QUYỂN I. TÂM TRÍ VÀ Ý THỨC
Tiền đề cơ bản của tôi về bộ não là những hoạt động của nó - điều mà đôi khi chúng ta gọi là "tâm trí" - là hệ quả của hoạt động bên trong và các chức năng thuộc về sinh học của nó, và không có gì hơn.
CARL SAGAN
1. MỞ KHÓA TÂM TRÍ
Vào năm 1848, Phineas Gage làm việc với vai trò là một người quản lý đường sắt ở Vermont, khi vụ nổ mìn vô tình xảy ra, phóng một cái cọc sắt dài ba foot, bảy inch thẳng vào mặt anh, đâm qua phần phía trước của bộ não, và xuyên ra khỏi đỉnh hộp sọ của anh ta, cuối cùng rơi xuống cách đó tám mươi feet. Các đồng nghiệp của anh, bị sốc khi thấy một phần não của người quản đốc bị thổi bay, ngay lập tức kêu gọi một bác sĩ. Trước sự ngạc nhiên của những công nhân (và thậm chí là của bác sĩ), ông Gage đã không chết tại chỗ.
Anh ta đã nửa tỉnh nửa mê vài tuần, nhưng cuối cùng trở lại gần như bình phục hoàn toàn. (Một bức ảnh hiếm hoi của của mặt Gage đã được đưa ra trong năm 2009, cho thấy đó là một người đàn ông đẹp trai, tự tin, với một chấn thương đầu và mắt trái của anh ta, đang giữ thanh sắt.) Nhưng sau vụ việc này, đồng nghiệp của anh bắt đầu nhận thấy một sự thay đổi mạnh mẽ trong tính cách của anh. Từ một người quản đốc, vui vẻ, thông minh, Gage trở nên lăng mạ, thù địch và ích kỷ. Những người phụ nữ đã được cảnh báo để tránh xa anh ta. Tiến sĩ John Harlow, bác sĩ đã chữa trị cho anh ta, quan sát thấy Gage là "thất thường và hay đổi ý, đưa ra nhiều kế hoạch hoạt động trong tương lai, những thứ không được bố trí sớm, hơn là chúng bị bãi bỏ lần lượt cho những thứ khác xuất hiện khả thi hơn. Có một đứa trẻ trong trí tuệ và những biểu hiện, nhưng với niềm đam mê thú tính của một người đàn ông mạnh mẽ." Tiến sĩ Harlow lưu ý rằng Anh ta đã "thay đổi hoàn toàn" và rằng các đồng nghiệp của anh nói rằng "Anh ấy không còn là Gage nữa." Sau cái chết của Gage vào năm 1860, Tiến sĩ Harlow bảo quản cả hộp sọ và cây gậy sắt đã đâm vào nó. Các bản quét X-quang chi tiết của hộp sọ đã xác nhận rằng thanh sắt gây ra sự phá hủy lớn trong khu vực của não phía sau trán hay khu vực được gọi là thùy trán (frontal lobe), ở cả bán cầu não trái và phải.
Tai nạn đáng kinh ngạc này sẽ không chỉ thay đổi cuộc đời của Phineas Gage, nó đã thay đổi con đường theo đuổi của khoa học nữa. Trước đây, suy nghĩ chi phối là bộ não và linh hồn là hai thực thể riêng biệt, một triết lý được gọi là thuyết nhị nguyên. Nhưng một điều trở nên ngày càng rõ ràng rằng tổn thương đến thùy trán của bộ não đã gây ra những thay đổi đột ngột trong tính cách của Gage. Điều này, đến lượt nó, tạo ra một sự thay đổi mô hình trong tư duy khoa học: có lẽ các khu vực cụ thể của bộ não có thể được truy tìm cho một số hành vi nhất định.
VÙNG NÃO BROCA – BROCA’S BRAIN
Năm 1861, chỉ một năm sau cái chết của Gage, quan điểm này tiếp tục được củng cố thông qua công trình của Pierre Paul Broca, một bác sĩ ở Paris, người đã ghi chép tài liệu lại việc một bệnh nhân xuất hiện bình thường ngoại trừ việc ông bị thâm hụt trầm trọng về tiếng nói. Bệnh nhân có thể hiểu và bao hàm được bài nói một cách hoàn hảo, nhưng anh ta chỉ có thể phát ra một âm thanh, từ "tan". Sau khi bệnh nhân qua đời, bác sĩ Broca xác nhận trong cuộc khám nghiệm tử thi rằng bệnh nhân chịu đau đơn do một thương tổn ở thùy thái dương trái của mình (left temporal lobe), một vùng não gần tai trái của ông. Tiến sĩ, Broca sau đó sẽ xác nhận thêm mười hai trường hợp tương tự của bệnh nhân với thương tổn ở khu vực cụ thể của bộ não. Ngày nay bệnh nhân bị tổn thương thùy thái dương, thường ở bán cầu trái, được gọi là bị chứng mất ngôn ngữ Broca (Broca aphasia). (Nói chung, bệnh nhân với rối loạn kiểu này có thể hiểu được lời nói nhưng không thể nói bất cứ điều gì, hoặc khác nữa là họ họ sẽ bỏ sót rất nhiều từ khi nói.)
Ngay sau đó, vào năm 1874, bác sĩ người Đức Carl Wernicke đã mô tả những bệnh nhân mắc phải vấn đề ngược lại. Họ có thể nói rõ ràng, nhưng họ không thể hiểu được chữ viết (written) hay bài nói (spoken speech). Thông thường, những bệnh nhân này có thể nói trôi chảy với ngữ pháp (gramma) và cú pháp (syntax) chính xác, nhưng với những từ vô lý và không có ý nghĩa. Đáng buồn là những bệnh nhân này thường không biết là họ đang nói điều khó hiểu. Wernicke xác nhận sau khi thực hiện các khám nghiệm tử thi, rằng những bệnh nhân này đã phải chịu thiệt hại cho một khu vực hơi khác biệt của thùy thái dương trái (left temporal lobe).
Các công trình của Broca và Wernicke là những nghiên cứu mang tính bước ngoặt trong khoa học thần kinh, thiết lập một mối liên hệ rõ ràng giữa các vấn đề về hành vi, như suy giảm khả năng nói và ngôn ngữ, và tổn hại đến các vùng cụ thể của não bộ.
Một bước đột phá khác đã diễn ra giữa sự hỗn loạn của chiến tranh. Trong suốt lịch sử, đã có nhiều điều cấm kỵ về tôn giáo cấm việc mổ xẻ cơ thể con người, theo đó cũng hạn chế nghiêm trọng tiến bộ trong y học. Tuy nhiên, trong chiến tranh, với hàng chục ngàn binh sĩ đang chảy máu chết trên chiến trường, nó đã trở thành một nhiệm vụ cấp bách cho các bác sĩ để phát triển bất kỳ phương pháp điều trị y khoa nào miễn nó được việc. Trong cuộc Chiến tranh Phổ-Đan Mạch năm 1864, bác sĩ người Đức Gustav Fritsch đã chữa trị cho nhiều binh sĩ với những vết thương hở ở bộ não và đã qua đó nhận thấy rằng khi ông chạm vào một bán cầu não, phía đối diện của cơ thể thường bị co giật. Sau đó Fritsch đã chỉ ra một cách hệ thống rằng, khi ông kích thích điện não, bán cầu não trái kiểm soát phía bên phải của cơ thể, và ngược lại. Đây đã là một khám phá tuyệt vời, chứng minh rằng bộ não về cơ bản là/có điện tính trong tự nhiên và một khu vực cụ thể của bộ não kiểm soát một phần ở phía bên kia của cơ thể. (Thật kỳ lạ, việc sử dụng các thiết bị thăm dò điện trên não lần đầu tiên được người La Mã ghi lại vài nghìn năm trước. Trong năm 43 SCN, các hồ sơ lưu trữ cho thấy rằng bác sĩ của triều đình của hoàng đế Claudius đã sử dụng cá đuối phóng điện, nó được áp dụng cho những người bệnh mắc chứng đau đầu dữ dội.)
Nhận thức rằng có những con đường điện tính, kết nối não với cơ thể không được phân tích một cách hệ thống cho đến những năm 1930, khi Tiến sĩ Wilder Penfield bắt đầu làm việc với những bệnh nhân động kinh, những người thường bị co giật và quắp lại, thứ dễ gây nguy hiểm đến tính mạng. Đối với họ, lựa chọn cuối cùng là có một cuộc phẫu thuật não, trong đó liên quan đến việc tháo ra các bộ phận của hộp sọ và bày hở ra bộ não. (Vì bộ não không có các cảm biến cho đau đớn, một người có thể tỉnh táo trong suốt quá trình này, nên Tiến sĩ Penfield chỉ sử dụng thuốc gây mê cục bộ trong khi phẫu thuật.)
Tiến sĩ Penfield nhận thấy rằng khi ông kích thích một số phần của vỏ não bằng một điện cực, các phần khác nhau của cơ thể sẽ phản ứng lại. Ông đột nhiên nhận ra rằng ông có thể vẽ thô ra để mô tả sự tương ứng một-một giữa các vùng cụ thể của vỏ não và cơ thể con người. Bản vẽ của ông đã rất chính xác đến nỗi chúng vẫn được sử dụng ngày nay và hầu như không bị thay đổi là mấy. Chúng đã có một tác động ngay lập tức trên cả cộng đồng khoa học và công chúng. Trong một sơ đồ, bạn có thể thấy vùng nào của bộ não gần như kiểm soát chức năng nào và tầm quan trọng của từng chức năng. Ví dụ, bởi vì tay và miệng của chúng ta là rất quan trọng cho sự sống còn, một lượng đáng kể năng lượng não được dành để kiểm soát chúng, trong khi các cảm biến ở lưng của chúng ta hầu như không lấy đi là bao nhiêu.
Hơn thế nữa, Penfield phát hiện ra rằng bằng cách kích thích các phần của thùy thái dương, bệnh nhân của anh đột nhiên làm sống lại những kỷ niệm đã quên lãng bằng một cách thức thể hiện rất rõ ràng. Ông ta bị sốc khi một bệnh nhân, ở giữa cuộc phẫu thuật não, đột nhiên thốt ra, "Nó giống như ... đứng ở ngưỡng cửa ở trường trung học [của tôi] ... Tôi nghe mẹ tôi nói chuyện điện thoại, nói với dì của tôi đến nhà để ở lại đó qua đêm. " Penfield nhận ra rằng ông đang chạm vào vùng cất chứa những kỷ niệm được chôn sâu bên trong bộ não. Khi ông xuất bản kết quả của mình vào năm 1951, chúng đã tạo ra một sự thay đổi khác nữa trong sự hiểu biết của chúng ta về não bộ.
Hình 1: Đây là bản đồ của vỏ não điều khiển các cơ, được tạo ra bởi Tiến sĩ Wilder Penfield, cho thấy vùng não nào kiểm soát phần nào của cơ thể.
BẢN ĐỒ BỘ NÃO
Vào những năm 1950 và 60, đã có thể tạo ra một bản đồ thô của bộ não, định vị các vùng khác nhau và thậm chí xác định các chức năng của một vài trong số chúng.
Trong Hình 2, chúng ta thấy neocortex, là lớp ngoài của não, được chia thành bốn thùy. Nó được phát triển rất cao ở người. Tất cả các thùy của bộ não được dành cho việc xử lý các tín hiệu từ các giác quan của chúng ta, ngoại trừ mộ chỗ: frontal lobe hay gọi là vùng thùy trán, nằm phía sau trán. Vỏ não trước trán/prefrontal cortex, là phần quan trọng nhất của thùy trán, là nơi mà hầu hết ý nghĩ thuộc về hợp lý được xử lý. Thông tin bạn đang đọc ngay lúc này đây, hiện đang được xử lý trong vỏ não trước trán của bạn. Thiệt hại cho khu vực này có thể làm giảm khả năng lập kế hoạch cụ thể hoặc suy tưởng về tương lai nào đó của bạn, như trong trường hợp của Phineas Gage. Đây là vùng nơi mà thông tin từ các giác quan của chúng ta được đánh giá/ước định và một quá trình hành động trong tương lai, được thực hiện.
Hình 2. Bốn thùy của vỏ ngoài (neocortex) của bộ não chịu trách nhiệm cho các chức năng khác nhau, mặc dù có liên quan.
The parietal lobe– Các thùy đỉnh, nằm ở đầu bộ não của chúng ta. Bán cầu bên phải, điều khiển sự chú ý của giác quan và hình ảnh cơ thể; bán cầu bên trái, điều khiển các chuyển động có kỹ năng và một số khía cạnh của ngôn ngữ. Thiệt hại cho khu vực này có thể gây ra nhiều vấn đề, chẳng hạn như khó khăn trong việc định vị các bộ phận của cơ thể bạn.
The occipital lobe – Các thùy chẩm, nằm ở sâu phía sau của não và xử lý thông tin thị giác đến từ mắt. Thiệt hại cho khu vực này có thể gây mù và khiếm thị.
The temporal lobe – Các thùy thái dương thời gian kiểm soát ngôn ngữ (chỉ ở phía bên trái), cũng như nhận diện trực quan khuôn mặt và cảm xúc tình cảm nhất định. Thiệt hại cho thùy này có thể khiến chúng ta không nói nên lời hoặc không có khả năng nhận ra khuôn mặt quen thuộc.
BỘ NÃO PHÁT TRIỂN
Khi bạn nhìn vào các cơ quan/khí quan khác của cơ thể, chẳng hạn như cơ bắp, xương và phổi, dường như có một vần điệu rõ ràng và lý do cho chúng mà chúng ta có thể thấy ngay lập tức. Nhưng cấu trúc của bộ não dường như bị vỗ vào với nhau theo một cách khá hỗn loạn. Trên thực tế, việc cố gắng lập bản đồ cho bộ não thường bị gọi là "Phương pháp khoa học hay phép vẽ bản đồ dành cho mấy gã khờ – cartography for fools".
Để hiểu được cấu trúc dường như có vẻ bề ngoài ngẫu nhiên của não bộ, vào năm 1967, Tiến sĩ Paul MacLean thuộc Viện Sức khỏe Tâm thần Quốc gia (Mỹ) đã áp dụng lý thuyết tiến hóa của Charles Darwin cho bộ não. Ông chia não thành ba phần. (Kể từ đó, các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng có những cải tiến cho mô hình này, nhưng chúng ta sẽ sử dụng nó như một nguyên tắc tổ chức thô để giải thích cấu trúc tổng thể của bộ não.) Đầu tiên, ông nhận thấy rằng phần sau và trung tâm của bộ não của chúng ta, có chứa thân não, tiểu não, và hạch đáy (brain stem, cerebellum và basal ganglia), gần giống với bộ não của loài bò sát. Được gọi là "não bò sát", đây là những cấu trúc lâu đời nhất của não bộ, điều chỉnh các chức năng cơ bản của động vật như cân bằng, thở, tiêu hóa, nhịp tim và huyết áp. Chúng cũng kiểm soát các hành vi như chiến đấu, săn bắn, giao phối, và lãnh thổ, cần thiết cho sự sống còn và sinh sản. Bộ não bò sát có thể được truy lần nguồn gốc về lại khoảng từ khoảng 500 triệu năm trước. (Hình 3)
Nhưng khi chúng ta tiến hóa từ loài bò sát sang động vật có vú, bộ não cũng trở nên phức tạp hơn, phát triển ra ngoài và tạo ra các cấu trúc hoàn toàn mới. Ở đây chúng ta gặp phải "bộ não động vật có vú", hoặc hệ thống limbic, nằm gần trung tâm của bộ não, các bộ phận bao xung quanh của vùng não bò sát. Hệ thống limbic nổi bật lên trong số các loài động vật sống trong các nhóm có đặc tính xã hội, chẳng hạn như tinh tinh. Nó cũng chứa các cấu trúc liên quan đến cảm xúc. Vì động lực của các nhóm xã hội có thể rất phức tạp, hệ thống limbic là điều cần thiết trong việc phân loại ra đâu là kẻ thù tiềm năng, đồng minh và đối thủ.
Hình 3. Lịch sử tiến hóa của não bộ, với bộ não bò sát, hệ thống limbic (não động vật có vú), và vỏ nã/neocortex (não người). Nói một cách tổng quát, người ta có thể lập luận thô sơ rằng con đường tiến hóa của bộ não chúng ta đã trải qua các giai đoạn từ bò sát đến động vật có vú đến não người.
Các phần khác nhau của hệ thống limbic kiểm soát các hành vi quan trọng đối với động vật có đặc tính xã hội là:
. Hippocampus – vùng đồi hải mã. Đây là cửa ngõ vào trí nhớ, nơi những kỷ niệm ngắn hạn được xử lý thành những kỷ niệm dài hạn. Tên của nó có nghĩa là "cá ngựa", mô tả hình dạng kỳ lạ của nó. Thiệt hại ở đây sẽ phá hủy khả năng tạo ra những kỷ niệm dài hạn mới. Bạn bị bỏ lại như một tù nhân của hiện tại.
. Amygdala – hạch hạnh nhân. Đây là chỗ của cảm xúc, đặc biệt là nỗi sợ hãi, nơi những cảm xúc đầu tiên được chính thức ghi nhận và phát ra. Tên của nó có nghĩa là "hạnh nhân – almond".
. Thalamus – đồi não. Đây giống như một trạm tiếp sức, thu thập tín hiệu cảm giác từ thân não (stem) và sau đó gửi chúng ra các vỏ não khác nhau. Tên của nó có nghĩa là "buồng đốt bên trong".
. Hypothalamus – vùng dưới đồi. Điều này điều chỉnh nhiệt độ cơ thể, nhịp sinh học của chúng ta, đói khát, và các khía cạnh của sinh sản và niềm vui. Nó nằm dưới chỗ của Thalamus. Do đó có tên này.
Cuối cùng, chúng ta có vùng thứ ba và gần đây nhất của bộ não động vật có vú, phần vỏ não, là lớp vỏ ngoài của bộ não (cerebral cortex). Cấu trúc tiến hóa mới nhất trong phần vỏ ngoài của bộ não là phần mỏng được gọi là neocortex (có nghĩa là "vỏ mới"), điều chỉnh hành vi nhận thức cao hơn. Nó được phát triển cao nhất ở người: nó chiếm tới 80% khối lượng của bộ não của chúng ta, nhưng chỉ dày như chiếc khăn ăn. Ở chuột, neocortex mịn, nhưng nó rất phức tạp ở người, cho phép một lượng lớn diện tích bề mặt được nhồi nhét vào sọ người.
Trong một số ý nghĩa, bộ não con người giống như một bảo tàng có chứa tàn tích của tất cả các giai đoạn trước là sự tiến hóa của chúng ta qua hàng triệu năm, phát triển phình ra bên ngoài và chuyển tiếp về kích thước và chức năng. (Đây cũng là cách thức gần đúng có được, khi một đứa trẻ sinh ra. Bộ não trẻ sơ sinh mở rộng ra phía ngoài và hướng về phía trước, có lẽ bắt chước lại các giai đoạn tiến hóa của chúng ta.)
Mặc dù vỏ não mới neocortex dường như khiêm tốn, với vẻ ngoài đầy lừa dối. Dưới kính hiển vi, bạn có thể đánh giá đầy đủ hơn kiến trúc phức tạp của phần này. Chất xám của não bao gồm hàng tỷ tế bào não nhỏ gọi là tế bào thần kinh – neuron. Giống như một mạng điện thoại khổng lồ, chúng nhận được tin nhắn từ các tế bào thần kinh khác thông qua các nhánh – dendrites, thứ trông giống như các tua xuất hiện từ một đầu của nơron. Ở đầu kia của nơron, có một sợi dài gọi là sợi trục – axon. Cuối cùng, sợi trục axon này kết nối tới mười nghìn nơ-ron khác thông qua các nhánh của chúng. Tại chỗ nối giữa hai tế bào thần kinh, có một khoảng trống nhỏ gọi là khớp thần kinh – synapse. Những khớp thần kinh này hoạt động giống như các cổng, điều chỉnh luồng thông tin trong não. Các hóa chất đặc biệt được gọi là chất dẫn truyền thần kinh (neurotransmitter) có thể đi vào khớp thần kinh và thay đổi dòng chảy của tín hiệu. Bởi vì các chất dẫn truyền thần kinh như dopamine, serotonin và noradrenaline giúp kiểm soát luồng thông tin di chuyển qua vô số các con đường của bộ não, chúng tạo ra một hiệu ứng mạnh mẽ lên tâm trạng, cảm xúc, suy nghĩ và trạng thái của chúng ta. (Hình 4)
Mô tả này của não đại diện cho trạng thái của tri thức qua những năm 1980. Tuy nhiên, trong những năm 1990, với sự ra đời của các công nghệ mới từ các lĩnh vực vật lý, cơ chế của ý nghĩ đã bắt đầu được tiết lộ chi tiết tinh tế, giải phóng sự bùng nổ hiện tại của khám phá khoa học. Một trong những cỗ máy ngựa kéo cho cuộc cách mạng này đã và đang là các máy MRI.
Hình 4. Sơ đồ của một nơron. Tín hiệu điện di chuyển dọc theo sợi trục axon của tế bào thần kinh cho đến khi chúng va vào khớp thần kinh synapse. Các chất dẫn truyền thần kinh có thể điều chỉnh dòng chảy của tín hiệu điện qua khớp thần kinh.
TƯƠNG LAI CỦA TÂM TRÍ - MICHIO KAKU
BẢN DỊCH CỦA ĐỖ BÁ HUY
