Phương pháp ‘đọc não’ mới

Chúng ta đều biết não tiếp nhận thông tin trước khi thông tin biến thành nhận thức của một người. Nhưng tới nay, vẫn chưa có cách nào để xác định rõ các quá trình cụ thể đã diễn ra như thế nào trước khi đi đến nhận thức.

Điều này đã thay đổi khi các nhà khoa học thuộc đại học Rutgers tại Newark và đại học California tại Los Angeles mới đây phát triển thành công một phương pháp theo dõi não bộ chính xác, từ đó khám phá ra trạng thái trí óc của một người cũng như dạng thông tin được xử lí trước khi nó biến thành nhận thức. Với thành công mới này, các nhà khoa học giờ đây được trang bị một phương tiện hữu hiệu để phát triển một sơ đồ chính xác về hoạt động bên trong của não.

Theo thông tin trên tờ Psychological Science số ra tháng 7 năm 2009, đây là công trình của Stephen José Hanson, giảng viên tâm lý học tại đại học Rutgers cùng Russell A. Poldrack, giảng viên đại học California tại Los Angeles và Yaroslav Halchenko, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại đại học Dartmouth. Kết quả từ công trình này mang lại những bằng chứng trực tiếp cho thấy trạng thái tinh thần của một người có thể được dự đoán trước một cách chính xác thông qua phương pháp chụp ảnh cộng hưởng từ chức năng (fMRI). Nghiên cứu cũng chỉ ra cần có một cách tiếp cận sâu rộng hơn để lập sơ đồ hoạt động của não và phủ nhận quan niệm phổ biến trước nay vẫn cho rằng mỗi khu vực cụ thể trong não phụ trách những nhiệm vụ cụ thể.

Trong vài năm trở lại đây, hầu hết các chẩn đoán hình ảnh đều chỉ tập trung định vị cụ thể các khu vực não đảm nhận từng chức năng nhất định, ví dụ như học tập, trí nhớ, nỗi sợ hãi hay tình cảm yêu ghét. Nhưng nghiên cứu lần này cho thấy não phức tạp hơn nhiều chứ không chỉ là một mô hình đơn giản như vậy. Trong phân tích toàn cầu về hoạt động não, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng mỗi quá trình xử lí lại có một mô hình kết nối thần kinh trải khắp não bộ riêng, giống như mỗi người chúng ta có một hệ thống dấu vân tay khác nhau. Tuy nhiên, đó không phải là một mô hình tĩnh, não bộ có khả năng sắp xếp và tái sắp xếp các kết nối này dựa trên từng nhiệm vụ mà nó đang đảm nhận.

“Bạn không thể đơn giản chỉ vào một khu vực trong não và nói rằng khu vực đó đảm nhiệm vai trò tự nhận thức, đánh giá hay đó là nguồn gốc quyết định tư cách đạo đức của một người,” Hanson nói. “Thực ra não bộ phức tạp và linh hoạt hơn nhiều. Nó có khả năng tái sắp xếp các kết nối thần kinh cho phù hợp với từng chức năng. Bằng cách kiểm tra mô hình kết nối thần kinh này, bạn sẽ đoán được một cách chính xác não bộ đang thực hiện nhiệm vụ gì.”

Phát hiện này mở ra khả năng phân loại các hoạt động trí óc khác nhau theo từng mô hình kết nối thần kinh riêng và hứa hẹn bước tiến đầu tiên trong việc phát triển công cụ xác định các hoạt động trí óc ở mức độ cao hơn, ví dụ như ‘nói dối’ hay lập luận trừu tượng. Những phát hiện này cũng có tiềm năng mở đường cho việc chẩn đoán sớm và điều trị hiệu quả các rối loạn tinh thần, ví dụ như tự kỉ hay tâm thần phân liệt, bằng cách cung cấp phương tiện xác định những bất thường dù là rất nhỏ trong hoạt động não và khả năng xử lí đồng thời.

Kết quả nghiên cứu nói trên cung cấp hướng tiếp cận chính xác hơn cho việc lập sơ đồ kết nối hiệu quả của não bộ. Với dự án mang tên Connectome Project, mục tiêu mà các nhà nghiên cứu đề ra là xây dựng một sơ đồ hoàn chỉnh về hệ thống thần kinh trung ương.

Các nhà khoa học đã tìm ra cách chính xác khảo sát não để khám phá trạng thái trí óc của một người cũng như dạng thông tin được xử lí trước khi nó biến thành nhận thức. (Ảnh: iStockphoto)

"Nghiên cứu của chúng tôi chỉ ra rằng nếu bạn muốn hiểu được hoạt động nhận thức của con người thì bạn phải nhìn vào hoạt động mang tính hệ thống của toàn não bộ,” Hanson giải thích. “Không đơn giản là bạn chỉ nhìn vào những tế bào hay khu vực thần kinh riêng lẻ, bạn phải xem xét nhiều khu vực khác nhau trong não để hiểu được các hoạt động dù là đơn giản nhất.”

Trong nghiên cứu có 130 đối tượng tham gia, mỗi người thực hiện một hoạt động trí óc khác nhau, từ đọc, tới ghi nhớ danh sách, tới thực hiện các quyết định phức tạp như đầu tư mạo hiểm, trong khi não của những đối tượng này được chụp ảnh bằng phương pháp fMRI. Với độ chính xác trên 80%, các nhà nghiên cứu có thể xác định một đối tượng đang thực hiện hoạt động nào trong 8 hoạt động khảo sát bằng cách phân tích các dữ liệu fMRI của đối tượng đó và so sánh với tiêu chí phân loại được phát triển từ kết quả fMRI của các đối tượng trước đó. Các nhà nghiên cứu cũng có thể xác định được một người đang nhìn vào loại vật thể nào (mặt người, nhà, động vật,…v.v…) bằng cách phân tích mô hình hoạt động ở phía sau não nơi thông tin được xử lí và sau đó truyền tới vùng não trước – khu vực gắn với nhận thức.

“Điều này có nguyên lý tương tự như trong một vụ tai nạn xe hơi. Tai nạn diễn ra trước, và sau khoảng 10 phần triệu giây bạn sẽ nhận thức được rằng mình đã bị đâm,” Hanson giải thích. “Bằng cách quan sát phần não sau của một người, bạn có thể đọc ra rằng người ấy đang nhìn vào những con chó trước khi họ thực sự biết rằng họ đang nhìn vào đâu.”

Không giống với các nghiên cứu trước đây thường tập trung vào các vùng não cụ thể, Hanson cùng đồng nghiệp đã xem xét các mô hình kết nối giữa hàng triệu điểm bên trong não. Điều thú vị là, các mô hình của hệ thống thần kinh gắn với 8 hoạt động thử nghiệm nói trên lại có vẻ rất giống nhau. Theo Hanson, lí do là vì các hoạt động trí não dù khác nhau lại có xu hướng liên quan tới nhiều quá trình giống nhau. Ví dụ, việc ghi nhớ một danh sách từ vựng trong đó có từ “chó” rất có thể sẽ huy động đến kí ức về một con chó; và khi đọc một câu chuyện kể về loài chó thì điều tương tự cũng xảy ra. Với việc sử dụng máy hỗ trợ vector có khả năng phân tích và phân loại một lượng dữ liệu lớn, các nhà nghiên cứu đã xác định được những khác biệt rất nhỏ cho phép dự đoán chính xác chức năng cụ thể mà não của đối tượng khảo sát đang thực hiện.

“Điều đó giống như nhìn vào hai mẫu của cùng một kiểu sắp xếp cánh hoa,” Hanson nói. “Hai mẫu đều có cùng những cánh hoa như nhau, nhưng chúng được sắp xếp không hoàn toàn y chang nhau, do vậy chúng có những khác biệt nho nhỏ. Với các phương pháp phân tích mô hình mà chúng tôi đã phát triển, có những đầu mối sẽ được phát hiện và từ đó xác định được cụ thể hoạt động não đang diễn ra.”

Hanson cùng nhóm của ông dự định sẽ phát triển một hệ thống xác định các bất thường trong hệ thống kết nối thần kinh để hỗ trợ cho việc nghiên cứu các rối loạn thần kinh ví dụ như tự kỷ hay chứng náo động quá mức và thiếu tập trung (ADHD).

Nghiên cứu nhận được hỗ trợ kinh phí từ Văn phòng Nghiên cứu hải quân Hoa Kỳ, Quỹ tài trợ James S. McDonnell và Quỹ tài trợ Khoa học Quốc gia. Đồng thời, quỹ McDonnell mới đây cũng trao giải thưởng trị giá 1 triệu USD cho Hanson vì những đóng góp của ông trong lĩnh vực này.