạng lưới liên lạc tinh vi giữa các mô, cơ quan và não bộ.

Thành phần cấu tạo của hệ thần kinh trung ương

HTKTTƯ gồm:

• Não: chia thành đại não, tiểu não, thân não và hệ thống não thất.
• Tủy sống: kéo dài từ hành tủy đến vùng đốt sống thắt lưng, chứa các neuron vận động và cảm giác.

Não được chia thành các thùy chức năng: trán, đỉnh, chẩm và thái dương. Tiểu não giúp điều hòa thăng bằng và vận động chính xác, trong khi thân não kiểm soát các chức năng sống như hô hấp, tim mạch và thức - ngủ.

Bảng phân loại cấu trúc não:

Thành phần	Chức năng chính
Đại não	Tư duy, cảm giác, vận động chủ động
Tiểu não	Điều hòa vận động, thăng bằng
Thân não	Kiểm soát chức năng sống cơ bản
Tủy sống	Truyền tín hiệu và phản xạ

Các loại tế bào thần kinh trung ương

Hai nhóm tế bào chính tạo nên HTKTTƯ:

• Neuron: tế bào dẫn truyền tín hiệu thần kinh, gồm thân tế bào, sợi nhánh và sợi trục.
• Tế bào thần kinh đệm (neuroglia): hỗ trợ và bảo vệ neuron, bao gồm:
  • Astrocyte: duy trì hàng rào máu - não, điều hòa ion ngoại bào.
  • Oligodendrocyte: tạo bao myelin trong CNS.
  • Microglia: đại thực bào cư trú, phản ứng miễn dịch.
  • Ependymal cell: lót các não thất, sản xuất dịch não tủy.

Neuron là đơn vị chức năng của hệ thần kinh, truyền xung điện theo một chiều từ thân tế bào đến đầu tận cùng. Sự liên lạc giữa các neuron xảy ra tại synapse, nơi xung điện được chuyển thành tín hiệu hóa học.

Chức năng chính của hệ thần kinh trung ương

HTKTTƯ có vai trò then chốt trong việc duy trì hoạt động sống:

• Xử lý cảm giác: tiếp nhận thông tin từ thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác, vị giác.
• Điều khiển vận động: từ động tác có ý thức đến phản xạ tự động.
• Điều hòa chức năng sinh lý: kiểm soát tim mạch, hô hấp, tiêu hóa, nội tiết.
• Thực hiện chức năng cao cấp: ngôn ngữ, trí nhớ, tư duy logic, cảm xúc, hành vi xã hội.

Ví dụ, vỏ não trước trán điều khiển chức năng điều hành và ra quyết định, trong khi vùng hải mã liên quan đến trí nhớ dài hạn. Hệ viền (limbic system) điều phối cảm xúc và phản ứng hành vi, liên kết giữa tư duy lý trí và bản năng.

Cơ chế dẫn truyền thần kinh

Xung thần kinh là tín hiệu điện truyền dọc theo sợi trục của neuron, tạo ra bởi sự thay đổi điện thế màng do dòng ion Na⁺ và K⁺. Khi một neuron được kích thích, một loạt các kênh ion mở ra, cho phép dòng ion đi vào hoặc ra khỏi tế bào, gây ra sự khử cực và sau đó tái phân cực của màng tế bào.

Điện thế hoạt động lan truyền như một làn sóng dọc theo sợi trục đến tận cùng synapse. Tại synapse, tín hiệu được chuyển thành dạng hóa học nhờ các chất dẫn truyền thần kinh như glutamate, GABA, dopamine, serotonin. Các chất này gắn vào thụ thể trên màng sau synapse và kích thích hoặc ức chế neuron tiếp theo.

Phương trình điện thế màng: $V_m = V_{in} - V_{out}$

Các hàng rào bảo vệ hệ thần kinh trung ương

Hệ thần kinh trung ương được bảo vệ bởi các lớp cấu trúc sinh học và cơ học, tạo nên hàng rào nhiều tầng ngăn ngừa chấn thương và nhiễm trùng:

• Hộp sọ và cột sống: cấu trúc xương bảo vệ mô thần kinh khỏi tổn thương cơ học.
• Màng não: ba lớp (màng cứng, màng nhện, màng mềm) bao bọc mô thần kinh.
• Dịch não tủy (CSF): lưu thông quanh não và tủy sống, giảm lực va đập và loại bỏ chất thải.
• Hàng rào máu - não (BBB): mạng lưới mao mạch chọn lọc cực kỳ nghiêm ngặt, hạn chế phân tử lớn và tác nhân gây bệnh.

BBB được hình thành bởi các tế bào nội mô liên kết chặt chẽ, pericytes và chân astrocytes bao quanh. Cấu trúc này là thách thức lớn trong điều trị thuốc hướng thần vì ngăn cản phần lớn dược chất vào não.

Các bệnh lý liên quan đến hệ thần kinh trung ương

Nhiều bệnh ảnh hưởng đến HTKTTƯ gây rối loạn nặng nề về nhận thức, vận động và chức năng sống:

• Thoái hóa thần kinh: Alzheimer, Parkinson – liên quan đến mất tế bào thần kinh, protein bất thường.
• Bệnh tự miễn: đa xơ cứng (MS) – hệ miễn dịch tấn công bao myelin.
• Chấn thương sọ não, đột quỵ: mất máu não cục bộ hoặc tổn thương vật lý.
• U não: glioma, meningioma – phát triển bất thường của tế bào thần kinh đệm hoặc màng não.
• Nhiễm trùng: viêm màng não do vi khuẩn, virus – ảnh hưởng trực tiếp tới mô thần kinh và hàng rào bảo vệ.

Chẩn đoán và theo dõi dựa trên hình ảnh y học (MRI, CT), xét nghiệm dịch não tủy, điện não đồ (EEG) và các thang đo thần kinh tiêu chuẩn.

Phương pháp nghiên cứu hệ thần kinh trung ương

Tiến bộ khoa học đã cung cấp nhiều công cụ hiện đại để nghiên cứu HTKTTƯ:

• Microscopy: kính hiển vi huỳnh quang và điện tử cho phép quan sát cấu trúc tế bào và siêu cấu trúc.
• Electrophysiology: đo điện thế hoạt động bằng patch clamp, MEG, EEG.
• fMRI và PET: xác định vùng hoạt hóa não theo thời gian thực khi thực hiện chức năng cụ thể.
• Giải trình tự RNA đơn bào: phân tích sự đa dạng biểu hiện gen trong từng neuron.
• Optogenetics: kiểm soát hoạt động neuron bằng ánh sáng.

Các nghiên cứu này làm rõ vai trò từng vùng não, cơ chế bệnh lý thần kinh và cơ hội can thiệp điều trị chính xác.

Ứng dụng trong y học và công nghệ thần kinh

Hiểu biết về HTKTTƯ là nền tảng để phát triển nhiều công nghệ và liệu pháp hiện đại:

• Deep Brain Stimulation (DBS): điều trị Parkinson bằng điện cực cấy trong não.
• Brain-Computer Interface (BCI): điều khiển máy móc bằng tín hiệu thần kinh, hỗ trợ người liệt vận động.
• Ghép tế bào gốc thần kinh: phục hồi mô thần kinh bị tổn thương do chấn thương hoặc bệnh lý.
• Phân tử học thần kinh: thiết kế thuốc hướng thần thế hệ mới, điều chỉnh chất dẫn truyền hoặc thụ thể.

Đồng thời, công nghệ AI đang được tích hợp để phân tích bản đồ kết nối thần kinh (connectome), dự đoán bệnh sớm và cá thể hóa điều trị thần kinh.

Tài liệu tham khảo

1. Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (2020). Neuroscience: Exploring the Brain. Wolters Kluwer.
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK11154/
3. https://www.hopkinsmedicine.org/health/conditions-and-diseases/anatomy-of-the-central-nervous-system
4. https://www.ninds.nih.gov/health-information
5. https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/central-nervous-system