Rodrigo Quian Quiroga, Itzhak Fried & Christof Koch – Tế bào tổ mẫu trong não bộ

Rodrigo Quian Quiroga, Itzhak Fried & Christof Koch

Tế bào tổ mẫu trong não bộ

Duy Đoàn chuyển ngữ

Có lần nhà giải phẫu thần kinh thông thái người Nga Akakhi Akakhievitch có khách hàng là một anh chàng muốn quên đi người mẹ độc đoán, quá quắt của mình.

Akakhievitch hào hứng giúp đỡ, mở toang bộ não bệnh nhân ra, và dần dần loại bỏ vài ngàn neuron, mỗi neuron trong số này đều có liên quan đến ý niệm người mẹ của bệnh nhân đó. Khi bệnh nhân tỉnh dậy sau cơn mê, anh ta mất hết toàn bộ khái niệm về mẹ mình. Toàn bộ kí ức về bà ta, tốt lẫn xấu, đều biến mất. Mừng rỡ trước thành công đó, Akakhievitch chuyển hướng sang nỗ lực kế tiếp – tìm kiếm các tế bào liên kết với phần kí ức của “người bà.”

Câu chuyện đó dĩ nhiên là hư cấu. Nhà khoa học thần kinh quá cố Jerry Lettvin (một nhân vật có thật ngoài đời) đã kể câu chuyện đó cho sinh viên ở Học viện Công nghệ Massachusetts hồi năm 1969 nhằm minh hoạ cho một ý tưởng đầy khiêu khích cho rằng có một lượng tầm khoảng 18,000 neuron có thể hình thành nên cơ sở cho bất kì dạng kinh nghiệm ý thức, cho bất kì loại tư duy hoặc kí ức đặc thù nào về người thân, về bất kì một người nào khác hoặc bất kì món đồ nào mà ta chợt bắt gặp. Lettvin chưa bao giờ chứng minh hoặc bác bỏ giả thuyết táo bạo đó, và trong hơn 40 năm qua các nhà khoa học đã tranh luận, hầu hết là đùa cợt, về ý tưởng “các tế bào tổ mẫu (grandmother cells)”. 

Ý tưởng về các neuron lưu trữ kí ức theo thể cách vô cùng cụ thể như vậy phát xuất đầu tiên từ William James, khi vào cuối thế kỉ 19 ông hình dung “các tế bào giám mục (pontifical cells)” là thứ mà ý thức của ta gắn chặt vào. Sự tồn tại của những tế bào này dù vậy lại đi ngược với quan điểm chủ đạo cho rằng việc nhận thức bất kì cá nhân hay món đồ cụ thể nào cũng dều được thực hiện thông qua quá trình hoạt động tập thể của hàng triệu, nếu không muốn nói là hàng tỉ, tế bào thần kinh, đây là điều mà năm 1940 nhà khoa học đoạt giải Nobel Charles Sherrington gọi là “nền dân chủ bách vạn (a millionfold democracy)”. Trong trường hợp này thì hoạt động của một tế bào thần kinh đơn lẻ là vô nghĩa. Chỉ có sự cộng tác của từng nhóm lớn các neuron mới tạo ra ý nghĩa.

Các nhà khoa học thần kinh tiếp tục tranh luận chuyện liệu não bộ có phải chỉ cần vài neuron – chừng vài ngàn hoặc ít hơn thế – để giữ vai trò làm nơi lưu trữ một ý niệm đặc thù nào đó, hoặc cần phải có hàng trăm triệu neuron phân bổ rộng khắp não bộ. Những nỗ lực hòng giải quyết vụ tranh cãi này sẽ dẫn đến tầm nhận thức mới mẻ về cách hoạt động của trí nhớ và tư duy ý thức – với sự trợ giúp chút ít từ Hollywood.

Các neuron Jennifer Aniston

Vài năm trước – cùng với Gabriel Kreiman, hiện đang là thành viên thuộc biên chế của Harvard Medical School, và Leila Reddy, hiện đang là nhà nghiên cứu ở Trung tâm Nghiên cứu Não bộ và Tri nhận tại Toulouse, Pháp – chúng tôi thực hiện các thí nghiệm dẫn đến khám phá ra một neuron ở vùng đồi hải mã (hippocampus), một khu vực trong não bộ có liên quan đến các quá trình xử lí bộ nhớ, phản ứng mạnh mẽ với những bức ảnh khác nhau của cô diễn viên Jennifer Aniston, nhưng lại không phản ứng gì với ảnh của các diễn viên khác cũng như ảnh của những người nổi tiếng khác, của những nơi chốn hay những con vật. Ở bệnh nhân khác, một neuron ở vùng đồi hải mã bừng lên khi người đó nhìn mấy bức hình của cô diễn viên Halle Berry và thậm chí khi nhìn tên cô diễn viên đó trên màn hình máy tính, nhưng lại không phản ứng gì với những thứ khác. Một neuron khác hoạt động chỉ khi tiếp xúc với mấy bức hình của Oprah Winfrey và với tên cô ta trên màn ảnh hoặc được nói ra bằng giọng nói tổng hợp từ máy tính. Lại một neuron khác phản ứng với hình ảnh của Luke Skywalker và với tên anh ta thông qua chữ viết hay giọng nói, v.v..

Người ta có thể quan sát như thế bằng cách ghi nhận trực tiếp hoạt động của các neuron riêng lẻ. Có những kĩ thuật phổ biến, chẳng hạn như chụp hình chức năng, có thể xác định hoạt động diễn ra ở khắp não bộ khi người tình nguyện thực hiện một tác vụ cho trước. Tuy chụp chức năng thế có thể theo dõi lượng tiêu thụ năng lượng tổng thể của vài triệu tế bào điển hình, nhưng nó không thể xác định ra được một nhóm nhỏ neuron, chứ đừng nói chi những tế bào riêng lẻ. Để ghi nhận các nhịp xung phát ra từ các neuron riêng lẻ, người ta cần dùng đến các siêu điện cực mảnh hơn cả sợi tóc cấy vào trong bộ não. Kĩ thuật này ít phổ biến hơn chụp chức năng, và chỉ trong những trường hợp y khoa đặc biệt mới được phép cấy các điện cực này vào con người.

Một trong những trường hợp hiếm hoi đó là lúc chữa trị bệnh nhân bị chứng động kinh. Khi cơn co giật không thể được kiểm soát bằng thuốc men thì những bệnh nhân này có khả năng sẽ được giải phẫu chữa trị. Đội ngũ y khoa xem xét bằng chứng lâm sàng để xác định vị trí toạ lạc của khu vực nơi cơn co giật bắt đầu, chỗ tập trung của chứng động kinh, và người ta có thể tách bỏ đi phần đó để chữa cho bệnh nhân. Ban đầu việc đánh giá này liên quan đến các thủ tục không can thiệp, chẳng hạn như chụp não bộ, xem xét bằng chứng lâm sàng và nghiên cứu hoạt động điện thuộc bệnh lí – một loạt các phóng điện dạng động kinh (epileptic discharge) tất cả đều diễn ra cùng một khối – với những ghi nhận điện não đồ thu được từ hai bên thái dương của bệnh nhân. Nhưng khi người ta không thể định ra chính xác vị trí toạ lạc của điểm tập trung động kinh bằng các phương pháp này, thì các nhà giải phẫu thần kinh có thể cấy các điện cực vào sâu bên trong hộp sọ để liên tục theo dõi hoạt động của não bộ trong vài ngày và sau đó phân tích các cơn co giật quan sát được.

Các nhà khoa học đôi khi cũng yêu cầu các bệnh nhân tự nguyện tham gia vào các công trình nghiên cứu trong suốt quãng thời gian theo dõi, nghiên cứu này bao gồm việc thực hiện nhiều tác vụ tri nhận trong lúc ghi nhận hoạt động não bộ. Ở trường University of California, Los Angeles (U.C.L.A), chúng tôi đã dùng một kĩ thuật đặc biệt để ghi nhận hoạt động trong hộp sọ bằng cách sử dụng các điện cực linh hoạt với các vi tuyến cực nhỏ; công nghệ này được một người trong số chúng tôi phát triển nên, anh là người đứng đầu Chương trình Giải phẫu Động kinh ở U.C.L.A và đã cộng tác với các nhà khoa học khác trên khắp thế giới, bao gồm nhóm của Koch ở Viện Công nghệ California và phòng thí nghiệm của Quian Quiroga ở trường University of Leicester tại Anh. Kĩ thuật này cho các nhà khoa học một cơ hội tuyệt vời để có thể ghi nhận trực tiếp từ những neuron đơn lẻ trong nhiều ngày vào thời điểm bệnh nhân thức giấc và đưa ra khả năng nghiên cứu việc truyền tín hiệu của neuron trong suốt thời điểm thực hiện các tác vụ khác nhau – theo dõi theo dõi việc truyền tín hiệu liên tục diễn ra trong lúc các bệnh nhân nhìn vào mấy hình ảnh hiển thị trên laptop, hồi tưởng lại kí ức hoặc thực hiện các tác vụ khác. Đó là cách chúng tôi khám phá ra được neuron Jennifer Aniston và vô tình làm sống lại cuộc tranh luận do câu chuyện của Lettvin khơi ra lúc trước.

Xét lại các tế bào tổ mẫu

Liệu rằng các tế bào thần kinh như neuron Jennifer Aniston chính là những tế bào tổ mẫu mà người đời lâu nay hay tranh luận? Để trả lời câu hỏi đó, ta phải định nghĩa chuẩn xác hơn nữa khi đề cập đến tế bào tổ mẫu. Một cách cực đoan khi nghĩ về giả thuyết tế bào tổ mẫu là chỉ một neuron phản ứng lại một ý niệm. Nhưng nếu ta có thể tìm ra một neuron đơn lẻ phát tín hiệu đối với Jennifer Aniston, thì rõ ràng điều này còn chứng tỏ rằng ắt là còn nhiều nữa – cơ hội tìm ra một và chỉ một trong số hàng tỉ neuron là vô cùng nhỏ nhoi. Hơn nữa, nếu chỉ một neuron đơn lẻ chịu trách nhiệm cho cả nguyên ý niệm về Jennifer Aniston, và nếu nó bị tổn hại hay bị tiêu huỷ do bệnh tật hay tai nạn nào đó, thì mọi vết tích về Jennifer Aniston cũng sẽ tan biến khỏi trí nhớ, đó là một viễn cảnh hoàn toàn không thể xảy ra.

Một định nghĩa bớt cực đoan hơn về tế bào tổ mẫu thì giả thiết rằng có nhiều hơn một neuron đơn độc phản ứng lại với bất kì một ý niệm nào đó. Giả thuyết này hợp lí nhưng lại rất khó, nếu không muốn nói là không thể, chứng minh được. Chúng ta không thể thử mọi ý niệm có thể có để chứng tỏ neuron đó chỉ phát tín hiệu với Jennifer Aniston. Thực tế thì trường hợp ngược lại thường gặp hơn: ta thường tìm thấy các neuron phản ứng với nhiều hơn một ý niệm. Do đó, nếu một neuron phát tín hiệu chỉ với một người trong suốt thí nghiệm, thì ta không thể loại trừ rằng nó cũng có thể phản ứng với một số kích thích khác không được đưa ra lúc đó.

Ví dụ, sau khi phát hiện ra neuron Jennifer Aniston, chúng tôi lặp lại thí nghiệm vào một ngày khác, nhưng lúc này thì chúng tôi dùng thêm nhiều hình ảnh khác liên quan đến cô nàng, và phát hiện rằng neuron đó cũng phát tín hiệu với Lisa Kudrow, một ngôi sao khác trong series truyền hình Friends, đây là series đã giúp cả hai nổi tiếng. Neuron phản ứng với Luke Skywalker cũng phát tín hiệu với Yoda, một người Jedi khác trong phim Star Wars; một neuron khác phát tín hiệu với hai cầu thủ bóng rổ; neuron khác thì với một trong những tác giả (Quian Quiroga) của bài viết này và những đồng nghiệp khác vốn có tương tác với bệnh nhân đó ở U.C.L.A, v.v.. Thậm chí sau đó, người ta vẫn có thể lập luận rằng các neuron này là những tế bào tổ mẫu phản ứng với các ý niệm khái quát hơn, tức là, với hai người phụ nữ tóc vàng trong Friends, với người Jedi trong Star Wars, với cầu thủ bóng rổ, hay với nhà khoa học đang làm thí nghiệm với bệnh nhân đó. Định nghĩa mở rộng này đã biến cuộc bàn luận về việc các neuron đó có nên được xem là tế bào tổ mẫu hay không trở thành vấn đề về mặt ngữ nghĩa.

Ta hãy gạt ngữ nghĩa học qua một bên trong lúc này và thay vào đó tập trung vào một vài khía cạnh cốt yếu về những thứ được gọi là neuron Jennifer Aniston. Trước tiên, chúng tôi phát hiện các phản ứng của từng tế bào diễn ra khá chọn lọc – mỗi phản ứng phát tín hiệu với một phần nhỏ trong bức hình của các ngôi sao, nhà chính trị, người thân, các địa danh, v.v.. Thứ đến, mỗi tế bào phản ứng với nhiều cách trình hiện của một cá nhân hoặc một nơi chốn đơn lẻ, bất kể cách thể hiện của các đặc điểm hình ảnh cụ thể. Thật sự thì một tế bào phát tín hiệu theo cùng một kiểu khi đáp lại các bức hình khác nhau của cùng một người và thậm chí với tên của người đó khi được viết ra hoặc được phát ngôn ra. Như thể là neuron này trong lúc tạo nên các hình mẫu phát tín hiệu đã cho ta biết: “Tôi biết đó là Jennifer Aniston, và bất kể bạn trình cô ấy ra cho tôi thấy dưới dạng nào, dù là mặc đầm đỏ, góc nhìn chếch, đưa ra chữ viết tên cô ta hoặc thậm chí gọi tên ra.” Neuron khi đó dường như phản ứng với ý niệm này – với bất kì trình hiện nào của tự thân sự vật. Do đó nếu gọi các neuron này là các tế bào ý niệm thay vì các tế bào tổ mẫu thì sẽ thích hợp hơn. Các tế bào ý niệm thỉnh thoảng có thể phát tín hiệu đối với nhiều hơn một ý niệm, trong trường hợp những ý niệm này liên hệ chặt chẽ nhau.

Mã hoá ý niệm

Để hiểu làm thế nào mà một lượng nhỏ các tế bào gắn bó với một ý niệm đặc thù nào đó, chẳng hạn như về cô diễn viên Jennifer Aniston, ta cần biết vài điều về những quá trình xử lí phức tạp trong bộ não để nắm bắt và lưu trữ hình ảnh của vô vàn vật thể và con người ta gặp phải ở thế giới xung quanh. Thông tin tiếp nhận bởi đôi mắt trước tiên thông qua dây thần kinh thị giác đi ra khỏi cầu mắt để đến vùng vỏ não thị giác nằm phía sau đầu. Các neuron ở đó sẽ phát tín hiệu phản ứng với một lượng bé tí các chi tiết nhỏ cấu thành một hình ảnh, cứ như thể mỗi neuron bừng lên giống một pixel trong bức ảnh số hoặc như thể chúng là những chấm màu trong bức hoạ phong cách điểm thể (pointillist) của Georges Seurat.

Một neuron không đủ để cho biết các chi tiết đó là một phần gương mặt, một phần tách trà hay một phần tháp Eiffel. Mỗi tế bào hình thành nên một phần của cái tổng thể, rồi có một sự kết hợp làm nhiệm vụ ghép các phần lại thành một hình ảnh, như bức A Sunday Afternoon on the Island of La Grand Jatte. Nếu bức tranh có chút thay đổi, một vài chi tiết cũng sẽ đổi khác, và việc phát tín hiệu của tập hợp các neuron tương ứng cũng sẽ thay đổi theo.

Bộ não cần xử lí thông tin giác quan để nắm bắt không chỉ một bức hình – nó phải nhận diện được vật thể và tích hợp nó lại với những thông tin đã biết. Từ vùng vỏ não thị giác chính, một hình ảnh khởi sự việc kích hoạt neuron và tín hiệu phát ra sẽ di chuyển xuyên suốt một loạt các vùng vỏ não hướng đến những khu vực ở phần trán. Các neuron đơn lẻ trong những khu vực thị giác trọng điểm hơn sẽ phản ứng với toàn bộ những gương mặt hoặc toàn bộ vật thể mà không phản ứng với các chi tiết cục bộ. Chỉ một trong số những neuron cấp cao này có thể cho ta biết hình ảnh đó là của gương mặt người chứ không phải của tháp Eiffel. Nếu ta thay đổi bức hình một chút, xoay nó hay thay đổi ánh sáng chiếu vào nó, thì nó sẽ thay đổi một số đặc điểm, nhưng các neuron này không quan tâm nhiều về những khác biệt nhỏ thuộc về chi tiết như thế, và hành vi phát tín hiệu gần như không đổi – đây là đặc tính đươc gọi là tính bất biến thị giác (visual invariance).

Neuron ở những khu vực thị giác cấp cao sẽ gửi thông tin đến vùng thuỳ thái dương giữa (medial temporal lobe) – vùng đổi hải mã và vùng vỏ não xung quanh – vốn có liên quan đến các chức năng kí ức và là nơi chúng tôi phát hiện ra các neuron Jennifer Aniston. Phản ứng của các neuron ở vùng đồi hải mã cụ thể hơn nhiều so với vùng vỏ não thị giác cấp cao hơn. Mỗi neuron trong số này phản ứng với riêng một người, hay chính xác hơn là phản ứng với ý niệm của người đó: không chỉ với gương mặt và những khía cạnh khác ở hình dáng mà còn liên hệ chặt chẽ với những thuộc tính như tên của người đó.

Khi nghiên cứu, chúng tôi cố khám phá có bao nhiêu neuron đơn lẻ phát tín hiệu để biểu hiện một ý niệm cho trước. Chúng tôi phải xem thử phải chăng chỉ có một, một tá, hàng ngàn hay có lẽ hàng triệu neuron tham gia vào. Nói cách khác, việc biểu hiện ý niệm “thưa thớt” đến mức nào? Rõ ràng là chúng tôi không thể đo lường con số này trực tiếp được, bởi chúng tôi không thể ghi nhận hoạt động của toàn bộ neuron ở một khu vực cho trước. Bằng cách dùng những phương pháp thống kê, Stephen Waydo, lúc đó đang học lên tiến sĩ với một giáo sư trong số chúng tôi (Koch) ở Caltech, đã ước tính rằng mỗi ý niệm cụ thể sẽ khiến việc phát ra tín hiệu diễn ra ở khoảng chưa đến một triệu neuron trong số khoảng một tỉ neuron thuộc vùng thuỳ thái dương giữa. Nhưng bởi vì chúng ta dùng hình ảnh của những vật vốn rất quen thuộc với các bệnh nhân ở nghiên cứu này – điều này có thể khởi phát nhiều phản ứng hơn – do đó con số này nên được dùng một cách nghiêm chặt như là cận trên; số lượng tế bào biểu hiện một ý niệm có thể nhỏ hơn 10 hay 100 lần, có lẽ gần với con số 18,000 neuron mỗi ý niệm như phỏng đoán của Lettvin.

Đối nghịch với luận cứ này, có một lí do để nghĩ rằng bộ não không mã hoá các ý niệm thưa thớt mà phân bổ chúng khắp các quần thể neuron rộng lớn, lí do đó là chúng ta không thể có đủ neuron để biểu hiện toàn bộ những ý niệm khả dĩ và những biến đổi của chúng. Chẳng hạn như liệu chúng ta có đủ chỗ chứa các tế bào não bộ để tạo nên hình ảnh về người bà đang cười, vẫy tay, uống trà hay chờ xe buýt ở trạm, cũng như về hoàng hậu nước Anh đang chào đám dông, về Luke Skywalker như một cậu bé ở Tatooine hay đang đánh nhau với Darth Vader, v.v.?

Để trả lời câu hỏi này, chúng ta trước tiên nên xem xét rằng thực tế một người bình thường nhớ không quá 10,000 ý niệm. Và con số này không nhiều nếu so với cả tỉ tế bào thần kinh tạo nên vùng thuỳ thái dương giữa. Hơn nữa, chúng ta có lí do ổn thoả để tin rằng các ý niệm có thể được mã hoá và lưu trữ rất hiệu quả bằng cách rải thưa thớt ra. Neuron ở vùng thuỳ thái dương giữa thật sự không quan tâm đến những trường hợp khác nhau của cùng một ý niệm – chúng không quan tâm liệu Luke đang ngồi hay đang đứng; chúng chỉ quan tâm là kích thích đó có liên quan gì đến Luke hay không. Chúng bắn tín hiệu đối với bản thân ý niệm bất kể nó được trình hiện ra sao. Việc làm ý niệm trở nên trừu tượng hơn – phát tín hiệu đối với toàn bộ các trường hợp của Luke – sẽ làm giảm lượng thông tin cần thiết cho neuron lập mã và điều đó cho phép ý niệm có tính chọn lọc cao, phản ứng với Luke chứ không phải với Jennifer.

Nghiên cứu về sự kích thích của Waydo nhấn mạnh quan điểm này thậm chí ở mức độ sâu hơn. Tận dụng mô hình chi tiết của quá trình xử lí thị giác, Waydo tạo ra một mạng lưới neuron bằng phần mềm có thể học cách nhận dạng nhiều bức hình chưa gắn nhãn về máy bay, xe hơi, xe máy và gương mặt người. Phần mềm này nhận diện được mà không cần sự giám sát của người dạy. Không ai bảo nó “đây là máy bay và kia là xe hơi”. Nó phải tự mình nhận ra, bằng cách dựa vào giả định rằng rất nhiều các hình ảnh khả dĩ trên thực tế đều dựa vào một số ít người hay vật và giả định khác cho rằng mỗi hình ảnh sẽ được biểu hiện bằng một tập hợp nhỏ các neuron, giống như chúng tôi đã phát hiện ở vùng thuỳ thái dương giữa. Bằng cách kết hợp cách biểu hiện rời rạc này vào quá trình kích thích trong phần mềm, mạng lưới đó học được cách phân biệt những người hay những vật giống nhau thậm chí khi được trình hiện ra theo nhiều cách khác nhau, một phát hiện tương đồng với quan sát của chúng tôi từ các ghi nhận về não bộ con người.

Tại sao lại là các tế bào ý niệm?

Nghiên cứu của chúng tôi có liên hệ chặt chẽ với câu hỏi về cách thức bộ não diễn giải thế giới bên ngoài và chuyển dịch các nhận thức vào trong kí ức ra làm sao. Hãy xem xét trường hợp nổi tiếng năm 1953 của bệnh nhân H.M., là người mắc phải chứng động kinh khó chữa. Một bác sĩ giải phẫu thần kinh đã đi đến một cách tiếp cận đầy tuyệt vọng nhằm ngăn chặn cơn co giật của anh ta, vị bác sĩ đã tách bỏ phần đồi hải mã của anh ấy và nối liền các vùng ở hai bên não bộ. Sau khi giải phẫu, H.M vẫn có thể nhận ra con người và đồ vật, nhưng kết quả ngạc nhiên là anh ta không còn ghi nhớ được lâu dài bất kì thứ gì mới mẻ. Không có vùng đồi hải mã, mọi thứ xảy ra với anh ta đều nhanh chóng rơi vào quên lãng. Bộ phim Memento (2000) xoay quanh một nhân vật có trạng thái logic thần kinh tương tự vậy.

Trường hợp của H.M cho thấy vùng đồi hải mã, và cả vùng thuỳ thái dương giữa nói chung, không cần thiết cho việc nhận thức nhưng lại thiết yếu cho việc chuyển dời kí ức ngắn hạn (những thứ ta nhớ trong chốc lát) thành kí ức dài hạn (những thứ ta nhớ trong suốt nhiều giờ, nhiều ngày, nhiều năm). Cùng với chứng cứ này, chúng tôi lập luận rằng các tế bào ý niệm, vốn cư ngụ ở những khu vực đó, rất quan trọng để chuyển dời những gì trong nhận thức của ta – bất kì thứ gì được khởi phát từ nguồn thông tin đầu vào của giác quan hay những hồi tưởng bên trong – trở thành kí ức dài hạn được lưu trữ sau đó ở các khu vực khác trong vỏ não. Chúng tôi tin là neuron Jennifer Aniston mà chúng tôi tìm ra được nó không cần thiết để người ta có thể nhận ra cô diễn viên ấy hay nhớ ra cô ta là ai, nhưng nó lại thiết yếu để đưa Jennifer Aniston vào ý thức để hàn gắn các liên kết và các kí ức mới liên quan đến cô nàng, chẳng hạn sau đó nhớ ra là đã thấy hình cô ấy.

Não bộ của chúng ta có thể dùng một lượng nhỏ các tế bào ý niệm để biểu hiện nhiều trường hợp khác nhau của cùng một sự vật như một ý niệm độc nhất – sự biểu hiện thưa thớt và bất biến. Cách vận hành của các tế bào ý niệm phải qua cả chặng đường dài để có thể giải thích cách ta ghi nhớ: chúng ta hồi tưởng Jennifer và Luke trong tất cả các lớp vỏ ngoài thay vì nhớ mọi lỗ chân lông trên gương mặt họ. Chúng ta không cần (hay không muốn) nhớ đến mọi chi tiết của những thứ hiện ra trước mắt ta.

Điều quan trọng là nắm được cốt lõi của các tình huống cụ thể liên quan đến những con người và ý niệm liên quan đến ta, thay vì nhớ vô vàn các chi tiết vô nghĩa. Nếu ta vô tình gặp ai đó quen biết trong quán café, thì ta nên nhớ những sự kiện đáng chú ý ở lần gặp đó hơn là nhớ chính xác họ mặc gì, hay họ dùng từ ngữ gì, hoặc những kẻ lạ mặt khác đang thư giãn ở quán trông ra làm sao. Các tế bào ý niệm có xu hướng bắn tín hiệu đến những sự vật liên quan đến cá nhân chúng ta bởi vì ta thường nhớ các sự kiện liên quan đến những người và những điều thân quen với ta và không tốn công ghi nhớ những thứ không có mối liên hệ gì đặc biệt.

Kí ức là thứ  không chỉ có các ý niệm đơn độc duy nhất. Kí ức về Jennifer Aniston liên quan một chuỗi các sự kiện trong đó cô nàng – hoặc nhân vật mà cô nàng thủ vai trong Friends – tham dự vào. Phần hồi tưởng hoàn chỉnh của một phần kí ức đơn lẻ cần những kết nối giữa hai ý niệm khác biệt mà có liên quan nhau: Jennifer Aniston kết nối với ý niệm về cảnh bạn ngồi trên ghế sofa trong lúc múc kem ăn và xem phim Friends.

Nếu hai ý niệm liên quan nhau, một số neuron mã hoá ý niệm này cũng bắn tín hiệu đối với ý niệm kia. Giả thuyết này đã đưa ra lời giải thích sinh lí học về cách thức các neuron trong não bộ mã hoá những mối liên hệ. Xu hướng các tế bào bắn tín hiệu đối với những ý niệm liên quan nhau thật sự có thể làm nền tảng cho việc tạo ra các kí ức tạm thời (chẳng hạn chuỗi các sự kiện cụ thể trong suốt cuộc gặp gỡ tại café) hoặc tạo ra dòng ý thức, di chuyển tự động từ ý niệm này sang ý niệm kia. Chúng ta thấy Jennifer Aniston, và cảm thức đó gợi nên kí ức về cái TV, ghế sofa và kem – những ý niệm liên quan nằm bên dưới kí ức xem phim Friends. Một quá trình tương tự cũng có thể tạo ra các liên kết giữa hai đặc điểm của cùng một ý niệm được lưu trữ ở những khu vực vỏ não khác nhau, đồng thời mang đến mùi vị, hình dạng, màu sắc và chất liệu bông hồng – hoặc diện mạo và giọng nói của Jennifer.

Theo như những lợi thế hiển nhiên của việc lưu trữ các kí ức cao cấp như những ý niệm trừu tượng, chúng ta cũng có thể hỏi tại sao việc biểu hiện các ý niệm này lại được phân bổ thưa thớt ở vùng thuỳ thái dương giữa. Một câu trả lời được đưa ra từ nghiên cứu cách lập mô hình, đã trước sau đều cho thấy rằng các biểu hiện thưa thớt là cần thiết nhằm tạo ra các mối liên hệ nhanh chóng.

Các chi tiết về mặt kĩ thuật thì phức tạp, nhưng ý tưởng chung lại khá đơn giản. Hãy hình dung một biểu hiện được phân bổ khắp nơi – ngược lại với hiện tượng phân bổ thưa thớt – đối với một người ta gặp ở café, với những neuron mã hoá từng chi tiết nhỏ nhặt của người đó. Hãy hình dung một biểu hiện phân bổ khác đối với bản thân quán café. Việc tạo ra nối kết giữa người đó và quán café sẽ cần tạo ra các liên kết giữa những chi tiết khác nhau biểu hiện từng ý niệm mà không trộn lẫn chúng với cái khác, bởi vì quán café trông như một tiệm sách dễ chịu và người bạn đó thì trông như một người quen khác.

Việc tạo ra những đường liên kết như thế với các mạng lưới phân bổ rộng khắp sẽ rất chậm và dẫn đến việc các kí ức bị trộn lẫn vào nhau. Việc thiết lập nên các nối kết với những mạng lưới thưa thớt thì ngược lại, sẽ nhanh chóng và dễ dàng. Nó chỉ cần tạo ra một vài đường liên kết giữa hai nhóm tế bào biểu hiện từng ý niệm khác nhau, bằng cách khiến cho một vài neuron bắt đầu bắn tín hiệu đến cả hai ý niệm đó. Một lợi thế khác của biểu hiện thưa là ý niệm mới có thể được thêm vào mà không làm ảnh hưởng sâu sắc đến những thứ khác trong mạng lưới. Sự ngăn cách này này sẽ khó đạt được hơn nhiều với mạng lưới phân bổ rộng khắp, khi mà ở đó việc thêm vào ý niệm mới sẽ làm chuyển dời các ranh giới đối với toàn bộ mạng lưới.

Các tế bào ý niệm liên kết nhận thức với kí ức; chúng đưa ra phần biểu hiện thưa thớt mang tính trừu tượng của loại tri thức ngữ nghĩa – về con người, nơi chốn, đồ vật, hết thảy những khái niệm có ý nghĩa góp phần tạo nên những thế giới riêng biệt. Chúng tạo nên những khối kí ức về những sự việc và sự kiện trong cuộc đời chúng ta. Phương án mã hoá một cách tao nhã này cho phép tâm trí ta gạt qua một bên vô số các chi tiết vụn vặt và có thể trích xuất ra phần ý nghĩa hữu dụng để tạo những mối liên hệ và những kí ức mới. Chúng mã hoá những gì trọng yếu cần giữ lại từ kinh nghiệm của ta.

Các tế bào ý niệm không giống như các tế bào tổ mẫu mà Lettvin hình dung nên, nhưng chúng có thể làm nền tảng thể chất quan trọng cho khả năng tri nhận của con người, những thành tố phần cứng cho tư duy và kí ức.

Chuyển ngữ tại Sài-gòn
20130228

Nguồn:

Quiroga, Rodrigo Quian, Itzhak Fried & Christof Koch. “Brain Cells for Grandmother.” Scientific American, February 2013: 31-35.

Scientific American 2013.02

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s