Kristina Armitage/ Tạp chí Quanta
Giới thiệu
Bất cứ khi nào bạn đang tích cực thực hiện một nhiệm vụ — ví dụ, nâng tạ ở phòng tập thể dục hoặc làm bài kiểm tra khó — các phần não cần thiết để thực hiện nhiệm vụ đó sẽ trở nên “hoạt động” khi các tế bào thần kinh tăng cường hoạt động điện của chúng. Nhưng não của bạn có hoạt động ngay cả khi bạn đang mơ màng trên ghế dài không?
Câu trả lời, các nhà nghiên cứu đã tìm ra, là có. Trong hai thập kỷ qua, họ đã định nghĩa được cái gọi là mạng lưới chế độ mặc định, một tập hợp các vùng não dường như không liên quan được kích hoạt khi bạn không làm gì nhiều. Phát hiện này đã cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cách não hoạt động bên ngoài các nhiệm vụ được xác định rõ ràng và cũng thúc đẩy nghiên cứu về vai trò của các mạng lưới não — không chỉ các vùng não — trong việc quản lý trải nghiệm nội bộ của chúng ta.
Vào cuối thế kỷ 20, các nhà khoa học thần kinh bắt đầu sử dụng các kỹ thuật mới để chụp ảnh não của mọi người khi họ thực hiện các nhiệm vụ trong máy quét. Đúng như dự đoán, hoạt động ở một số vùng não nhất định tăng lên trong khi thực hiện các nhiệm vụ — và khiến các nhà nghiên cứu ngạc nhiên, hoạt động ở các vùng não khác cũng giảm đồng thời. Các nhà khoa học thần kinh rất thích thú khi thấy rằng trong nhiều nhiệm vụ khác nhau, cùng một vùng não đó liên tục giảm hoạt động của chúng.
Cứ như thể những vùng này hoạt động khi người đó không làm gì cả, rồi lại tắt đi khi tâm trí phải tập trung vào điều gì đó bên ngoài.
Các nhà nghiên cứu gọi những khu vực này là “nhiệm vụ tiêu cực”. Khi chúng được xác định lần đầu tiên, Marcus Raichle(mở một tab mới), một nhà thần kinh học tại Trường Y khoa Đại học Washington ở St. Louis, nghi ngờ rằng những vùng phủ định nhiệm vụ này đóng vai trò quan trọng trong trạng thái nghỉ ngơi của não. “Điều này đặt ra câu hỏi ‘Hoạt động não cơ bản là gì?'” Raichle nhớ lại. Trong một thí nghiệm, ông yêu cầu những người trong máy quét nhắm mắt lại và chỉ để tâm trí họ lang thang trong khi ông đo hoạt động não của họ.
Ông phát hiện ra rằng trong lúc nghỉ ngơi, khi chúng ta hướng nội về mặt tinh thần, các vùng tiêu cực của nhiệm vụ sử dụng nhiều năng lượng hơn phần còn lại của não. Trong một bài báo năm 2001, ông gọi hoạt động này là “ chế độ mặc định của chức năng não”(mở một tab mới).” Hai năm sau, sau khi tạo ra dữ liệu có độ phân giải cao hơn, một nhóm từ Trường Y khoa Đại học Stanford đã phát hiện ra rằng hoạt động tiêu cực của nhiệm vụ này xác định một mạng lưới mạch lạc của các vùng não tương tác, mà họ gọi là mạng lưới chế độ mặc định(mở một tab mới).
Việc phát hiện ra mạng lưới chế độ mặc định đã khơi dậy sự tò mò trong số các nhà khoa học thần kinh về những gì bộ não đang làm khi không có nhiệm vụ tập trung ra bên ngoài. Mặc dù một số nhà nghiên cứu tin rằng chức năng chính của mạng lưới là tạo ra trải nghiệm lang thang hoặc mơ mộng của chúng ta, nhưng vẫn có rất nhiều phỏng đoán khác. Có thể nó kiểm soát các luồng ý thức hoặc kích hoạt ký ức về những trải nghiệm trong quá khứ. Và rối loạn chức năng trong mạng lưới chế độ mặc định được đưa ra như một đặc điểm tiềm ẩn của hầu hết mọi rối loạn tâm thần và thần kinh, bao gồm trầm cảm, tâm thần phân liệt và bệnh Alzheimer.
Kể từ đó, một loạt các nghiên cứu về chế độ mặc định đã làm phức tạp thêm sự hiểu biết ban đầu đó. Lucina Uddin cho biết: “Thật thú vị khi thấy các loại nhiệm vụ và mô hình khác nhau liên quan đến mạng chế độ mặc định trong 20 năm qua”.(mở một tab mới), một nhà khoa học thần kinh tại Đại học California, Los Angeles.
Chế độ mặc định là một trong những mạng lưới não đầu tiên được khoa học mô tả. Nó bao gồm một số ít vùng não, bao gồm một số vùng ở phía trước não, như vỏ não trước trán giữa lưng và bụng, và những vùng khác nằm rải rác khắp cơ quan, như vỏ não vành đai sau, tiền cuống và hồi góc. Các vùng này liên quan đến trí nhớ, phát lại trải nghiệm, dự đoán, cân nhắc hành động, phần thưởng/hình phạt và tích hợp thông tin. (Phần tô sáng màu trong hình sau chỉ ra một số vùng não bên ngoài trở nên hoạt động hơn khi mạng lưới mặc định tham gia.)
Merrill Sherman/ Tạp chí Quanta
Kể từ khi phát hiện ra nó, các nhà khoa học thần kinh đã xác định một số ít các mạng lưới riêng biệt bổ sung, mỗi mạng lưới kích hoạt các vùng não dường như không liên quan. Các vùng được kích hoạt này không hoạt động độc lập mà thay vào đó, chúng hòa hợp với nhau một cách đồng bộ. Raichle cho biết: “Bạn không thể nghĩ về một dàn nhạc giao hưởng chỉ là những cây vĩ cầm hoặc ô-boa”. Tương tự như vậy, trong một mạng lưới não, các bộ phận riêng lẻ tương tác để tạo ra các hiệu ứng mà chúng chỉ có thể tạo ra cùng nhau.
Theo nghiên cứu, tác động của mạng lưới chế độ mặc định bao gồm việc suy nghĩ lan man, nhớ lại những trải nghiệm trong quá khứ, suy nghĩ về trạng thái tinh thần của người khác, hình dung tương lai và xử lý ngôn ngữ. Mặc dù điều này có vẻ như là một tập hợp các khía cạnh không liên quan của nhận thức, Vinod Menon(mở một tab mới), giám đốc Phòng thí nghiệm khoa học thần kinh nhận thức và hệ thống Stanford, gần đây đã đưa ra giả thuyết rằng tất cả các chức năng này có thể hữu ích trong việc xây dựng một câu chuyện nội tâm(mở một tab mới)Theo quan điểm của ông, mạng lưới chế độ mặc định giúp bạn suy nghĩ về con người của mình trong mối quan hệ với người khác, nhớ lại những trải nghiệm trong quá khứ và sau đó kết hợp tất cả những điều đó thành một lời tự sự mạch lạc.
Năm 2001, nhà thần kinh học Marcus Raichle đã xác định được mạng lưới hoạt động não được kích hoạt khi tâm trí lang thang, gọi đó là “chế độ mặc định” của chức năng não.
Được cung cấp bởi Marcus Raichle
Chế độ mặc định rõ ràng là có liên quan đến một điều gì đó phức tạp; nó liên quan đến nhiều quá trình khác nhau mà không thể mô tả một cách rõ ràng. Uddin cho biết: “Thật ngớ ngẩn khi nghĩ rằng chúng ta sẽ bao giờ nói rằng ‘Một vùng não hoặc một mạng lưới não này chỉ làm một việc'”. “Tôi không nghĩ rằng nó hoạt động theo cách đó”.
Uddin bắt đầu nghiên cứu mạng lưới chế độ mặc định vì cô ấy quan tâm đến khả năng tự nhận dạng, và nhiều nhiệm vụ tự nhận dạng, chẳng hạn như nhận dạng khuôn mặt hoặc giọng nói của chính bạn, dường như có liên quan đến mạng lưới này. Trong những năm gần đây, cô ấy đã chuyển sự chú ý của mình sang các tương tác giữa các mạng lưới não. Uddin cho biết, cũng giống như các vùng não khác nhau tương tác với nhau để hình thành mạng lưới, các mạng lưới khác nhau cũng tương tác với nhau theo những cách có ý nghĩa. “Các tương tác mạng lưới có thể làm sáng tỏ hơn khi nghiên cứu theo một số cách so với chỉ một mạng lưới riêng lẻ vì chúng hoạt động cùng nhau rồi tách ra và sau đó thay đổi những gì chúng đang làm theo thời gian”.
Cô ấy đặc biệt quan tâm đến cách mạng chế độ mặc định tương tác với mạng nổi bật , điều này dường như giúp chúng ta xác định thông tin có liên quan nhất tại bất kỳ thời điểm nào. Công trình của cô ấy cho thấy mạng nổi bật phát hiện khi có điều gì đó quan trọng cần chú ý và sau đó hoạt động như một công tắc tắt cho mạng chế độ mặc định.
Các nhà nghiên cứu cũng đã xem xét liệu các rối loạn sức khỏe tâm thần như trầm cảm có thể liên quan đến các vấn đề với mạng lưới chế độ mặc định hay không. Cho đến nay, các phát hiện vẫn chưa có kết luận. Ví dụ, ở những người bị trầm cảm, một số nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các nút mạng được kết nối quá mức, trong khi những người khác lại phát hiện ra điều ngược lại — rằng các nút không kết nối được. Và trong một số nghiên cứu, bản thân mạng lưới chế độ mặc định không bất thường, nhưng các tương tác của nó với các mạng lưới khác thì có. Những phát hiện này có vẻ không tương thích, nhưng chúng phù hợp với những phát hiện gần đây rằng trầm cảm có lẽ là một nhóm các rối loạn khác nhau có biểu hiện các triệu chứng tương tự nhau.
Trong khi đó, Menon đã phát triển cái mà ông gọi là lý thuyết mạng lưới ba(mở một tab mới). Nó đưa ra giả thuyết rằng các tương tác bất thường giữa mạng lưới chế độ mặc định, mạng lưới nổi bật và mạng lưới thứ ba được gọi là mạng lưới trán đỉnh có thể góp phần gây ra các rối loạn sức khỏe tâm thần bao gồm tâm thần phân liệt, trầm cảm, lo âu, chứng mất trí và tự kỷ. Thông thường, hoạt động của mạng lưới chế độ mặc định giảm khi ai đó chú ý đến một kích thích bên ngoài, trong khi hoạt động ở hai mạng lưới khác tăng lên. Menon nghi ngờ rằng sự đẩy và kéo giữa các mạng lưới này có thể không hoạt động theo cùng một cách ở những người mắc các rối loạn tâm thần hoặc phát triển.
một tab mới), người nghiên cứu về thần kinh học của các bệnh tâm thần tại Đại học Washington ở St. Louis, rất hứng thú với lý thuyết ba mạng lưới. Bà cho biết việc điều tra cách các mạng lưới được kết nối khác nhau ở những người mắc chứng rối loạn sức khỏe tâm thần có thể giúp các nhà nghiên cứu tìm ra cơ chế cơ bản và phát triển các phương pháp điều trị. Tuy nhiên, bà không nghĩ rằng chỉ riêng các tương tác mạng lưới sẽ giải thích đầy đủ về bệnh tâm thần. Barch cho biết: “Tôi nghĩ rằng việc hiểu các khác biệt về kết nối là điểm khởi đầu”. “Nó không phải là điểm cuối”.
Sự hiểu biết hiện tại về mạng lưới chế độ mặc định chắc chắn cũng không phải là điểm cuối của nó. Kể từ khi phát hiện ra nó, nó đã thúc đẩy các nhà khoa học thần kinh suy nghĩ vượt ra ngoài trách nhiệm của các vùng não đơn lẻ để hướng đến tác động của các tương tác giữa các mạng lưới não. Và nó đã thúc đẩy nhiều người đánh giá cao các hoạt động tập trung vào bên trong của tâm trí — rằng ngay cả khi chúng ta mơ mộng hay nghỉ ngơi, não của chúng ta vẫn đang làm việc chăm chỉ để biến điều đó thành hiện thực.
