Nghiên cứu của các nhà khoa học tại Johns Hopkins Medicine cho thấy sợi trục, hay axon, là phần kéo dài của tế bào thần kinh, đảm nhiệm việc truyền tín hiệu đến các tế bào khác, không có dạng ống trơn mà xuất hiện những chỗ phình nhỏ lặp lại, giống như một chuỗi hạt.

Điều đáng chú ý là đây không nhất thiết là dấu hiệu tổn thương. Các cấu trúc nhỏ này xuất hiện ở những axon được nghiên cứu trong điều kiện bình thường và được nhóm nghiên cứu gọi là “non-synaptic varicosities”, tức những vùng phình không nằm tại các synapse.

Các nhà khoa học bắt đầu chú ý đến hiện tượng này từ những quan sát trên giun, sau đó tìm kiếm nó ở tế bào thần kinh của chuột.

Một câu hỏi đặt ra là liệu những chỗ phình có phải do bộ khung bên trong axon tạo nên hay không. Tuy nhiên, khi nhóm nghiên cứu can thiệp vào cấu trúc bộ khung này, các “hạt” vẫn tồn tại.

Điều đó khiến họ chuyển hướng sang nghiên cứu chính màng tế bào bao quanh axon. Để quan sát cấu trúc cực nhỏ này, nhóm sử dụng kính hiển vi điện tử kết hợp kỹ thuật đông lạnh áp suất cao.

Nhóm nghiên cứu phân tích hàng chục nghìn hình ảnh mô và liên tục nhận thấy dạng axon “chuỗi hạt”. Quan trọng hơn, hiện tượng này cũng được quan sát bằng phương pháp hình ảnh độ phân giải cao trên các neuron sống, cho thấy những hạt nhỏ không đơn thuần là sản phẩm phụ của quá trình đông lạnh.

Để hiểu nguyên nhân, các nhà nghiên cứu xây dựng những mô hình toán học mô tả cơ học của màng axon.

Kết quả cho thấy chỉ cần những thay đổi tương đối đơn giản về lực căng và tính chất vật lý của màng cũng có thể tạo ra hình dạng giống chuỗi hạt. Nói cách khác, axon có thể không cần một “bộ khung” cứng nhắc để duy trì hình dạng; chính các đặc tính vật lý của màng cũng góp phần quyết định cấu trúc của nó.

Cholesterol là một yếu tố quan trọng trong các thí nghiệm. Khi loại bỏ cholesterol, màng trở nên mềm và linh động hơn, cấu trúc các hạt thay đổi và tốc độ truyền tín hiệu điện cũng giảm.

Điều này cho thấy hình dạng vật lý của axon có liên hệ trực tiếp với khả năng truyền tín hiệu.

Phát hiện đáng chú ý hơn là các “hạt” này không hoàn toàn cố định. Khi các nhà nghiên cứu kích thích neuron ở tần số cao, những vùng phình trở nên dài hơn trung bình khoảng 8% và rộng hơn 17%. Sự thay đổi này kéo dài ít nhất 30 phút.

Đồng thời, tốc độ truyền tín hiệu điện giảm và hiệu ứng này kéo dài ít nhất một giờ. Kết quả gợi ý rằng axon không chỉ là những “dây cáp” thụ động truyền tín hiệu. Cấu trúc vật lý của chúng có thể thay đổi để đáp ứng với hoạt động của neuron, qua đó ảnh hưởng ngược trở lại cách tín hiệu được truyền đi.

Theo nhà thần kinh học Shigeki Watanabe thuộc Trường Y Johns Hopkins, các axon là những dây cáp kết nối mô não, cho phép chúng ta học tập, ghi nhớ và thực hiện nhiều chức năng khác. Vì vậy, hiểu cấu trúc của axon cũng là một phần quan trọng để hiểu cách não hoạt động.

Một công trình được công bố trên Neuron năm 2026 đã nghiên cứu mô vỏ não người lấy trong quá trình phẫu thuật động kinh cũng cho thấy những đặc điểm siêu nhỏ của màng neuron có thể tồn tại ở não người.

Một câu hỏi quan trọng hiện nay là làm thế nào phân biệt những thay đổi cấu trúc bình thường của axon với hiện tượng “beading” thường xuất hiện khi neuron bị tổn thương hoặc trong một số bệnh thoái hóa thần kinh.