Não người là cơ quan trung tâm phức tạp nhất của hệ thần kinh trung ương ở con người, chịu trách nhiệm tiếp nhận, tích hợp, xử lý thông tin cảm giác và điều phối toàn bộ hoạt động vận động, nhận thức, hành vi và cảm xúc. Nằm an toàn bên trong khoang sọ và được bao bọc bởi hệ thống màng não cùng dịch não tủy, não người kết nối trực tiếp với tủy gai để tạo thành trục thần kinh trung ương hoàn chỉnh. Bài viết này trình bày chi tiết về cấu trúc giải phẫu học, đặc điểm tế bào học định lượng, chuyển hóa năng lượng, chức năng sinh lý học, các ngộ nhận kinh điển cùng các phương pháp thăm dò hiện đại của não người.
Cấu trúc giải phẫu học của não người
Theo Giáo trình Giải phẫu người (Nguyễn Văn Huy, 2022), hệ thần kinh trung ương của người bao gồm não bộ nằm trong hộp sọ và tủy gai nằm trong ống sống. Về mặt giải phẫu học đại thể, não người trưởng thành được chia thành bốn phần cấu trúc chính: đại não, gian não, thân não và tiểu não.
Đại não và vỏ đại não
Đại não là phần phát triển lớn nhất của não người, bao gồm hai bán cầu đại não phải và trái, được phân cách nhau bởi khe não dọc và liên kết với nhau qua các mép dính gian bán cầu, trong đó nổi bật nhất là thể chai. Bề mặt của mỗi bán cầu đại não được gấp nếp mạnh mẽ tạo thành các nếp gấp (hồi não) và các rãnh não sâu (rãnh bên, rãnh trung tâm, rãnh đỉnh chẩm), giúp mở rộng diện tích bề mặt vỏ não lên đáng kể trong một thể tích hộp sọ giới hạn.
Mỗi bán cầu đại não được chia thành các thùy giải phẫu mang các chức năng chuyên biệt:
- Thùy trán: Nằm ở phía trước rãnh trung tâm, đảm nhiệm chức năng lập kế hoạch, tư duy trừu tượng, ra quyết định, kiểm soát vận động chủ động và điều hòa hành vi xã hội.
- Thùy đỉnh: Nằm phía sau rãnh trung tâm, giữ vai trò tích hợp cảm giác thân thể (xúc giác, nhiệt độ, đau, cảm thụ bản thể) và xử lý thông tin không gian.
- Thùy thái dương: Nằm phía dưới rãnh bên, chuyên trách xử lý thính giác, xử lý ngôn ngữ và đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và củng cố trí nhớ dài hạn thông qua hồi hải mã.
- Thùy chẩm: Nằm ở cực sau bán cầu não, là trung tâm tiếp nhận và phân tích thông tin thị giác sơ cấp và thị giác liên hợp.
- Thùy đảo: Nằm sâu bên trong rãnh bên, tham gia xử lý cảm giác vị giác, cảm nhận nội tạng và tích hợp các trạng thái cảm xúc.
Gian não
Gian não nằm ở vị trí trung tâm giữa hai bán cầu đại não và phía trên thân não, bao quanh não thất ba. Cấu trúc gian não gồm đồi thị, vùng hạ đồi, vùng trên đồi và vùng sau đồi:
- Đồi thị: Đóng vai trò là trạm chuyển tiếp và xử lý sơ bộ hầu hết các luồng tín hiệu cảm giác (ngoại trừ khứu giác) trước khi truyền lên vỏ đại não.
- Vùng hạ đồi: Là trung tâm điều hòa thần kinh - thể dịch tối cao của cơ thể, kiểm soát hệ thần kinh tự chủ, điều hòa thân nhiệt, nhịp sinh học, cảm giác đói khát và liên kết trực tiếp với tuyến yên để kiểm soát hệ nội tiết.
Thân não
Thân não là phần nối tiếp giữa gian não ở phía trên và tủy gai ở phía dưới, đồng thời liên kết với tiểu não ở phía sau. Thân não gồm ba phần từ trên xuống dưới là não giữa (trung não), cầu não và hành não. Thân não chứa các nhân xám của hầu hết các dây thần kinh sọ (từ dây thần kinh số III đến dây thần kinh số XII), đóng vai trò sống còn trong việc kiểm soát các chức năng phản xạ tự động duy trì sự sống như nhịp tim, huyết áp, nhịp thở, phản xạ nuốt và ho.
Tiểu não
Tiểu não nằm ở hố sọ sau, phía sau thân não và phía dưới thùy chẩm của đại não. Bề mặt tiểu não có cấu trúc lá cuốn gấp nếp tinh vi. Tiểu não có nhiệm vụ điều phối và tinh chỉnh các vận động chủ động, duy trì thăng bằng, tư thế cơ thể và tham gia vào quá trình học vận động.
Bảng tổng hợp các phần cấu trúc giải phẫu chính của não người
| Cấu trúc | Vị trí giải phẫu | Chức năng sinh lý chủ đạo |
|---|---|---|
| Vỏ đại não | Bề mặt ngoài hai bán cầu đại não | Xử lý nhận thức cao cấp, ý thức, ngôn ngữ, tư duy trừu tượng, vận động chủ động |
| Hạch nền | Khối chất xám sâu trong bán cầu đại não | Khởi động, điều chỉnh và ức chế các chương trình vận động, hành vi thói quen |
| Hệ viền (Limbic system) | Vùng ranh giới giữa vỏ não và gian não | Điều hòa cảm xúc, củng cố trí nhớ (hồi hải mã), phản ứng sợ hãi và động lực (hạnh nhân) |
| Đồi thị | Trung tâm gian não | Trạm chuyển tiếp và lọc tín hiệu cảm giác truyền lên vỏ não |
| Vùng hạ đồi | Phía dưới đồi thị | Điều hòa nội môi, kiểm soát hệ thần kinh tự chủ và hệ thống nội tiết |
| Thân não | Giữa gian não và tủy gai | Dẫn truyền xung động thần kinh, trung tâm sinh tồn điều hòa hô hấp và tim mạch |
| Tiểu não | Hố sọ sau | Phối hợp vận động chính xác, giữ thăng bằng, học tập vận động |
Đặc điểm tế bào học và số lượng tế bào thần kinh
Trong nhiều thập kỷ của thế kỷ XX, các tài liệu thần kinh học thường trích dẫn ước tính rằng não người chứa 100 tỷ neuron và số lượng tế bào thần kinh đệm gấp 10 lần số lượng neuron. Tuy nhiên, các kỹ thuật đếm tế bào định lượng hiện đại đã làm sáng tỏ cấu trúc vi mô thực sự của não bộ con người.
Số lượng tế bào neuron và tế bào thần kinh đệm
Nghiên cứu định lượng đột phá sử dụng phương pháp phân đoạn đẳng hướng (isotropic fractionator) của Azevedo và cộng sự (2009) đã chứng minh rằng não người nam trưởng thành có trọng lượng trung bình khoảng 1.508 g (khoảng 1,5 kg) và chứa trung bình khoảng 86,1 ± 8,1 tỷ neuron cùng 84,6 ± 9,8 tỷ tế bào không phải neuron.
Sự phân bố tế bào giữa các vùng não có sự khác biệt rất rõ rệt:
- Vỏ đại não: Mặc dù chiếm khoảng 82% khối lượng não bộ, vỏ đại não chỉ chứa khoảng 16,3 tỷ neuron (chiếm khoảng 19% tổng số neuron của toàn não), nhưng chứa tới 60,8 tỷ tế bào không phải neuron.
- Tiểu não: Tiểu não chỉ chiếm khoảng 10% khối lượng não bộ nhưng chứa khoảng 69,0 tỷ neuron, chiếm gần 80% tổng số neuron của toàn bộ não người.
- Các cấu trúc còn lại (thân não, gian não và hạch nền): Chiếm chưa đến 8% khối lượng não và chứa chưa đến 1 tỷ neuron (khoảng 0,7 tỷ neuron).
Bảng phân bố neuron và tế bào không phải neuron trong não người
| Khu vực giải phẫu | Tỷ lệ khối lượng não | Số lượng neuron (tỷ tế bào) | Tỷ lệ neuron toàn não | Số lượng tế bào đệm (tỷ tế bào) |
|---|---|---|---|---|
| Vỏ đại não | Khoảng 82% | Khoảng 16,3 | Khoảng 19% | Khoảng 60,8 |
| Tiểu não | Khoảng 10% | Khoảng 69,0 | Gần 80% | Khoảng 16,0 |
| Thân não và các cấu trúc khác | Dưới 8% | Khoảng 0,7 | Dưới 1% | Khoảng 7,8 |
| Toàn bộ não | 100% (trung bình 1.508 g) | Khoảng 86,1 ± 8,1 | 100% | Khoảng 84,6 ± 9,8 |
Bác bỏ các ngộ nhận phổ biến về số lượng tế bào
Công trình của Azevedo và cộng sự (2009) đã chính thức bác bỏ hai ngộ nhận kinh điển trong khoa học thần kinh:
- Ngộ nhận tỷ lệ tế bào đệm gấp 10 lần neuron: Tỷ lệ tế bào không phải neuron (chủ yếu là tế bào đệm gồm tế bào sao, tế bào ít nhánh và tế bào vi biểu mô) trên neuron trên toàn bộ não người xấp xỉ 1:1 (khoảng 0,98). Tỷ lệ glia/neuron ở vỏ đại não là khoảng 3,72:1, trong khi ở tiểu não tỷ lệ này chỉ là 0,23:1.
- Ngộ nhận con người chỉ sử dụng 10% não bộ: Hình ảnh học chức năng và điện sinh lý học chứng minh rằng mọi vùng não đều có hoạt động liên tục và được huy động tùy thuộc vào nhiệm vụ nhận thức hoặc vận động cụ thể; không có khu vực não nào hoàn toàn im lặng hay không hoạt động.
Chuyển hóa năng lượng và sinh lý học tuần hoàn não
Mô não có tốc độ chuyển hóa cực kỳ cao và gần như phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn cung cấp liên tục oxy và glucose từ hệ tuần hoàn máu động mạch.
Cung cấp máu và hàng rào máu não
Tuần hoàn não được cung cấp bởi hai nguồn động mạch chính: hệ động mạch cảnh trong (cung cấp máu cho phần trước não) và hệ động mạch đốt sống - thân nền (cung cấp máu cho phần sau não và thân não). Hai hệ thống này hợp lưu tại đáy não tạo thành đa giác động mạch não (đa giác Willis), đảm bảo duy trì tưới máu bù trừ khi có tắc nghẽn cục bộ.
Mao mạch não được lót bởi các tế bào nội mô liên kết chặt chẽ (tight junctions), được bao bọc bởi màng đáy và các chân tận cùng của tế bào sao (astrocytes), tạo thành hàng rào máu não. Cấu trúc bảo vệ này ngăn chặn có chọn lọc các phân tử lớn, độc chất và mầm bệnh từ máu xâm nhập vào nhu mô não, đồng thời vận chuyển chủ động các chất dinh dưỡng cần thiết như glucose và acid amin.
Nhu cầu năng lượng và chuyển hóa glucose
Theo tổng quan của Raichle và Gusnard (2002), mặc dù não người chỉ chiếm khoảng 2% tổng khối lượng cơ thể, cơ quan này tiêu thụ khoảng 20% tổng lượng oxy và năng lượng glucose của toàn cơ thể trong trạng thái nghỉ ngơi. Phần lớn năng lượng này (hơn 70%) được sử dụng để duy trì điện thế màng tế bào thông qua hoạt động của bơm ion Na+/K+-ATPase, tái hấp thu chất dẫn truyền thần kinh tại khe synapse và duy trì hoạt động điện sinh lý nền.
Chức năng xử lý thông tin và tính mềm dẻo thần kinh
Não người không hoạt động như một tập hợp các trung tâm biệt lập mà là một hệ thống mạng lưới phân tán phức tạp có khả năng tái cấu trúc động.
Mạng lưới chức năng và phân vùng vỏ não
Vỏ đại não người được phân chia thành nhiều vùng chức năng chuyên biệt. Trong nghiên cứu của Glasser và cộng sự (2016) thuộc dự án Human Connectome Project, việc kết hợp dữ liệu chụp cộng hưởng từ cấu trúc, chức năng và liên kết sợi trục đã xác định bản đồ phân vùng vỏ não gồm 180 vùng vỏ não riêng biệt trên mỗi bán cầu não (tổng cộng 360 vùng vỏ não cho cả hai bán cầu).
Các vùng vỏ não này tương tác chặt chẽ tạo thành các mạng lưới chức năng diện rộng tiêu biểu:
- Mạng lưới mặc định (Default Mode Network - DMN): Hoạt động mạnh khi tâm trí nghỉ ngơi, tự chiêm nghiệm, hồi tưởng quá khứ và suy nghĩ về tương lai.
- Mạng lưới kiểm soát thực thi (Central Executive Network - CEN): Đảm nhiệm việc tập trung chú ý, giải quyết vấn đề và điều hành nhiệm vụ có chủ đích.
- Mạng lưới nổi bật (Salience Network - SN): Đóng vai trò phát hiện các kích thích quan trọng từ môi trường bên ngoài và chuyển đổi linh hoạt giữa DMN và CEN.
Tính mềm dẻo thần kinh (Neuroplasticity)
Tính mềm dẻo thần kinh là khả năng của não bộ tái cấu trúc các liên kết synapse và mạng lưới neuron để đáp ứng với quá trình học tập, trải nghiệm môi trường và phục hồi chức năng sau tổn thương. Sự thay đổi này diễn ra ở cả cấp độ cấu trúc (hình thành hoặc loại bỏ các gai nhánh synapse) và cấp độ chức năng (tăng cường hiệu lực synapse dài hạn - LTP hoặc ức chế synapse dài hạn - LTD).
Các bệnh lý thần kinh và phương pháp nghiên cứu não bộ
Sự rối loạn cấu trúc hoặc chức năng của não người dẫn đến nhiều nhóm bệnh lý thần kinh và tâm thần nghiêm trọng, là gánh nặng y tế lớn trên toàn cầu.
Các nhóm bệnh lý thần kinh chính
- Bệnh lý mạch máu não: Đột quỵ thiếu máu cục bộ não và xuất huyết não là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong và tàn tật vĩnh viễn.
- Bệnh thoái hóa thần kinh: Bệnh Alzheimer đặc trưng bởi sự tích tụ protein amyloid-beta và tau gây suy giảm trí nhớ tiến triển; bệnh Parkinson đặc trưng bởi sự thoái hóa neuron tiết dopamine ở liềm đen gây rối loạn vận động.
- Rối loạn phát triển thần kinh: Rối loạn phổ tự kỷ, rối loạn tăng động giảm chú ý xuất hiện trong quá trình hình thành mạng lưới thần kinh sớm.
- Rối loạn tâm thần: Trầm cảm chủ yếu, tâm thần phân liệt liên quan đến rối loạn điều hòa các hệ thống chất dẫn truyền thần kinh và mạng lưới chức năng vỏ não.
Kỹ thuật thăm dò hình ảnh học và điện sinh lý
Sự phát triển của công nghệ y sinh đã cung cấp các công cụ không xâm lấn mạnh mẽ để nghiên cứu não người sống:
- Chụp cộng hưởng từ (MRI và fMRI): Cung cấp hình ảnh giải phẫu chi tiết với độ phân giải không gian cao và đo lường sự thay đổi tín hiệu phụ thuộc mức oxy hóa máu (BOLD) để xác định hoạt động chức năng của các vùng não.
- Chụp cắt lớp phát xạ positron (PET): Đánh giá tốc độ chuyển hóa glucose hoặc mật độ thụ thể thần kinh thông qua các chất đánh dấu phóng xạ.
- Điện não đồ (EEG) và Từ não đồ (MEG): Ghi lại hoạt động điện và từ trường sinh ra bởi các dòng ion neuron với độ phân giải thời gian tính bằng mili giây.
Hạn chế nhận thức hiện tại và hướng nghiên cứu mở
Mặc dù khoa học thần kinh đã đạt được nhiều bước tiến lớn, não người vẫn là một trong những bí ẩn khoa học phức tạp nhất. Các câu hỏi lớn vẫn chưa có lời giải đáp hoàn chỉnh bao gồm: cơ chế phát sinh ý thức từ các mạng lưới neuron vật lý (vấn đề nan giải về ý thức), mã thần kinh chi tiết dùng để mã hóa thông tin trừu tượng, và nguyên nhân gốc rễ dẫn đến sự thoái hóa chọn lọc của các quần thể tế bào thần kinh trong các bệnh lý mạn tính. Các dự án lập bản đồ kết nối toàn diện não bộ và giao diện não - máy tính (BCI) đang tiếp tục mở ra những chân trời mới trong việc giải mã và phục hồi chức năng não người.