Não hai cơ quan: phát hiện làm đảo lộn trực giác của chúng ta
Thuyết “não hai cơ quan” mô tả bộ não người như một cấu trúc thống nhất được lắp ghép từ hai hệ thần kinh cổ đại độc lập, bắt nguồn từ hai dòng tế bào gốc khác nhau, hợp nhất từ hơn nửa tỷ năm tiến hóa để vừa duy trì sự sống cơ bản vừa hỗ trợ tư duy bậc cao.
Thay vì xem não là một khối đồng nhất, nghiên cứu mới cho thấy nó được xây dựng từ hai chương trình phát triển tách biệt: một cho não trước và não giữa, một cho não sau. Đây không phải tranh luận học thuật nhỏ; đó là cú xoay góc nhìn về cấu trúc não tiến hóa và cách tiến hóa não người “tái sử dụng” những bộ phận sẵn có. Kết quả phân tích giải phẫu – phát triển cho thấy cấu trúc mà ta gọi là não bộ được cấu thành từ hai hệ thần kinh cổ đại hoàn toàn độc lập, được ghép nối trong cùng một cơ quan. Nhìn ở cấp độ ý tưởng, phát hiện này giống như việc nhận ra tòa nhà ta đang sống thực ra gồm hai công trình ghép lại, với hệ thống điện, ống nước và quy tắc vận hành riêng.
Hai dòng tế bào gốc não: Otx2 và Gbx2 đi trên hai “đường ray” tách biệt
Cốt lõi của khám phá sinh học não lần này nằm ở phôi thai và tế bào gốc não. Trong phôi chuột khoảng 7,5 ngày sau thụ thai, các nhà khoa học phát hiện hai quần thể tiền thân thần kinh không chồng lấn: nhóm tế bào kích hoạt gen Otx2 phát triển thành não trước và não giữa, còn nhóm kích hoạt Gbx2 đóng góp vào não sau. Quan sát phôi cho thấy hai nhóm tế bào tiền thân hoàn toàn tách biệt ngay từ những khoảnh khắc đầu tiên của sự sống, với cấu hình DNA và chromatin biệt lập đến mức chúng vận hành như hai đoàn tàu chạy trên hai đường ray song song không gặp nhau.
Khi tái tạo hai trạng thái này bằng tế bào gốc đa năng của người, sự khác biệt càng hiện rõ: khi bị ép phát triển thành vùng não “sai nguồn gốc”, phần lớn tế bào chống lại chuyển đổi. Điều đó nghĩa là não người phát triển từ hai dòng tế bào gốc riêng biệt, không phải từ một nguồn duy nhất, và não trước – não giữa so với não sau nhiều khả năng bắt nguồn từ hai hệ thống tế bào khác nhau. Về mặt phương pháp, điều này giải thích vì sao suốt nhiều thập kỷ, khoa học bế tắc khi cố nuôi cấy neuron thân não: họ đã cố biến tế bào tiền thân của não trước thành tế bào não sau – một lộ trình gần như bất khả.
Hơn 500 triệu năm tiến hóa: Khi hai hệ thần kinh cổ xưa được “chắp mối”
Tầm quan trọng của phát hiện này nằm ở việc nó gắn sự phân chia trước – sau của não với một kịch bản tiến hóa rất lâu đời. Mô hình hai nguồn gốc não bộ không chỉ xuất hiện ở chuột và người mà còn thấy ở khỉ macaque, gà, cá ngựa vằn và giun acorn – loài có chung tổ tiên với con người khoảng 550–600 triệu năm trước. Ở nhóm này, hai chương trình phát triển thần kinh phía trước và phía sau tương tự nhau, cho thấy sự phân chia có thể đã hình thành rất sớm trong lịch sử các sinh vật có cơ thể đối xứng hai bên.
Sứa đem lại một manh mối còn xa hơn: dòng tiến hóa của chúng tách khỏi nhánh dẫn đến con người khoảng 600–700 triệu năm trước, nhưng nhiều loài sứa vẫn sở hữu hai hệ thần kinh riêng biệt ở hai vị trí khác nhau trên cơ thể. Từ đó, nhóm nghiên cứu đề xuất rằng trên nhánh dẫn đến động vật có xương sống, hai hệ thần kinh vốn tồn tại riêng biệt có thể được đưa lại gần nhau theo không gian, rồi dần trở thành một bộ não tích hợp. Những “đường nối” tiến hóa cổ xưa đó vẫn còn hiện diện trong não người hiện đại và có thể là dấu vết sống động của một sự kiện hợp nhất diễn ra hơn nửa tỷ năm trước.
Hai phần, một bộ não: phân công nhiệm vụ và ý nghĩa cho cách ta hiểu bản thân
Nếu hai chương trình phát triển thần kinh từng tách biệt, câu hỏi tự nhiên là: chúng đang “sống chung” thế nào trong hộp sọ của chúng ta? Phần phía trước, gồm não trước và não giữa, xử lý nhận thức cấp cao: ngôn ngữ, tư duy logic, tính toán và tư duy trừu tượng. Phần não sau – thân não ở đáy hộp sọ – đóng vai trò trung tâm điều khiển tự động: nhịp tim, nhịp thở, chu kỳ giấc ngủ, phản xạ nuốt. Theo các nhà nghiên cứu, dù xuất phát từ hai nguồn gốc khác nhau, hai hệ thống này kết nối chặt chẽ: não trước đưa ra quyết định vận động, não sau điều phối chi tiết.
Từ góc nhìn tiến hóa, sự phân chia này cho phép thân não duy trì các chức năng sinh tồn cơ bản, tạo “vùng an toàn” để tiến hóa tự do thử nghiệm trên não trước, hình thành nên khả năng đặc trưng của con người. Quan điểm này thách thức hình ảnh bộ não là một khối thống nhất trơn tru; thay vào đó, nó giống một liên minh giữa hai cơ quan đã học cách chia sẻ dây thần kinh và mạch máu. Điều đáng chú ý là bộ não vẫn là một cơ quan duy nhất – nhưng là một cơ quan được ráp từ hai phần vốn từng độc lập. Nhìn như vậy, cảm giác “lý trí” và “bản năng” trong chính trải nghiệm hằng ngày bỗng có nền tảng giải phẫu rất cụ thể.
Từ tiến hóa đến phòng thí nghiệm và phòng khám: chúng ta được gì?
Quan trọng hơn việc kể lại lịch sử tiến hóa não người, bản đồ phát triển mới này đang thay đổi cách chúng ta làm khoa học và chữa bệnh. Nhờ xác định đúng nguồn gốc tế bào ban đầu, nhóm nghiên cứu lần đầu nuôi cấy thành công các tế bào thần kinh vận động của não sau người từ tế bào gốc đa năng. Thay vì cố ép tế bào tiền thân của não trước và não giữa “hóa thân” thành neuron não sau, họ trực tiếp tạo các tế bào tiền thân phía sau bằng tổ hợp tín hiệu phát triển khác, rồi hướng chúng thành neuron vận động đặc trưng của rhombomere 5 và 6 – vùng liên quan đến kiểm soát cơ vùng mặt và cổ họng.
Các tế bào này mang dấu hiệu phân tử đặc trưng của não sau và có hoạt động điện sinh lý giống neuron thực. Điều này có thể cung cấp một mô hình mới để nghiên cứu bệnh xơ cứng teo cơ một bên và teo cơ tủy sống, hai bệnh thần kinh vận động nguy hiểm. Thành tựu mới mở ra triển vọng tìm kiếm phương pháp điều trị các bệnh lý thần kinh như teo cơ tủy ở trẻ em hay xơ cứng cột bên teo cơ ở người trưởng thành. Đồng thời, việc làm chủ quy trình nuôi cấy tế bào não sau còn giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn cơ chế tác động của các dòng thuốc giảm cân hiện đại như semaglutide lên các mạch thần kinh kiểm soát cảm giác đói tại khu vực này. Ở chiều ngược lại, nó nhắc chúng ta rằng mọi liệu pháp hiệu quả đều phải tôn trọng lịch sử hình thành của chính cơ quan mà ta muốn can thiệp.
