Khai phá não bộ với khoa học thần kinh


Khai phá não bộ với khoa học thần kinh, siêu năng lực như những võ sư là điều có thể

Hơn 10 phút tập não với một cỗ máy fMRI có thể đáng giá cả chục năm khổ luyện của một võ sư.

Đâu đó trên thế giới này, bạn có thể đã nghe nhiều câu chuyện về những võ sư, những nhà tu hành mang trong mình “siêu năng lực”. Họ đã dành cả đời tu tập, thiền định và luyện hơi thở để có được khả năng làm chủ cảm giác và cảm xúc.

Những võ sư không biết đau còn những nhà sư thì không biết đến mọi ham muốn. Trong khi nhiều người còn hoài nghi, khoa học nói rằng những khả năng đó là hoàn toàn có thể. Chỉ có điều, những nhà tu hành đang luyện tập nó “trong bóng tối”, theo đúng nghĩa đen của nó.

Đào tạo khả năng của não bộ theo lối tu hành, bạn sẽ không bao giờ nhìn thấy và biết được chính xác điều gì đang diễn ra trong não bộ. Điều đó giống như một vận động viên thể hình tập tạ, mà không bao giờ được soi gương.

Đào tạo não bộ với khoa học thần kinh và các thiết bị tiên tiến thì khác. Trong đó, bạn có thể nhìn thấy chính xác những gì đang diễn ra trong não mình. Hiệu quả tập luyện sẽ tăng gấp bội và các nhà khoa học cho biết: Chỉ hơn 10 phút tập não với một cỗ máy fMRI có thể đáng giá tương đương vài chục năm khổ luyện của những võ sư.


Những võ sư không biết đau và những nhà sư không biết đến mọi ham muốn, khoa học có thể giải thích
Những võ sư không biết đau và những nhà sư không biết đến mọi ham muốn, khoa học có thể giải thích

Điều gì xảy ra khi bạn nhìn thấy được tâm trí của mình?

Bạn có bao giờ gặp khó khăn để kiểm soát cảm giác căng thẳng, muộn phiền hay tức giận? Một kỹ thuật được khá nhiều người áp dụng: Hít thở sâu. Thật đáng tiếc, nó làm việc với một số người, còn một số người thì không, họ sẽ cần một đêm xả stress ở ngoài quán bar.

Khó khăn nằm ở đâu trong việc kiểm soát mọi cảm giác và cảm xúc? Đó là bởi bạn không có khả năng nhìn xuyên vào não bộ, để biết chính xác những cảm xúc: vui buồn, lo lắng, sợ hãi… trông như thế nào.

Chúng vốn là những thứ gì đó quá trừu tượng và bí ẩn. Chỉ khi mà cảm giác và xúc cảm hiện hình và trở nên cụ thể hơn, bạn mới biết cách kiểm soát được chúng dễ dàng hơn.

Đó chính là ý tưởng đằng sau một kỹ thuật mới được gọi là fMRI (chụp cộng hưởng từ chức năng) thời gian thực. Trong đó, các nhà khoa học sẽ sử dụng từ trường để quét liên tục mọi tín hiệu thần kinh trong não bộ. Tín hiệu đó được tái hiện lại bằng hình ảnh giúp bạn cảm nhận được chúng một cách trực quan.

Cho nên trong trường hợp bạn có ý định luyện tập tâm trí của mình, có một máy fMRI thời gian thực sẽ giống như một vận động viên thể hình đang tập luyện trước gương. Anh ta sẽ biết khi mình nâng tạ thì nhóm cơ nào sẽ được tập trung và nó có hiệu quả hay không.

Còn bạn, khi bạn thở hoặc tập trung chú ý vào điều gì, bạn sẽ biết hiệu ứng xảy ra với não bộ là thế nào và từ đó ra quyết định có nên tiếp tục thở hoặc tập trung như vậy nữa hay không.


Một hệ thống fMRI thời gian thực, nơi người tham gia có thể nhìn thấy những gì đang diễn ra trong não bộ mình
Một hệ thống fMRI thời gian thực, nơi người tham gia có thể nhìn thấy những gì đang diễn ra trong não bộ mình

Trình diễn kỹ thuật fMRI thời gian thực đầu tiên đã được thực hiện vào năm 2005. Trong đó, các nhà khoa học sử dụng nó giúp những người tham gia trông thấy và kiểm soát cơn đau của họ. Có tất cả 8 người được đưa vào máy chụp fMRI trong khi chịu một kích thích nóng trên da.

Các nhà khoa học biến tín hiệu tại vỏ não hồi đai trước, vùng não chuyên xử lý các cơn đau thành một hình ảnh ngọn lửa trực quan. Thông qua một số chiếc lược điều khiển tâm trí, chẳng hạn như lãng quên hoặc tập trung vào cơn đau, cảm nhận cường độ và làm chủ nó, những người tham gia có thể học cách kiểm soát kích thước của ngọn lửa.

Và bởi ngọn lửa chính là hiện hình của những kích thích thời gian thực xảy ra tại vỏ não hồi đai trước, kiểm soát được ngọn lửa cũng là cách mà người tham gia kiểm soát cơn đau của họ.

Các nhà khoa học tạo ra một bảng câu hỏi đến đánh giá những cơn đau theo thang điểm 10. Đáng ngạc nhiên là chỉ với một buổi học 13 phút, những học viên kiểm soát được ngọn lửa đã giảm được 50% cảm giác đau của mình.

Bạn có thể tưởng tượng 13 phút này với quá trình tập luyện hàng chục năm thậm chí cả đời của một võ sư, những người cũng biết cách kiểm soát cơn đau của họ, nhưng gián tiếp qua hơi thở hoặc thiền định.


Khi cảm giác và xúc cảm hiện hình và trở nên cụ thể hơn, bạn sẽ kiểm soát được chúng dễ dàng hơn
Khi cảm giác và xúc cảm hiện hình và trở nên cụ thể hơn, bạn sẽ kiểm soát được chúng dễ dàng hơn

Những hứa hẹn của fMRI và khoa học thần kinh

Nghiên cứu năm 2005 đã mở ra một thời ỳ bùng nổ cho kỹ thuật fMRI. Các nghiên cứu, thử nghiệm lâm sàng diễn ra trên khắp thế giới và được cập nhật từng tháng một. Đến thời điểm hiện tại, nó đã phát triển đến mức kết hợp được với công nghệ thực tế ảo.

Các ứng dụng tiềm năng của fMRI chưa dừng lại. Một nghiên cứu trong năm nay nói rằng kỹ thuật này có thể giúp những người béo phì kiểm soát não bộ để giảm cân. Nghe có vẻ điên rồ kiểu “giảm cân bằng niềm tin”.

Nhưng thực sự, nghiên cứu đăng trên tạp chí Appetite trình bày cách những người này học được cơ chế não bộ phản ứng với các loại thức ăn. Từ đó, họ có thể đào tạo não mình lựa chọn và thích những thực phẩm lành mạnh hơn, ít calo và ít gây tăng cân hơn.

Cũng trong năm 2017, một nghiên cứu khác tập trung vào nhóm đối tượng những người mắc chứng rối loạn tăng động giảm chú ý (ADHD). Các nhà khoa học chỉ ra bằng quá trình học kiểm soát vùng vỏ não trước trán phải, những thanh thiếu niên bị ADHD đã có thể giảm triệu chứng của bệnh và tăng sự chú ý kéo dài.

Những lợi ích được ghi nhận tới 11 tháng sau khi họ tự điều trị bằng nhận thức, chứng minh rằng việc đào tạo não bộ có thể tạo ra những tác dụng lâu dài.

Trở lại năm 2016, nghiên cứu cũng cho thấy những người lớn tuổi sử dụng fMRI có thể cải thiện được khả năng não bộ. Nghiên cứu năm 2015 chỉ ra ngay cả những người trẻ cũng có thể sử dụng nó để đào tạo các phản hồi thần kinh, khiến họ tập trung hơn và giảm xao nhãng.

Các nghiên cứu gần đây liên tục chỉ ra bằng chứng kỹ thuật đào tạo não bộ có thể được sử dụng để điều trị rối loạn căn tẳng hậu sang chấn (PTSD) ở những cựu chiến binh, chứng trầm cảm, lo âu và thậm chí là cai thuốc lá.

Một nghiên cứu của Đại học Texas còn chỉ ra con người hoàn toàn có thể tự kiểm soát và điều chỉnh lượng dopamine tiết ra trong não, một chất dẫn truyền thần kinh tạo cảm giác thỏa mãn sau khi sử dụng chất kích thích. Ứng dụng của việc kiểm soát được dopamine, ít nhất cũng giúp điều trị bệnh Parkinson.


fMRI đã phát triển đến mức kết hợp được với công nghệ thực tế ảo
fMRI đã phát triển đến mức kết hợp được với công nghệ thực tế ảo

Và tương lai của siêu năng lực

Tất cả những liệt kê phía trên chứng tỏ cho chúng ta thấy fMRI có thể được sử dụng trong vô số cách để tạo ra vô số ứng dụng. Nhưng ngay tại thời điểm hiện tại, chúng ta chưa thể với tay đến chúng được.

Chụp fMRI thời gian thực yêu cầu thiết bị cồng kềnh và đắt tiền, nên nó chỉ được sử dụng trong trường hợp ưu tiên, khi không có một biện pháp can thiệp nào khác giúp cho bệnh nhân.

Mặc dù vậy, cũng như bất kể một công nghệ mới nào từ trước đến nay, chúng ta hi vọng sẽ chứng kiến các cỗ máy chụp cộng hưởng từ sẽ ngày càng thu nhỏ, rẻ hơn và dễ tiếp cận với người dùng hơn. Khi đó, thế giới sẽ trở nên như thế nào là điều mà bạn có thể tưởng tượng.

Não bộ có một tiềm năng rất lớn chưa thể được khai phá. Bởi đối với đa số chúng ta, những gì xảy ra bên trong não bộ hoàn toàn là bí ẩn.

Bạn có thể tưởng tượng điều này giống như một vận động viên thể hình tập luyện mà không bao giờ nhìn được cơ thể của chính anh ta, không biết được hình dạng, kích thước của từng khối cơ. Anh ta sẽ không thể biết bài tập và động tác nào sẽ tác động đến bộ phận nào, ở mức độ nào.

Chúng ta luôn đòi hỏi phản hồi thị giác khi luyện tập một bộ môn thể chất nào đó. Vậy thì điều tương tự cũng xảy ra với việc đào tạo não bộ và nhận thức.


Não bộ có một tiềm năng rất lớn mà chúng ta chưa thể khai phá
Não bộ có một tiềm năng rất lớn mà chúng ta chưa thể khai phá

Trở lại với kết quả của nghiên cứu fMRI năm 2005, chúng ta đã chứng kiến hiệu quả của chỉ 13 phút tập luyện não bộ. Thật khó để tưởng tượng điều gì sẽ diễn ra nếu trong tương lai, khi chúng ta có thể mục sở thị những tín hiệu não bộ và đào tạo chúng mỗi ngày, kéo dài hàng tuần thậm chí hàng năm.

Như một nguyên tắc cơ bản, 10.000 giờ làm việc sẽ biến bạn thành một chuyên gia. Cùng một khoảng thời gian tương tự, liệu con người có thể làm chủ được tâm trí của mình tới đâu? Có vẻ như một thế hệ người sở hữu siêu năng lực não bộ trong tương lai, không hề nằm ngoài trả lời của câu hỏi này.

Tham khảo BBC / Genk.vn

Giao tiếp bằng ý nghĩ


Giao tiếp bằng ý nghĩ: Một thập niên thăng hoa

Trong số những địa hạt mà loài người khát khao khám phá, bộ não bé nhỏ của chúng ta thật ra vẫn còn là một đại dương sâu thẳm đầy bí ẩn. Ở đó, các nhà khoa học đã miệt mài cưỡi lên những con sóng đặc biệt – sóng não. Và trong mười năm qua, việc “giao tiếp bằng ý nghĩ” đã dần bước ra ngoài trí tưởng tượng.

 Ảnh: Getty Images

Tiến bộ khoa học hiện đã cho phép con người điều khiển cánh tay robot bằng ý nghĩ. Họ tưởng tượng mình đang bắt tay hay cầm nắm một vật trong đầu, và các tín hiệu não sẽ “ra lệnh” cho cánh tay giả thông qua một máy tính. Nhưng chuyện giao tiếp và sử dụng ngôn ngữ vốn phức tạp hơn gấp nhiều lần.

Giải pháp phổ biến là người bị liệt điều khiển con trỏ trên bàn phím ảo bằng cách nháy mắt, gật đầu để gõ chữ. Quá trình tuy hiệu quả nhưng tốn nhiều thời gian và đòi hỏi sự tập trung cao độ. “Chén thánh” của lĩnh vực nghiên cứu này là con người có thể thực sự giao tiếp – qua chữ viết hay giọng nói – chỉ bằng cách… nghĩ.

Gần một trăm năm trước, sóng não ở người lần đầu tiên được phát hiện bởi Hans Berger, một bác sĩ tâm thần người Đức và là cha đẻ của kỹ thuật đo điện não đồ (EEG). Do quá ngỡ ngàng trước khám phá đó, phải 5 năm sau vị này mới công bố các phát hiện của mình (năm 1929), và tất nhiên đối mặt với vô vàn hoài nghi. 

Có lẽ đa số công chúng thời nay cũng khó mà hiểu được khái niệm này. Về cơ bản, sóng não là hoạt động điện xảy ra trong não và được đo bằng tần số. Sóng não thay đổi theo các quá trình nhận thức, chẳng hạn như sóng não ghi nhận trong các giai đoạn khác nhau của giấc ngủ là khác nhau. 

Sóng não “thay lời 
muốn viết”

“Hôm nay anh thấy thế nào?” – nghiên cứu viên hỏi. “Tôi rất khỏe” – người đàn ông đáp lại sau vài giây, không phải bằng lời nói mà bằng câu chữ hiện trên màn hình máy tính. Người này đã ngoài 30, không thể nói chuyện và bị liệt cứng tứ chi sau một cơn đột quỵ xảy ra hơn 15 năm trước.

Để biểu diễn được kết quả này, nhóm nghiên cứu đã cấy một số điện cực lên vỏ não của anh ta, ngay trên khu vực điều khiển giọng nói. Sau đó, trí tuệ nhân tạo (AI) trải qua hàng chục giờ phân tích sóng não của người này mỗi khi anh ta cố gắng “nói” (dù không thể nói) những từ phổ biến như “rất” và “khỏe”. Ý tưởng ở đây là nắm bắt tín hiệu não liên quan đến các sợi cơ góp phần tạo ra giọng nói (như hàm, môi, lưỡi…).

Cuối cùng, AI học được cách nhận biết 50 từ vựng – đủ để hình thành hơn 1.000 câu. Kết hợp mô hình vi tính và ngôn ngữ tự nhiên, hệ thống này có thể “dự đoán” được từ tiếp theo dựa vào từ đứng trước, nhờ đó giải mã thành câu nói trọn vẹn khi người đàn ông cố gắng diễn đạt một ý nghĩ.

Kết quả nghiên cứu trên vừa được công bố hôm 14-7 trên tạp chí New England Journal of Medicine. Đây là cột mốc quan trọng để thêm tin tưởng rằng trong tương lai, hàng ngàn người bị mất khả năng nói do chấn thương hoặc bệnh tật sẽ có thể giao tiếp hiệu quả trở lại.

Trong hệ thống hiện tại, mất khoảng ba đến bốn giây để một từ được nhận diện và xuất hiện trên màn hình – tuy không nhanh bằng tốc độ nói, nhưng vượt trội phương pháp chọn từng chữ cái để ráp thành câu.

Trên báo The Guardian, tiến sĩ Edward Chang, nhà giải phẫu thần kinh tại ĐH California (Mỹ) và là người dẫn đầu nghiên cứu, cho biết: “Hầu hết chúng ta đều chẳng để ý đến việc ta có thể giao tiếp bằng lời nói dễ dàng đến thế… Thật hào hứng khi biết rằng chúng ta đang ở trang đầu của một chương mới, một lĩnh vực mới”, nhằm cải thiện cuộc sống của những bệnh nhân bị cướp mất khả năng “độc quyền” đó ở loài người.

Trước đó 2 tháng, trên tạp chí Nature, một nhóm nghiên cứu quốc tế đã công bố một ý tưởng khác biệt, nhằm giải quyết vấn đề tương tự. Một bệnh nhân bị liệt khác đã có thể “gõ” 90 ký tự trong một phút – nhanh hơn hẳn các thiết bị “gõ chữ cái” – bằng cách tưởng tượng rằng anh ta đang cầm bút để viết ra nội dung đó (dù không thể cử động).

Trong nghiên cứu này, khoảng 200 điện cực được đưa vào vùng vỏ não tiền vận động (premotor cortex) của một người đàn ông ngoài 60 tuổi. Đây là nơi hình thành các ý định, trước khi thực sự nghĩ đến việc thực hiện một cử động. Nhìn chung, nhóm nghiên cứu cho biết hệ thống này có độ chính xác khoảng 94%. Độ trễ giữa suy nghĩ và ký tự xuất hiện trên màn hình là khoảng nửa giây.

 Minh họa thí nghiệm giao tiếp bằng sóng não của ĐH California. Ảnh cắt từ video

Sóng não “nói hộ lòng tôi”

Mắc bệnh xơ cứng teo cơ ALS từ năm 21 tuổi, nhà vật lý quá cố Stephen Hawking đã từng sử dụng một phiên bản thô sơ của công nghệ tổng hợp giọng nói để giao tiếp với người khác. Ông lựa chọn từ mà mình muốn bằng cử động của cơ má, và văn bản đó được đọc bởi một giọng nhân tạo gần giống giọng của vị giáo sư.

Trong tương lai, phiên bản lý tưởng của công nghệ này cần phải loại bỏ các bước trung gian vốn tốn nhiều công sức, cho phép người dùng hình dung trong đầu những gì họ muốn nói, rồi đợi giọng nói nhân tạo “nói hộ” những suy nghĩ này.

Đầu năm 2019, một nhóm nhà khoa học Mỹ cho biết họ đã thành công khi chuyển đổi sóng não của người thành tiếng nói có thể nghe và hiểu được. Nghiên cứu đăng trên Scientific Reports hứa hẹn có thể mang đến giọng nói mới cho những ai bị mất khả năng nói.

Thay vì trực tiếp theo dõi suy nghĩ để tạo ra giọng nói, nhóm nghiên cứu này ghi lại sóng não của những người tham gia khi họ đang lắng nghe người khác nói. Dữ liệu sóng não này sau đó được thuật toán AI chuyển đổi thành âm thanh có thể hiểu được, dù giống như giọng robot. Những âm thanh này lặp lại chính nội dung mà người tham gia đã được nghe trước đó.

ĐH California San Diego (Mỹ) cũng đã tái tạo được giọng hót phức tạp – gồm cao độ, âm lượng và âm sắc của một con chim bằng cách đọc sóng não của nó. Nghiên cứu được công bố trên Current Biology vào giữa tháng 6, củng cố tham vọng phát triển giọng nói giả cho con người.

Nhưng tái tạo được tiếng chim hót thì liên quan gì đến tiếng nói con người? “Trong thực tế, giọng của những loài chim biết hót và giọng nói của con người có nhiều điểm tương đồng: đều rất phức tạp và là hành vi học được – những đặc điểm mà chúng ta chưa thể tiếp cận ở các loài linh trưởng điển hình khác” – trang web của ĐH California San Diego dẫn lời giáo sư Vikash Gilja, đồng tác giả của nghiên cứu.

Tâm linh tương thông

Các nghiên cứu kể trên ứng dụng công nghệ kết nối não với máy tính (BCI: Brain-Computer Interface). Các hoạt động điện trong não không chỉ bao gồm việc gửi tín hiệu, mà còn tiếp nhận các xung điện, và bản chất này giúp mở ra một lĩnh vực tham vọng hơn nữa: truyền suy nghĩ từ bộ não này sang bộ não khác (BBI: Brain-to-Brain Interface).

Minh chứng đầu tiên cho ý tưởng này là một cặp chuột “thần giao cách cảm” trong một nghiên cứu năm 2013. Các nhà khoa học đã cấy ghép điện cực vào não chuột, cho phép chú chuột A “chỉ” cho chú chuột B biết nên nhấn cần gạt nào để cả 2 được nhận phần thưởng. Tất cả sự giao tiếp đều diễn ra trong đầu đôi chuột.

Năm 2019, các nhà khoa học Mỹ công bố trên tạp chí Scientific Reports kết quả thí nghiệm mang màu sắc viễn tưởng, làm gợi nhớ năng lực “hợp nhất tâm trí” của người Vulcan trong loạt phim Star Trek: kết nối bộ não của ba người bình thường để họ có thể giao tiếp chỉ bằng sóng não thông qua một hệ thống mang tên BrainNet.

Cụ thể, 2 người tham gia đóng vai trò “người gửi”, đội lên đầu thiết bị đo điện não đồ (EEG). Người thứ 3, trong vai “người nhận”, được gắn thiết bị kích thích từ xuyên sọ (TMS) trên đầu – nó tạo ra một từ trường trên da đầu, sau đó tạo ra dòng điện trong não. Cả EEG và TMS đều không cần phẫu thuật xâm lấn. Bộ ba được yêu cầu hợp tác thông qua suy nghĩ, để cùng giải quyết một nhiệm vụ giống như trò xếp gạch Teris.

Việc giao tiếp này thật ra không sử dụng từ ngữ, mà là các quyết định nhị phân có-không (có lật viên gạch tiếp theo trong trò chơi không). Giả dụ như khi “người gửi” quyết định “có”, thiết bị EEG sẽ ghi lại sóng não, và tín hiệu được truyền đến “người nhận” qua Internet. Thiết bị TMS nhận và “đọc” tín hiệu, khiến người nhận nhìn thấy một tia sáng, dù không hề có ánh sáng đi vào mắt (hiện tượng Phosphene) và thực hiện hành động. Không có tia sáng nghĩa là quyết định “không”.

 Thí nghiệm BrainNet. Ảnh: Mark Stone (ĐH Washington)

Những thành tựu kể trên chỉ giúp các nghiên cứu dùng sóng não để giao tiếp lên thêm một bước, chứ đích đến hãy còn xa. Giới khoa học vẫn miệt mài nghiên cứu và tiếp tục mơ xa hơn.

Các đột phá trong việc giải mã sóng não rồi sẽ đưa loài người đến đâu? Một xã hội mà người ta thấu hiểu nhau với tốc độ ánh sáng, hay “tải” suy nghĩ của mình ra máy tính – để lưu trữ cho con cháu, hoặc chỉ để tranh luận trên mạng? Một chiến trường nơi các binh sĩ phối hợp chỉ bằng suy nghĩ, chẳng cần phải cất thành lời? Một thế giới mà bộ não của ta điều khiển mọi thứ, cũng có thể là ngược lại? Hay ở đỉnh cao tiến hóa, khi y khoa có thể thay bàn tay tạo hóa, để tái sinh những bản năng đã mất? Câu trả lời đang chờ đợi ta ở những thập niên tiếp theo.

LÊ MY / TTCT