NHỚ TƯƠNG LAI – REMEMBERING THE FUTURE
Nếu mã hóa ký ức của chỉ một trong những giác quan là một quá trình phức tạp, thì làm cách nào chúng ta phát triển khả năng lưu trữ một lượng thông tin khổng lồ như vậy trong bộ nhớ dài hạn của chúng ta? Bản năng, đối với hầu hết các phần, hướng dẫn hành vi của động vật, điều mà dường như không biểu hiện để cần nhiều ký ức nhớ dài hạn. Nhưng như nhà thần kinh học Tiến sĩ James McGaugh của Đại học California tại Irvine nói, "Mục đích của ký ức là để dự đoán tương lai", điều này làm khởi lên một khả năng thú vị. Có lẽ ký ức dài hạn đã phát triển bởi vì nó rất hữu ích cho việc mô phỏng tương lai. Nói cách khác, thực tế là chúng ta có thể nhớ lại quá khứ xa xôi là do các nhu cầu và những lợi ích của việc mô phỏng tương lai.
Thật vậy, việc quét não được thực hiện bởi các nhà khoa học tại Đại học Washington ở St. Louis chỉ ra rằng các khu vực được sử dụng để nhớ lại những kỷ niệm thì giống như những gì liên quan đến mô phỏng tương lai. Đặc biệt, mối liên hệ giữa vùng bên vỏ não trước trán (dorsolateral prefrontal cortex) và vùng đồi hải mã (hippocampus) sáng lên khi một người tham gia [lập kế hoạch cho tương lai] và [ghi nhớ quá khứ]. Trong một số ý nghĩa, bộ não đang cố gắng "nhớ lại tương lai", dựa trên những ký ức về quá khứ để xác định một cái gì đó sẽ tiến triển trong tương lai. Điều này cũng có thể giải thích hiện tượng kỳ lạ rằng những người bị mất trí nhớ - như HM - thường không thể hình dung được những gì họ sẽ làm trong tương lai hoặc thậm chí ngay ngày hôm sau.
Tiến sĩ Kathleen McDermott thuộc Đại học Washington cho biết: “Bạn có thể xem nó như là du hành thời gian về tinh thần – khả năng dùng những ý nghĩ về bản thân chúng và hoạch định chúng hướng vào quá khứ hoặc hướng vào tương lai.” Cô ấy cũng lưu ý rằng nghiên cứu của nhóm cô chứng minh một "câu trả lời dự đoán cho một câu hỏi lâu dài liên quan đến tính hữu dụng tiến hóa của bộ nhớ. Đó có thể là lý do chúng ta có thể nhớ lại quá khứ với những chi tiết sống động là điều khiến bộ quy trình này (set of processes) rất quan trọng để có thể hình dung bản thân chúng ta trong những tình huống tương lai. Khả năng hình dung tương lai có ý nghĩa thích ứng rõ ràng và hấp dẫn." Đối với động vật, quá khứ phần lớn là một sự lãng phí tài nguyên quý giá, vì nó mang lại cho chúng ít lợi thế tiến hóa. Nhưng mô phỏng tương lai, được đưa ra với những bài học của quá khứ, nó là một lý do quan trọng tại sao con người trở nên thông minh.
MỘT VỎ NÃO NHÂN TẠO
Vào năm 2012, cũng là các nhà khoa học từ Trung tâm Y tế Wake Forest Baptist và Đại học Nam California, những người đã tạo ra một vùng đồi hải mã nhân tạo ở chuột đã công bố một thử nghiệm sâu rộng hơn nữa. Thay vì ghi lại một bộ nhớ trong vùng hippocampus chuột, họ chụp lặp lại quá trình suy nghĩ phức tạp hơn nhiều của vỏ não của linh trưởng.
Họ lấy năm con khỉ rhesus và đưa các điện cực nhỏ vào hai lớp vỏ não của chúng, được gọi là các lớp L2 / 3 và L5. Sau đó, họ ghi lại tín hiệu thần kinh đi giữa hai lớp này khi những con khỉ được học một nhiệm vụ.
(Nhiệm vụ này liên quan đến những con khỉ nhìn thấy một bộ hình ảnh, và sau đó được thưởng nếu chúng có thể chọn những hình ảnh tương tự từ bộ lớn hơn nhiều.) Với việc thực hành, những con khỉ có thể thực hiện nhiệm vụ với độ chính xác 75%. Nhưng nếu các nhà khoa học đưa tín hiệu trở lại vào vỏ não khi con khỉ đang thực hiện thử nghiệm, hiệu suất của nó tăng 10%. Khi một số hóa chất nhất định được đưa cho con khỉ, hiệu suất của nó giảm 20%. Nhưng nếu bản ghi thông tin được đưa trở lại vào vỏ não, hiệu suất của nó vượt quá mức bình thường của nó. Mặc dù đây là một kích thước mẫu nhỏ và chỉ có một sự cải thiện khiêm tốn về hiệu suất, nghiên cứu này vẫn cho thấy rằng các nhà khoa học đã ghi lại chính xác quá trình ra quyết định của vỏ não.
Bởi vì nghiên cứu này được thực hiện trên động vật linh trưởng hơn là chuột và bao gồm vùng vỏ não và không phải là vùng đồi hải mã, nó có thể có ý nghĩa rộng lớn khi các thử nghiệm của con người bắt đầu. Tiến sĩ Sam A. Deadwyler của Wake Forest nói, "Toàn bộ ý tưởng là thiết bị sẽ tạo ra một mẫu đầu ra, thứ đi qua khu vực bị hư hại, chứng minh một kết nối thay thế" trong não. Thử nghiệm này có một ứng dụng khả dĩ cho bệnh nhân mà neocortex đã bị hư hỏng. Giống như một cái nạng, thiết bị này sẽ thực hiện hoạt động suy nghĩ của khu vực bị hư hỏng.
TIỂU NÃO NHÂN TẠO – AN ARTIFICIAL CEREBELLUM
Nó cũng nên được chỉ ra rằng hippocampus và neocortex nhân tạo là bước đầu tiên. Cuối cùng, các bộ phận khác của não sẽ có các phó bản nhân tạo. Ví dụ, các nhà khoa học tại Đại học Tel Aviv ở Israel đã tạo ra một tiểu não nhân tạo cho một con chuột. Tiểu não là một phần thiết yếu của [vùng não tính bò sát] kiểm soát sự cân bằng và các chức năng cơ bản khác ở cơ thể của chúng ta.
Thông thường khi một luồng không khí hướng vào mặt chuột, nó nhấp nháy. Nếu một âm thanh được tạo ra cùng một lúc, con chuột có thể được điều chỉnh để nhấp nháy chỉ bằng cách nghe âm thanh. Mục tiêu của các nhà khoa học Israel là tạo ra một tiểu não nhân tạo có thể nhân đôi kỳ tích này.
Đầu tiên, các nhà khoa học ghi lại các tín hiệu đi vào thân não khi không khí thổi vào mặt chuột và âm thanh được nghe thấy. Sau đó tín hiệu ấy được xử lý và gửi trở lại thân não ở một vị trí khác. Đúng như dự đoán, những con chuột chớp mắt khi nhận được tín hiệu. Đây không phải là lần đầu tiên một tiểu não nhân tạo hoạt động chính xác, đây là lần đầu tiên các tin nhắn được nhận từ một phần của não, được xử lý và sau đó được tải lên phần khác của não.
Bình luận về công trình này, Francesco Sepulveda của Đại học Essex nói, "Điều này chứng tỏ chúng ta đã tiến xa đến mức nào trong việc tạo ra mạch điện mà một ngày nào đó có thể thay thế các vùng não bị tổn thương và thậm chí tăng cường sức mạnh của bộ não khỏe mạnh."
Ông cũng thấy tiềm năng to lớn của bộ não nhân tạo trong tương lai, thêm vào đó, "có thể sẽ mất vài thập kỷ để đạt được điều đó, nhưng đặt cược của tôi là các bộ phận cụ thể, được tổ chức tốt như vùng đồi thị hoặc vỏ não thị giác sẽ có mối tương quan tổng hợp trước cuối thế kỷ."
Mặc dù tiến bộ trong việc tạo ra thay thế nhân tạo cho bộ não đang chuyển động nhanh chóng với độ phức tạp của quá trình, nhưng nó là một cuộc đua chống lại thời gian khi người ta coi mối đe dọa lớn nhất đối với hệ thống y tế công cộng của chúng ta, khả năng tâm thần suy giảm của những người mắc bệnh Alzheimer.
BỆNH ALZHEIMER - KẺ HỦY DIỆT TRÍ NHỚ
Bệnh Alzheimer, một số người cho rằng, có thể là căn bệnh của thế kỷ này. Có 5,3 triệu người Mỹ hiện đang mắc bệnh Alzheimer, và con số này dự kiến sẽ tăng gấp bốn lần vào năm 2050. Năm phần trăm những người từ 65 tuổi đến bảy mươi bốn tuổi mắc bệnh Alzheimer, nhưng hơn 50% những người trên 80 tuổi mắc phải nó, ngay cả khi họ không có yếu tố rủi ro rõ ràng. (Trở lại năm 1900, tuổi thọ ở Mỹ là bốn mươi chín, vì vậy bệnh Alzheimer không phải là một vấn đề có ý nghĩa. Nhưng bây giờ, những người trên 80 tuổi thuộc các nhóm nhân khẩu học phát triển nhanh nhất trong cả nước.)
Trong giai đoạn đầu của bệnh Alzheimer, vùng hippocampus, một phần của bộ não thông qua đó những kỷ niệm được xử lý, bắt đầu xấu đi. Thật vậy, não quét rõ ràng cho thấy vùng hippocampus co ngắn lại ở bệnh nhân Alzheimer, nhưng hệ thống nối kết vỏ não trước trán với vùng hippocampus cũng gầy mỏng đi, có thể khiến não không thể xử lý những ký ức ngắn hạn. Ký ức dài hạn đã được lưu trữ trong suốt vỏ não vẫn tương đối nguyên vẹn, ít nhất là lúc đầu. Điều này tạo ra một tình huống mà bạn có thể không nhớ những gì bạn vừa làm một vài phút trước nhưng có thể nhớ lại rõ ràng các sự kiện diễn ra cách đây nhiều thập kỷ.
Cuối cùng, bệnh tiến triển đến mức ngay cả những kỷ niệm dài hạn cơ bản cũng bị phá hủy. Người đó không thể nhận ra con cái hoặc người phối ngẫu của họ và (lẽ ra phải) nhớ họ là ai, và thậm chí có thể rơi vào trạng thái giống như hôn mê thực vật.
Đáng buồn thay, cơ chế cơ bản cho bệnh Alzheimer chỉ mới bắt đầu được hiểu gần đây. Một bước đột phá lớn đã xuất hiện vào năm 2012, khi nó được tiết lộ rằng bệnh Alzheimer bắt đầu với sự hình thành các protein amyloid tau, từ đó làm tăng sự hình thành của amyloid beta, một chất béo, một chất giống như hồ gián hoặc keo dính ngăn tách (clogs up) bộ não. (Trước đây, nó là không rõ liệu bệnh Alzheimer có gây ra bởi những mảng bám này hay liệu có lẽ những mảng bám này là sản phẩm phụ của một rối loạn cơ bản hơn.
Điều làm cho các mảng amyloid này khó có thể nhắm mục tiêu với các loại thuốc là chúng có nhiều khả năng được tạo thành từ "prion – được xem là một loại hạt/particle tạo ra loại protein gây hại cho não", là các phân tử protein bị biến dạng/misshapen. Chúng không phải là vi khuẩn hay virus, nhưng éo le là chúng có thể tái tạo. Khi nhìn ở góc độ nguyên tử, một phân tử protein giống như một rừng của những ruy băng của các nguyên tử gắn chặt lại với nhau. Mớ hỗn độn này của nguyên tử này phải xếp lại chính nó cách chính xác cho loại protein để phỏng chừng ra loại hình dạng và chức năng thích hợp. Nhưng các prion là là các protein bị biến dạng đã được xếp/gấp lại cách sai lệch nào đó. Tồi tệ hơn, khi chúng va vào các protein khỏe mạnh, chúng cũng làm cho các protein kia cũng bị gập lại cách sai lệch theo. Do đó một prion có thể gây ra một loạt các protein méo mó, tạo ra một phản ứng dây chuyền làm ô nhiễm hàng tỷ và hơn nữa.
Hiện tại, không có cách nào để ngăn chặn sự tiến triển không thể lay chuyển của bệnh Alzheimer. Tuy nhiên, cơ chế cơ bản đằng sau bệnh Alzheimer đang được làm sáng tỏ, một phương pháp đầy hứa hẹn là tạo ra kháng thể hoặc vắc-xin có thể tạo ra vùng hippocampus nhân tạo cho những cá nhân bị bệnh này để bộ nhớ ngắn hạn của họ có thể được phục hồi.
Tuy nhiên, cách tiếp cận khác là để xem liệu chúng ta có thể trực tiếp làm tăng khả năng của bộ não để tạo ra những kỷ niệm bằng cách sử dụng di truyền học hay không. Có lẽ có những gen có thể cải thiện trí nhớ của chúng ta. Tương lai của nghiên cứu bộ nhớ có thể nằm trong "con chuột thông minh".
CHUỘT THÔNG MINH
Năm 1999, Tiến sĩ Joseph Tsien và các đồng nghiệp tại Princeton, MIT, và Đại học Washington đã phát hiện ra rằng việc bổ sung thêm một gen đơn nọ đã làm tăng đáng kể trí nhớ và khả năng của chuột. Những "con chuột thông minh" này có thể điều hướng các mê cung nhanh hơn, ghi nhớ các sự kiện tốt hơn và làm tốt hơn các con chuột khác trong nhiều thử nghiệm khác nhau. Họ được mệnh danh là "những con chuột Doogie", theo tên một nhân vật thông minh tuổi teen trên chương trình truyền hình Doogie Howser, M.D.
Tiến sĩ Tsien bắt đầu bằng cách phân tích gen NR2B, hoạt động như một công tắc kiểm soát khả năng của não bộ để kết hợp sự kiện này với một sự kiện khác. (Các nhà khoa học biết điều này bởi vì khi gen này im lặng hoặc trở ra không hoạt động, chuột sẽ mất khả năng này). Tất cả việc học phụ thuộc vào NR2B, bởi vì nó kiểm soát sự giao tiếp giữa các tế bào bộ nhớ của vùng đồi hải mã. Tiến sĩ Tsien đầu tiên tạo ra một dòng chuột thiếu NR2B, và chúng cho thấy trí nhớ yếu kém và khả năng học tập tệ hại. Sau đó, ông đã tạo ra một dòng chuột có nhiều bản sao của NR2B hơn bình thường, và thấy rằng những con chuột mới có khả năng trí não vượt trội. Bị đặt trong một lòng chảo nước cạn và buộc phải bơi, những con chuột bình thường sẽ bơi một cách ngẫu nhiên. Chúng đã quên mất chỉ vài ngày trước khi có một cái bục ẩn giấu dưới mặt nước. Những con chuột thông minh, tuy nhiên, đã đi thẳng đến nền cái bục kia trong lần thử đầu tiên.
Kể từ đó, các nhà nghiên cứu đã có thể xác nhận những kết quả này trong các phòng thí nghiệm khác và tạo ra các chủng chuột thông minh hơn. Năm 2009, Tiến sĩ Tsien đã công bố một bài báo công bố một dòng chuột thông minh khác, được đặt tên là "Hobbie-J" (được đặt tên theo một nhân vật trong phim hoạt hình Trung Quốc.) Hobbie-J có thể ghi nhớ những sự kiện mới lạ (như vị trí của đồ chơi) lâu hơn gấp ba lần dòng chuột được điều chỉnh gen trước đây đã được cho là dòng thông minh nhất. "Điều này làm tăng thêm quan điểm cho rằng NR2B là một công tắc phổ biến cho sự hình thành trí nhớ", Ts Tsien nhận xét. "Nó giống như lấy Michael Jordan và biến anh ấy trở thành siêu Michael Jordan", sinh viên tốt nghiệp Deheng Wang nói.
Tuy nhiên, có những giới hạn, ngay cả với những con chuột mới này. Khi những con chuột này buộc phải chọn rẽ trái hoặc phải để nhận phần thưởng sôcôla, Hobbie-J có thể nhớ được con đường chính xác lâu hơn nhiều so với những con chuột bình thường, nhưng sau năm phút chú chuột ấy cũng quên mất. "Chúng ta không bao giờ có thể biến nó thành một nhà toán học. chúng chỉ là những con chuột", Ts Tsien nói.
Nó cũng nên được chỉ ra rằng một số giống/chủng của những con chuột thông minh đặc biệt nhút nhát so với những con chuột bình thường. Một số nghi ngờ rằng, nếu bộ nhớ của bạn trở nên quá lớn, bạn cũng nhớ tất cả những thất bại và đau đớn kèm theo, có lẽ làm cho bạn do dự. Vì vậy, cũng có một nhược điểm ngầm cho việc ghi nhớ quá nhiều.
Tiếp theo, các nhà khoa học hy vọng sẽ khái quát kết quả của họ với loài chó, vì chúng ta chia sẻ rất nhiều gen, và có lẽ cũng có thể cho con người.
RUỒI THÔNG MINH VÀ CHUỘT KHỜ
Gen NR2B không phải là gen duy nhất được các nhà khoa học nghiên cứu vì tác động của nó đối với trí nhớ. Trong một loạt các thí nghiệm đột phá khác, các nhà khoa học đã có thể tạo ra một dòng ruồi giấm với "bộ nhớ hình ảnh" và cũng như một dòng chuột bị mất trí nhớ. Những thí nghiệm này cuối cùng có thể giải thích nhiều bí ẩn về trí nhớ dài hạn của chúng ta, chẳng hạn như tại sao nhồi nhét cho một kỳ thi không phải là cách tốt nhất cho việc học, và tại sao chúng ta nhớ các sự kiện nếu chúng có kèm theo cảm xúc. Nhà khoa học đã phát hiện ra rằng có hai gen quan trọng, chất kích hoạt CREB (kích thích sự hình thành các kết nối mới giữa các nơron) và chất ức chế CREB (ngăn chặn sự hình thành các ký ức mới).
Tiến sĩ Jerry Yin và Timothy Tully của Cold Spring Harbor đã làm những thí nghiệm thú vị với ruồi giấm. Thông thường phải mất mười thử nghiệm để họ tìm hiểu một nhiệm vụ nhất định (ví dụ: phát hiện mùi, tránh sốc). Ruồi giấm với một gen ức chế CREB bổ sung không thể hình thành những ký ức lâu dài chút nào, nhưng điều ngạc nhiên thực sự xảy ra khi họ thử nghiệm ruồi giấm với một gen kích hoạt CREB bổ sung. Những con ruồi đã học được nhiệm vụ chỉ trong một buổi/phiên. "Điều này ngụ ý những con ruồi này có trí nhớ hình ảnh", tiến sĩ Tully nói. Anh ấy nói chúng giống như những sinh viên "có thể đọc một chương của một cuốn sách một lần, nhìn thấy nó trong tâm trí của họ, và nói với bạn rằng câu trả lời nằm trong đoạn ba của trang hai mươi bốn."
Hiệu ứng này không chỉ giới hạn ở ruồi giấm. Tiến sĩ Alcino Silva, cũng tại Cold Spring Harbor, đã thử nghiệm với chuột. Ông phát hiện ra rằng những con chuột có khiếm khuyết trong gen kích hoạt CREB hầu như không có khả năng hình thành những ký ức dài hạn. Chúng là những con chuột mất trí nhớ. Nhưng ngay cả những con chuột quên này cũng có thể học một chút nếu chúng có những bài học ngắn với việc nghỉ ngơi ở khoảng giữa. Các nhà khoa học giả thuyết rằng chúng ta có một lượng kích hoạt CREB cố định trong não thứ có thể hạn chế lượng chúng ta có thể học trong bất kỳ thời điểm cụ thể nào. Nếu chúng ta cố gắng nhồi nhét trước một bài kiểm tra, điều đó có nghĩa là chúng ta nhanh chóng làm kiệt quệ số lượng các kích hoạt CREB, và do đó chúng ta không thể học được nữa – ít nhất là cho đến khi chúng ta nghỉ ngơi để bổ sung các kích hoạt CREB.
"Bây giờ chúng tôi có thể cung cấp cho bạn một lý do sinh học tại sao nhồi nhét không hoạt động", Tiến sĩ Tully nói. Cách tốt nhất để chuẩn bị cho kỳ thi cuối khóa là xem xét lại tài liệu một cách định kỳ từng/trong ngày, cho đến khi tài liệu trở thành một phần của bộ nhớ dài hạn của bạn.
Điều này cũng có thể giải thích lý do tại sao những ký ức liên đới tới tính cảm xúc mạnh thì vững chắc và có thể kéo dài hàng thập kỷ. Gen ức chế CREB giống như một bộ lọc, làm sạch thông tin vô ích. Nhưng nếu một ký ức được kết hợp với một cảm xúc mạnh mẽ, nó có thể loại bỏ gen ức chế CREB hoặc tăng mức của gen kích hoạt CREB.
Trong tương lai, chúng ta có thể mong đợi nhiều đột phá hơn trong việc tìm hiểu cơ sở di truyền của bộ nhớ. Không chỉ một mà là sự kết hợp phức tạp của các gen có lẽ là cần thiết để định hình những khả năng to lớn của não bộ. Những gen này, lần lượt, có các đối tác trong bộ gen của con người, do đó, nó là một khả năng khác biệt mà chúng ta cũng có thể nâng cao trí nhớ và kĩ năng tinh thần của chúng ta về mặt di truyền.
Tuy nhiên, đừng nghĩ rằng bạn sẽ có thể tăng cường trí não sớm. Nhiều rào cản vẫn còn đó. Đầu tiên, không rõ liệu những kết quả này có áp dụng cho con người hay không. Các liệu pháp thường cho thấy hứa hẹn tuyệt vời ở chuột không chuyển dịch tốt cho loài của chúng ta. Thứ hai, ngay cả khi những kết quả này có thể được áp dụng cho con người, chúng ta không biết tác động của chúng sẽ là gì. Ví dụ, những gen này có thể giúp cải thiện trí nhớ của chúng ta nhưng không ảnh hưởng đến trí thông minh chung của chúng ta. Thứ ba, liệu pháp gen (tức là, sửa chữa gen bị hỏng) là khó khăn hơn so với suy nghĩ trước đây. Chỉ một số nhỏ các bệnh di truyền có thể được chữa khỏi bằng phương pháp này. Mặc dù các nhà khoa học sử dụng virus vô hại để lây nhiễm các tế bào có gen “tốt”, cơ thể vẫn gửi kháng thể để tấn công kẻ xâm nhập, thường làm cho liệu pháp vô dụng. Có thể việc chèn một gen để tăng cường trí nhớ sẽ phải đối mặt với một số phận tương tự. (Ngoài ra, lĩnh vực trị liệu gen đã bị một trở ngại lớn một vài năm trước đây khi một bệnh nhân qua đời tại Đại học Pennsylvania trong một liệu trình trị liệu gen. Công việc sửa đổi gen của con người do đó phải đối mặt với nhiều câu hỏi về đạo đức và thậm chí là pháp lý.)
Thử nghiệm ở người, sau đó, sẽ tiến triển chậm hơn nhiều so với thử nghiệm trên động vật. Tuy nhiên, người ta có thể thấy trước ngày đó khi thủ tục này có thể được hoàn thiện và trở thành hiện thực. Việc thay đổi gen của chúng ta theo cách này sẽ không đòi hỏi nhiều hơn một phát tiêm đơn giản vào cánh tay. Một loại virus vô hại sau đó sẽ xâm nhập vào máu của chúng ta, sau đó sẽ lây nhiễm các tế bào bình thường bằng cách tiêm gen của nó vào. Khi "gen thông minh" được kết hợp thành công vào các tế bào của chúng ta, gen ấy sẽ hoạt động và giải phóng các protein giúp tăng trí nhớ và các kỹ năng nhận thức của chúng ta bằng cách ảnh hưởng đến vùng đồi hải mã và sự hình thành trí nhớ.
Nếu việc chèn gen trở nên quá khó khăn, một khả năng khác là đưa các protein thích hợp trực tiếp vào cơ thể, bỏ qua việc sử dụng liệu pháp gen. Thay vì tiêm, chúng tôi sẽ nuốt một viên thuốc.
TƯƠNG LAI CỦA TÂM TRÍ - MICHIO KAKU
BẢN DỊCH CỦA ĐỖ BÁ HUY
