Một nghiên cứu quy mô lớn của Đại học Cambridge vừa công bố cho thấy bộ não con người không phát triển theo một đường cong trơn tru từ khi sinh ra đến lúc qua đời, mà trải qua bốn giai đoạn tái tổ chức mạnh mẽ ở các mốc tuổi 9, 32, 66 và 83.
Đây được xem là lần đầu tiên các nhà khoa học xác định rõ ràng những bước ngoặt quan trọng nhất trong cấu trúc kết nối thần kinh của con người, mở ra cách hiểu mới về quá trình phát triển trí tuệ, cảm xúc và sự suy giảm chức năng theo tuổi tác.
Theo Tiến sĩ Alexa Mousley, nhà khoa học thần kinh tại Đơn vị Khoa học Não bộ và Nhận thức MRC thuộc Đại học Cambridge, những thay đổi này tạo nên các giai đoạn hoạt động khác nhau của não bộ, cho phép con người đạt hiệu suất tối ưu ở từng thời kỳ, đồng thời cũng khiến chúng ta dễ bị tổn thương hơn ở một số điểm nhất định.
Bà nhận định: “Nghiên cứu này lần đầu tiên xác định những giai đoạn chính trong quá trình kết nối não bộ suốt vòng đời. Chúng cho thấy bộ não hoạt động mạnh nhất hoặc dễ bị gián đoạn nhất vào những thời điểm cụ thể”.
Để đưa ra kết luận, nhóm nghiên cứu đã phân tích 4.216 ảnh chụp cộng hưởng từ (MRI) của những người từ 0 đến 90 tuổi, được tổng hợp từ chín dự án lớn ở Anh và Mỹ. Những ảnh chụp này sử dụng kỹ thuật MRI khuếch tán, cho phép theo dõi đường đi của các phân tử nước dọc theo các sợi thần kinh.
Từ đó, các nhà khoa học tái tạo được bản đồ chất trắng, vốn là những đường cao tốc thông tin kết nối các vùng não xa nhau. Sau đó, họ sử dụng thuật toán Xấp xỉ và Chiếu Đa tạp Đồng nhất (UMAP) để nén mười hai tham số về cấu trúc mạng lưới não vào không gian ba chiều, giúp phát hiện những bước ngoặt rõ rệt trong cách các kết nối này biến đổi theo thời gian.
Kết quả phân tích cho thấy vòng đời của não bộ có thể chia thành năm kỷ nguyên lớn. Thời kỳ đầu tiên từ khi sinh ra đến khoảng 9 tuổi là giai đoạn bộ não hoạt động quá mức, hình thành vô số khớp thần kinh trong khi chất trắng mở rộng nhanh chóng. Dù vậy, hiệu suất truyền tải thông tin toàn cục lại suy giảm trong giai đoạn này.
Các nhà khoa học lý giải rằng não trẻ lúc này tập trung vào việc xây dựng các cụm kết nối cục bộ, giống như những khu dân cư nhỏ nhưng đông đúc, hơn là phát triển những đường dẫn dài và hiệu quả. Đây cũng là thời điểm cha mẹ nhận thấy con mình thay đổi nhanh chóng về học tập, cảm xúc và sự chú ý. Đến khoảng 9 tuổi, sự xuất hiện của hormone dậy thì trùng khớp với bước ngoặt tái tổ chức lớn đầu tiên, khi não bắt đầu dịch chuyển từ cấu trúc cục bộ sang tăng cường khả năng tích hợp toàn cầu.
Từ 9 đến khoảng 32 tuổi, não bộ bước vào giai đoạn tinh chỉnh mạnh nhất. Các kết nối trở nên ngắn hơn, hiệu quả cao hơn và tốc độ truyền thông tin cũng nhanh hơn. Đây là thời kỳ não đạt đến trạng thái tối ưu trong khả năng vừa đa nhiệm vừa chuyên môn hóa. Tuy nhiên, khoảng 32 tuổi, quá trình này đạt đến đỉnh điểm.
Đây chính là bước ngoặt quan trọng nhất của nghiên cứu. Não bộ ngừng cải thiện về hiệu suất toàn cầu và chuyển sang giai đoạn trưởng thành ổn định. Những đặc điểm nhận thức và tính cách bắt đầu bền vững hơn, phù hợp với các quan sát tâm lý khi con người bước vào tuổi trung niên.
Tiến sĩ Mousley cho biết: “Tuổi dậy thì có điểm bắt đầu rõ ràng, nhưng thời điểm kết thúc trên phương diện thần kinh lại khó xác định hơn. Dựa trên kiến trúc não bộ, chúng tôi nhận thấy các thay đổi giống tuổi vị thành niên kết thúc vào đầu những năm ba mươi”.
Sau tuổi 32, từ tuổi trưởng thành đến khoảng 66, bộ não bước vào thời kỳ tĩnh lặng kéo dài nhất. Khả năng tích hợp toàn cầu giảm dần, trong khi các vùng não lại gia tăng kết nối với những khu vực lân cận. Nói cách khác, thay vì duy trì mạng lưới liên lạc rộng khắp, não có xu hướng tổ chức theo từng khu phố nhỏ, ít trao đổi với các khu vực khác. Đây được xem là một giai đoạn ổn định, nhưng cũng tiềm ẩn nguy cơ gia tăng về suy giảm nhận thức khi con người bước vào tuổi trung niên.
Đến khoảng 66 tuổi, một bước ngoặt lớn khác xảy ra. Chất trắng bắt đầu mỏng đi do quá trình lão hóa sinh học. Các mạng lưới bắt đầu khép kín hơn và giao tiếp kém hiệu quả hơn. Sự tái tổ chức mạng lưới lên đến đỉnh điểm vào thời kỳ này, khiến bộ não dễ bị ảnh hưởng bởi bệnh lý như tăng huyết áp và nguy cơ sa sút trí tuệ. Giai đoạn này cũng được xem là điểm bắt đầu của lão hóa sớm, khi các kết nối dài trở nên kém bền vững.
Cuối cùng, sau 83 tuổi, bộ não bước vào thời kỳ lão hóa muộn với một mô hình hoàn toàn khác. Não bộ trở nên phụ thuộc nhiều hơn vào một số vùng trung tâm để duy trì hoạt động tổng thể. Điều này cho thấy nguồn lực kết nối đã giảm mạnh và chỉ những vùng quan trọng nhất mới duy trì được vai trò điều phối thông tin.
Các khu vực như hồi chẩm và hồi sau trung tâm giữ lại sự gắn kết mạnh, trong khi phần còn lại suy giảm đáng kể. Đây được xem là đặc trưng của giai đoạn cuối trong hành trình tái tổ chức thần kinh.
Giáo sư Duncan Astle, đồng tác giả nghiên cứu, nhận định rằng những bước ngoặt này phản ánh những thay đổi sâu sắc trong cuộc đời con người. Ông cho rằng việc hiểu rõ các thời kỳ tái tổ chức mạnh này có thể giúp giải thích vì sao các rối loạn phát triển thần kinh, các vấn đề tâm lý hoặc chứng mất trí lại thường tập trung ở những giai đoạn nhất định.
Việc xác định được quãng thời gian não dễ bị tổn thương nhất có thể giúp cải thiện việc chẩn đoán và can thiệp sớm. Tiến sĩ Katya Rubia, Đại học King’s College London, cho biết việc xác định các chuẩn mực cấu trúc não bộ theo từng giai đoạn sẽ giúp phát hiện những bất thường sớm hơn và chính xác hơn.
Dù vậy, nhóm nghiên cứu vẫn lưu ý rằng mẫu nghiên cứu chủ yếu bao gồm người da trắng và người có hệ thần kinh điển hình, nên các kết quả có thể thay đổi ở những nhóm dân cư hoặc văn hóa khác nhau.
