Language
Country/Area
No result found
Bậc thầy về nhịp điệu trong sinh học: CPG điều khiển dáng đi và hơi thở của chúng ta như thế nào?
Trong sinh học, bộ tạo mô hình trung tâm (CPG) là các mạch thần kinh có khả năng tạo ra sự vận chuyển nhịp điệu một cách tự động mà không cần đầu vào nhịp điệu bên ngoài. Chúng điều khiển các hành vi như dáng đi, hơi thở, bơi lội và thậm chí nhai của chúng ta, đóng vai trò trung tâm trong chuyển động của các sinh vật sống. Hoạt động của CPG không chỉ thể hiện khả năng thích ứng sinh học mà còn cung cấp cách thức để cơ thể chúng ta thích nghi trong môi trường thay đổi.
CPG được đặc trưng bởi khả năng tự tổ chức và khả năng điều chỉnh linh hoạt để đáp ứng với các kích thích bên ngoài.
Đặc điểm của tế bào thần kinh CPG
Tế bào thần kinh CPG sở hữu nhiều đặc tính màng nội tại, cho phép chúng thực hiện các chức năng khác nhau. Một số tế bào thần kinh trải qua các đợt bùng nổ điện thế hoạt động khi không có sự kích thích từ bên ngoài, trong khi những tế bào thần kinh khác biểu hiện sự phục hồi sau khi bị ức chế sau khi loại bỏ sự ức chế. Ngoài ra, tần số bắn của tế bào thần kinh CPG trong quá trình khử cực ổn định cũng sẽ thích ứng, tức là tần số sẽ giảm dần theo thời gian.
Tạo nhịp điệu
Trong mạng CPG, có hai loại cơ chế tạo nhịp chính: tạo nhịp theo hướng đồng hồ (máy điều hòa nhịp tim) và ức chế tương tác (ức chế tương hỗ). Trong mạng "điều khiển bằng đồng hồ", một số nơ-ron hoạt động như bộ dao động lõi (máy điều hòa nhịp tim), điều khiển các nơ-ron không nổ khác thực hiện các mô hình nhịp nhàng. Trong mạng "ức chế tương tác", hai nhóm tế bào thần kinh ức chế lẫn nhau, tạo thành các bộ dao động nửa trung tâm. Khi các tế bào thần kinh này được kết nối với nhau, chúng có thể tạo ra các mô hình hoạt động xen kẽ.
Ngay cả khi bị cô lập, những tế bào thần kinh này vẫn có thể tạo ra tín hiệu nhịp nhàng để cung cấp cơ sở sinh lý cho các yêu cầu của chúng.
Tác động của điều hòa thần kinh
Điều chế thần kinh rất quan trọng đối với chức năng của CPG. Các sinh vật phải thích ứng với hành vi của mình với những thay đổi của môi trường bên trong và bên ngoài. Việc điều chỉnh CPG có thể thay đổi sự kết hợp chức năng của nó và tạo ra các chế độ đầu ra khác nhau. Khi đầu vào điều hòa thần kinh bị mất, việc tạo ra các kiểu chuyển động nhất định có thể bị mất hoàn toàn. Ví dụ, việc áp dụng các bộ điều biến thần kinh khác nhau có thể gợi lên các kiểu chuyển động khác nhau, điều này càng chứng tỏ vai trò thiết yếu của bộ điều biến thần kinh trong chuyển động thích ứng.
Vai trò của phản hồi giác quan
Mặc dù nhịp điệu và kiểu mẫu lý thuyết đặt trước của CPG được tạo ra tập trung nhưng CPG cũng có thể được điều chỉnh dựa trên phản hồi của giác quan. Thông tin này có thể ảnh hưởng đến việc điều chỉnh tổng thể kiểu dáng, chẳng hạn như khi đi bộ, nếu có đá ở một chân, ngay cả khi cảm giác chỉ xuất hiện ở một giai đoạn nhất định thì nó vẫn sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ kiểu dáng đi.
Những thay đổi trong đầu vào cảm giác có thể nhắm vào các giai đoạn mô hình khác nhau và có thể dẫn đến xuất hiện hiện tượng đảo ngược phản xạ.
Đa chức năng của CPG
CPG đóng vai trò quan trọng trong nhiều chức năng, đặc biệt là trong chuyển động, thở và các chức năng dao động khác. Ví dụ, ngay từ năm 1911, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng tủy sống có thể tạo ra các kiểu dáng đi mà không cần lệnh từ não. Khám phá này sau đó đã nhận được sự ủng hộ rộng rãi về kiểu bơi của nhiều loại sinh vật, bao gồm cả động vật có xương sống và một số động vật không xương sống, chẳng hạn như cá mập.
Kết luận
Có thể thấy từ những nghiên cứu này rằng hoạt động của CPG không chỉ phản ánh cấu trúc bên trong của sinh vật và hoạt động chính xác của hệ thần kinh mà còn ngụ ý rằng sự điều hòa thần kinh và phản hồi cảm giác tạo ra khả năng thích ứng hành vi của sinh vật. Với sự tiến bộ của khoa học, việc hiểu CPG ảnh hưởng như thế nào đến chuyển động và hơi thở của chúng ta vẫn là một chủ đề nóng trong nghiên cứu hiện nay, khiến chúng ta tự hỏi: Nghiên cứu trong tương lai sẽ thay đổi hiểu biết và ứng dụng của chúng ta về nhịp sinh học như thế nào?
