Laura Lewis và nhóm nghiên cứu của cô bắt đầu công việc của mình vào những đêm khuya, bên trong phòng thí nghiệm của Đại học Boston (Mỹ). Lewis tiến hành các thử nghiệm cho đến khoảng 3 giờ sáng, sau đó đi ngủ vào ngày hôm sau.
"Cảm giác giống như thể bị "jet lag" mà không hề thay đổi múi giờ vậy," cô nhận xét ("jet lag" là hiện tượng đồng hồ sinh học trong cơ thể con người không kịp thích nghi với thời gian mới sau khi người đó chuyển đến một địa điểm mới có múi giờ khác với múi giờ hiện tại, thường xảy ra sau một chuyến bay dài tới một nước khác).
Nhưng không phải vì thế mà Lewis đánh giá thấp tác dụng của một giấc ngủ đêm tốt. Ngược lại, cô ấy hoàn toàn đồng tình với điều đó.
Tuy nhiên, nhà nghiên cứu này buộc phải "hy sinh" bản thân để có thể "lập bản đồ" về những sự kiện xảy ra trong bộ não của một người đang ngủ gật. "Những nghiên cứu dạng này thật trớ trêu. Việc nghiên cứu của bạn bị ràng buộc bởi thời điểm mọi người đi ngủ," cô đùa.
Các kết quả nghiên cứu của Lewis, được công bố trên tạp chí Science hôm qua, cho thấy cơ thể thực sự có khả năng loại bỏ độc tố ra khỏi não khi chúng ta ngủ, từ đó có thể mở ra những hướng điều trị mới và giúp ngăn ngừa các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer.
Khi chúng ta ngủ, bộ não của chúng ta trải qua nhiều giai đoạn, từ một giấc ngủ nhẹ, chập chờn cho tới một giấc ngủ sâu, đến mức như thể chúng ta "bất tỉnh" luôn vậy.
Giai đoạn thứ hai được gọi là giấc ngủ chuyển động mắt nhanh (REM), đây cũng là lúc nhiều khả năng xuất hiện giấc mơ. Công việc của Lewis là nghiên cứu giai đoạn thứ nhất – giai đoạn giấc ngủ không có REM, thường xảy ra vào khoảng thời gian đầu của đêm và được cho là có liên quan đến việc sắp xếp lại các thông tin trong ngày, giúp duy trì trí nhớ.
Một nghiên cứu quan trọng được công bố năm 2013 trên chuột cho thấy rằng, trong khi những con chuột đang ngủ, các chất độc như beta amyloid, vốn có khả năng gây ra bệnh Alzheimer, đã bị "tẩy sạch" khỏi não.
Lewis muốn biết làm thế nào mà những chất độc đó có thể được loại bỏ khỏi não, và tại sao quá trình đó chỉ xảy ra trong khi người ta ngủ.
Cô nghi ngờ rằng dịch não tủy, một chất lỏng trong suốt như nước chảy quanh não, đóng vai trò chính trong hoạt động này. Nhưng nhà nghiên cứu vẫn không hoàn toàn chắc chắn về tất cả những cơ chế độc đáo của giấc ngủ. Vì vậy, phòng thí nghiệm của cô đã thiết kế một nghiên cứu có thể giúp đo nhiều biến số khác nhau của giấc ngủ cùng một lúc.
Những người tham gia nghiên cứu được yêu cầu nằm vào và ngủ thiếp đi bên trong máy chụp cộng hưởng từ (MRI).
Để có được chu kỳ giấc ngủ thực tế phục vụ việc nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã phải liên tục thực hiện các bài kiểm tra vào nửa đêm đối với các tình nguyện viên, và thậm chí họ còn yêu cầu những người này hãy thức khuya vào buổi tối hôm trước để có được giấc ngủ tự nhiên nhất vào hôm sau.
Lewis đề nghị những người tham gia đội một chiếc mũ đo điện não đồ (EEG) để cô và nhóm của mình có thể quan sát dòng điện chạy qua não của họ. Những dòng điện đó cho cô thấy người đang ngủ ở giai đoạn nào.
Trong khi đó, máy chụp MRI đo nồng độ oxy trong máu của họ và kiểm tra lượng dịch não tủy chảy vào và ra khỏi não. "Chúng tôi cho rằng tất cả những số liệu này đều rất quan trọng, nhưng sự biến đổi của chúng trong quá trình ngủ và mối liên hệ giữa chúng chính là "ranh giới" mà chúng tôi chưa khám phá," Lewis cho hay.
Nghiên cứu của Lewis phát hiện ra rằng, trong giấc ngủ không REM, dịch não tủy chảy thành những đợt lớn và chậm lên não. Các kết quả đo điện não đồ EEG đã giúp giải thích hiện tượng trên. Trong giấc ngủ không REM, các tế bào thần kinh bắt đầu hoạt động đồng bộ với nhau: chúng "bật" và "tắt" cùng một lúc.
"Trước tiên, bạn sẽ thấy sóng điện não như thế này, thể hiện tất cả các tế bào thần kinh đều "tắt" cùng một lúc", Lewis vừa nói vừa chỉ vào các kết quả đo đạc. Bởi vì các tế bào thần kinh đều "ngừng" hoạt động cùng một lúc (tất nhiên chỉ trong giây lát), nên ở thời điểm đó chúng không cần nhiều oxi.
Điều đó có nghĩa là sẽ có ít máu sẽ chảy đến não hơn vào những lúc ấy. Nhưng nhóm nghiên cứu cũng quan sát thấy rằng ngay ở thời điểm đó, dịch não tủy lập tức sẽ tràn vào, lấp đầy khoảng trống bị "bỏ lại" khi máu không chảy tới.
"Đây là một nghiên cứu tuyệt vời," Maiken Nedergaard, nhà thần kinh học đang công tác tại Đại học Rochester (Mỹ), người dẫn đầu nghiên cứu năm 2013 được đề cập ở trên cũng là nghiên cứu đầu tiên mô tả cơ chế loại bỏ độc tố của giaacs ngủ ở loài chuột, nhận định.
"Tôi nghĩ rằng trước đó, không ai nghĩ đến việc các hoạt động điện não có khả năng điều khiển các dòng chất lỏng chảy ra và vào não. Vì vậy, kết quả nghiên cứu mới này thực sự thú vị".
Một trong những đóng góp lớn của nghiên cứu này là đã cho thấy rằng những cơ chế của giấc ngủ mà Nedergaard phát hiện ra ở loài chuột cũng xuất hiện và đóng vai trò rất quan trọng đối với con người. "Điều đó cho thấy rằng giấc ngủ không chỉ để thư giãn, mà còn có những chức năng rất đặc biệt," Nedergaard cho hay.
Khi chúng ta thức, các neuron không bật tắt cùng một lúc với nhau. Do đó, nồng độ trong máu não không thể giảm xuống mức đủ để cho phép các luồng dịch não tủy lớn lưu thông xung quanh não và loại bỏ tất cả các sản phẩm phụ tích tụ trong quá trình trao đổi chất, chẳng hạn như beta amyloid.
Nghiên cứu trên cũng có các ứng dụng lâm sàng trong việc điều trị bệnh Alzheimer. Những loại thuốc điều trị căn bệnh này trong thời gian gần đây đã bắt đầu hướng tới việc loại bỏ beta amyloid. Nhưng ngay cả những sản phẩm thuốc có nhiều tiềm năng nhất đều đãthất bại khi được đưa vào thử nghiệm lâm sàng.
Nedergaard cho rằng, "các nghiên cứu [của Lewis] đã mở ra một hướng đi mới." Thay vì cố gắng nhắm mục tiêu và tiêu diệt một phân tử độc tố cụ thể, các biện pháp can thiệp mới có thể tập trung vào việc tăng lượng dịch não tủy đi vào và "tẩy rửa" não.
Việc này sẽ giúp loại bỏ beta amyloid, nhưng cũng có thể xảy ra nguy cơ các phân tử khác như tau, một loại protein "bị mắc kẹt" trong não của các bệnh nhân Alzheimer và làm tổn hại đến các kết nối giữa các tế bào thần kinh.
Việc tìm ra cách "dọn sạch" tất cả những "rác thải" đó sẽ đem đến hiệu quả cao hơn nhiều so với việc chỉ tập trung vào một loại độc tố cụ thể. "Tuổi già không chỉ là vấn đề do một phân tử duy nhất gây ra," Nedergaard bình luận.
Tuy nhiên, những khám phá mới này cũng phải đối mặt với những hoài nghi. Lewis không nghiên cứu những gì xảy ra trong các giai đoạn khác của giấc ngủ, và cô chỉ tiến hành thực nghiệm trên những người trẻ khỏe mạnh.
Nhưng các phương pháp mà cô ấy đã sử dụng hoàn toàn là những phương pháp không xâm lấn bởi các tình nguyện viên chỉ ngủ bên trong một máy chụp cộng hưởng từ MRI và được kết nối với nhiều loại máy móc đo đạc khác.
Cô ấy thậm chí còn không tiêm thuốc nhuộm cho các tình nguyện viên như các nghiên cứu trước đó. Tuy nhiên, đây cũng là các lợi thế nếu áp dụng nghiên cứu trên những người lớn tuổi, những người có thể đang phát triển các bệnh thoái hóa thần kinh.
Và như vậy, Lewis và các đồng nghiệp của mình sẽ còn có nhiều đêm không ngủ nữa bên trong phòng thí nghiệm của họ.