Mạch não ngăn chặn thông tin cảm giác gây mất tập trung nắm giữ những manh mối quan trọng về sự chú ý và các quá trình nhận thức khác.
Chúng ta chỉ quan tâm đến một phần nhỏ dữ liệu cảm giác có sẵn. Những kết quả mới đang giúp giải thích cách não bộ lọc ra những cảm giác ít thú vị nhất tại bất kỳ thời điểm nào.
Giới thiệu
Chúng ta có thể nghe được một cuộc trò chuyện trong một căn phòng ồn ào, giữa tiếng lên xuống của những giọng nói khác hoặc tiếng ù ù của máy điều hòa. Chúng ta có thể phát hiện ra một bộ chìa khóa trong một biển lộn xộn, hoặc ghi nhận một con gấu trúc lao vào đường đi của chiếc xe đang lao tới của chúng ta. Bằng cách nào đó, ngay cả khi có một lượng thông tin khổng lồ tràn ngập các giác quan, chúng ta vẫn có thể tập trung vào những gì quan trọng và hành động theo nó.
Các quá trình chú ý là cách não bộ chiếu đèn pha vào các kích thích có liên quan và lọc bỏ phần còn lại. Các nhà khoa học thần kinh muốn xác định các mạch nhắm và cung cấp năng lượng cho đèn pha đó. Trong nhiều thập kỷ, các nghiên cứu của họ xoay quanh vỏ não, cấu trúc gấp ở bên ngoài não thường liên quan đến trí thông minh và nhận thức bậc cao. Rõ ràng là hoạt động ở vỏ não thúc đẩy quá trình xử lý cảm giác để tăng cường các đặc điểm quan tâm.
Nhưng hiện nay, một số nhà nghiên cứu đang thử một cách tiếp cận khác, nghiên cứu cách não bộ ngăn chặn thông tin thay vì cách não bộ tăng cường thông tin. Có lẽ quan trọng hơn, họ đã phát hiện ra rằng quá trình này liên quan đến các vùng cổ xưa hơn(mở một tab mới)sâu hơn nhiều trong não — những vùng thường không được chú ý đến khi nói đến sự chú ý.
Bằng cách đó, các nhà khoa học cũng vô tình bắt đầu thực hiện những bước đầu tiên hướng tới việc hiểu rõ hơn về cách cơ thể và tâm trí – thông qua các trải nghiệm cảm giác tự động, chuyển động vật lý và ý thức cấp cao – gắn bó chặt chẽ và không thể tách rời.
Săn tìm mạch điện
Trong một thời gian dài, vì sự chú ý dường như gắn chặt với ý thức và các chức năng phức tạp khác, các nhà khoa học cho rằng trước hết và quan trọng nhất, đó là một hiện tượng vỏ não. Một sự thay đổi lớn so với dòng suy nghĩ đó xuất hiện vào năm 1984(mở một tab mới), khi Francis Crick, nổi tiếng với công trình nghiên cứu về cấu trúc DNA, đề xuất rằng đèn pha chú ý được điều khiển bởi một vùng sâu trong não gọi là đồi thị, một phần của vùng này nhận thông tin đầu vào từ các miền cảm giác và cung cấp thông tin cho vỏ não. Ông đã phát triển một lý thuyết trong đó đồi thị cảm giác không chỉ đóng vai trò là trạm trung chuyển mà còn là người gác cổng — không chỉ là cầu nối mà còn là cái sàng — ngăn chặn một số luồng dữ liệu để thiết lập một mức độ tập trung nhất định.
Nhưng nhiều thập kỷ đã trôi qua và những nỗ lực nhằm xác định cơ chế thực sự đều không mang lại kết quả – một phần là do việc thiết lập các phương pháp nghiên cứu sự chú ý ở động vật trong phòng thí nghiệm vô cùng khó khăn.
Michael Halassa, nhà khoa học thần kinh tại MIT, đã nghiên cứu vai trò của một vùng não thường bị bỏ qua trong các quá trình nhận thức cấp cao.
Điều đó không ngăn cản Michael Halassa(mở một tab mới), một nhà khoa học thần kinh tại Viện nghiên cứu não McGovern thuộc Viện công nghệ Massachusetts. Ông muốn xác định chính xác cách các đầu vào cảm giác được lọc trước khi thông tin đến vỏ não, để xác định chính xác mạch mà công trình của Crick ngụ ý sẽ có ở đó.
Ông bị thu hút bởi một lớp mỏng các tế bào thần kinh ức chế được gọi là nhân lưới đồi thị (TRN), bao quanh phần còn lại của đồi thị như một lớp vỏ. Vào thời điểm Halassa là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ, ông đã tìm thấy một mức độ thô sơ của gating trong vùng não đó: TRN dường như cho phép các đầu vào cảm giác đi qua khi một con vật thức và chú ý đến một thứ gì đó trong môi trường của nó, nhưng nó lại ức chế chúng khi con vật ngủ.
Vào năm 2015, Halassa và các đồng nghiệp của ông đã phát hiện ra một cấp độ cổng khác tinh vi hơn(mở một tab mới)điều đó càng ám chỉ TRN là một phần của mạch mà Crick đã tìm kiếm từ lâu — lần này liên quan đến cách động vật lựa chọn những gì để tập trung khi sự chú ý của chúng bị chia rẽ giữa các giác quan khác nhau. Trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã sử dụng những con chuột được huấn luyện để chạy theo chỉ dẫn của đèn nhấp nháy và âm thanh quét. Sau đó, họ đồng thời đưa ra cho những con vật các lệnh xung đột từ đèn và âm thanh, nhưng cũng ám chỉ chúng về tín hiệu nào cần bỏ qua. Phản ứng của những con chuột cho thấy chúng tập trung sự chú ý của mình hiệu quả như thế nào. Trong suốt nhiệm vụ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật đã được thiết lập tốt để tắt hoạt động ở các vùng não khác nhau để xem điều gì đã cản trở hiệu suất của động vật.
Như mong đợi, vỏ não trước trán, nơi đưa ra các lệnh cấp cao đến các bộ phận khác của não, đóng vai trò quan trọng. Nhưng nhóm nghiên cứu cũng quan sát thấy rằng nếu một thử nghiệm yêu cầu chuột phải chú ý đến thị giác, việc bật các tế bào thần kinh trong TRN thị giác sẽ cản trở hiệu suất của chúng. Và khi các tế bào thần kinh đó bị tắt tiếng, chuột gặp nhiều khó khăn hơn trong việc chú ý đến âm thanh. Trên thực tế, mạng lưới đang xoay các nút trên các quá trình ức chế, không phải các quá trình kích thích, với TRN ức chế thông tin mà vỏ não trước trán cho là gây mất tập trung. Nếu chuột cần ưu tiên thông tin thính giác, vỏ não trước trán sẽ ra lệnh cho TRN thị giác tăng hoạt động để ức chế đồi thị giác — loại bỏ dữ liệu thị giác không liên quan.
Ẩn dụ về đèn pha chú ý là ngược lại: Bộ não không làm sáng đèn trên các kích thích gây chú ý; mà làm mờ đèn trên mọi thứ khác.
Lucy Reading-Ikkanda/Tạp chí Quanta
Mặc dù nghiên cứu thành công, các nhà nghiên cứu đã nhận ra một vấn đề. Họ đã xác nhận linh cảm của Crick: Vỏ não trước trán kiểm soát bộ lọc thông tin cảm giác đến ở đồi thị. Nhưng vỏ não trước trán không có bất kỳ kết nối trực tiếp nào với các phần cảm giác của TRN. Một phần của mạch bị thiếu.
Cho đến bây giờ. Halassa và các đồng nghiệp cuối cùng đã hoàn thiện phần còn lại và kết quả cho thấy nhiều điều về cách chúng ta nên tiếp cận nghiên cứu về sự chú ý.
Làm mờ, Làm mờ, Nhấp nháy
Với các nhiệm vụ tương tự như những nhiệm vụ họ đã sử dụng vào năm 2015, nhóm nghiên cứu đã thăm dò các tác động chức năng của các vùng não khác nhau lên nhau, cũng như các kết nối nơ-ron giữa chúng. Họ phát hiện ra rằng toàn bộ mạch đi từ vỏ não trước trán đến một cấu trúc sâu hơn nhiều được gọi là hạch nền (thường liên quan đến kiểm soát vận động và một loạt các chức năng khác), sau đó đến TRN và đồi thị, trước khi cuối cùng quay trở lại các vùng vỏ não cao hơn. Vì vậy, ví dụ, khi thông tin thị giác truyền từ mắt đến đồi thị thị giác, thông tin đó có thể bị chặn lại gần như ngay lập tức nếu thông tin đó không liên quan đến nhiệm vụ được giao. Hạch nền có thể can thiệp và kích hoạt TRN thị giác để sàng lọc các kích thích bên ngoài, phù hợp với chỉ thị của vỏ não trước trán.
“Đây là một con đường phản hồi thú vị mà tôi nghĩ là chưa từng được mô tả trước đây”, Richard Krauzlis cho biết.(mở một tab mới), một nhà khoa học thần kinh tại Viện Mắt Quốc gia thuộc Viện Y tế Quốc gia ở Maryland, người không tham gia vào nghiên cứu này.
Chúng ta thường quên mất cách loại bỏ những thứ ít quan trọng hơn.
Duje Tadin, Đại học Rochester
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cơ chế này không chỉ lọc một giác quan để nâng cao nhận thức về giác quan khác: Nó còn lọc thông tin trong một giác quan duy nhất. Khi những con chuột được ra hiệu chú ý đến một số âm thanh nhất định, TRN đã giúp ngăn chặn tiếng ồn nền không liên quan trong tín hiệu thính giác. Các tác động lên quá trình xử lý cảm giác “có thể chính xác hơn nhiều so với việc chỉ ngăn chặn toàn bộ vùng đồi thị đối với một phương thức cảm giác, đây là một hình thức ngăn chặn khá thô bạo”, Duje Tadin cho biết(mở một tab mới), một nhà khoa học thần kinh tại Đại học Rochester.
“Chúng ta thường bỏ qua cách loại bỏ những thứ ít quan trọng hơn”, ông nói thêm. “Và nhiều khi, tôi nghĩ đó là cách xử lý thông tin hiệu quả hơn”. Nếu bạn ở trong một căn phòng ồn ào, bạn có thể thử nói to để mọi người nghe thấy — hoặc bạn có thể thử loại bỏ nguồn gây ra tiếng ồn. (Tadin nghiên cứu loại ức chế nền này trong các quá trình khác diễn ra nhanh hơn và tự động hơn so với sự chú ý có chọn lọc.)
Những phát hiện của Halassa chỉ ra rằng não bộ gạt bỏ những nhận thức không liên quan sớm hơn dự kiến. “Điều thú vị là”, Ian Fiebelkorn nói(mở một tab mới), một nhà khoa học thần kinh về nhận thức tại Đại học Princeton, cho rằng “quá trình lọc bắt đầu ngay từ bước đầu tiên, thậm chí trước khi thông tin đến được vỏ não thị giác”.
Tuy nhiên, có một điểm yếu rõ ràng trong chiến lược của não bộ khi loại bỏ thông tin cảm giác theo cách này — cụ thể là nguy cơ rằng những nhận thức bị loại bỏ có thể trở nên quan trọng một cách bất ngờ. Nghiên cứu của Fiebelkorn cho thấy não bộ có cách để phòng ngừa những rủi ro đó.
Khi mọi người nghĩ về đèn pha của sự chú ý, Fiebelkorn nói, họ nghĩ về nó như một chùm sáng ổn định, liên tục chiếu sáng nơi mà một con vật nên hướng các nguồn lực nhận thức của mình. Nhưng “nghiên cứu của tôi cho thấy điều đó không đúng”, ông nói. “Thay vào đó, có vẻ như đèn pha đang nhấp nháy”.
Theo phát hiện của ông, trọng tâm của đèn rọi chú ý dường như yếu đi tương đối khoảng bốn lần mỗi giây, có lẽ là để ngăn động vật tập trung quá mức vào một vị trí hoặc kích thích duy nhất trong môi trường của chúng. Sự kìm nén rất ngắn ngủi đối với những gì quan trọng đó mang lại cho các kích thích ngoại vi khác một sự thúc đẩy gián tiếp, tạo cơ hội cho não chuyển sự chú ý của nó sang thứ khác nếu cần thiết. Ông nói: “Não dường như được lập trình để thỉnh thoảng bị mất tập trung”.
Fiebelkorn và các đồng nghiệp của ông, giống như nhóm của Halassa, cũng đang tìm kiếm các vùng dưới vỏ não để giải thích sự kết nối này. Hiện tại, họ đang nghiên cứu vai trò của một phần khác của đồi thị, nhưng họ cũng có kế hoạch tìm hiểu về hạch nền trong tương lai.
Đặt nền tảng nhận thức vào hành động
Những nghiên cứu này đánh dấu một sự thay đổi quan trọng: Các quá trình chú ý từng được hiểu là chỉ thuộc về vỏ não. Nhưng theo Krauzlis, trong năm năm qua, “có một chút rõ ràng hơn rằng có những thứ đang diễn ra bên dưới vỏ não”.
John Maunsell cho biết: “Hầu hết mọi người đều muốn vỏ não thực hiện mọi công việc nặng nhọc thay chúng ta và tôi không nghĩ điều đó là thực tế”.(mở một tab mới), một nhà thần kinh học tại Đại học Chicago.
Halassa chú ý đến một mảng đa điện cực, một thiết bị mà ông và các đồng nghiệp đã sử dụng để kiểm soát hoạt động của não trong quá trình tìm kiếm mạch thần kinh lọc các kích thích gây mất tập trung.
Trên thực tế, khám phá của Halassa về vai trò của hạch nền trong sự chú ý đặc biệt hấp dẫn. Một phần là vì đây là một vùng não cổ xưa, một vùng thường không được coi là một phần của sự chú ý có chọn lọc. Krauzlis cho biết: “Cá có đặc điểm này”. “Quay trở lại với những loài động vật có xương sống đầu tiên, như cá mút đá, không có hàm” — hay vỏ não mới, về vấn đề đó — “về cơ bản, chúng có một dạng hạch nền đơn giản và một số mạch tương tự như vậy”. Mạch thần kinh của cá có thể gợi ý về cách sự chú ý tiến hóa.
Halassa đặc biệt quan tâm đến việc mối liên hệ giữa sự chú ý và hạch nền có thể tiết lộ những tình trạng như rối loạn tăng động giảm chú ý và chứng tự kỷ, thường biểu hiện dưới dạng quá mẫn cảm với một số loại đầu vào nhất định.
Nhưng có lẽ điểm thú vị sâu sắc nhất về sự tham gia của hạch nền là cấu trúc này thường liên quan đến khả năng kiểm soát vận động, mặc dù nghiên cứu ngày càng chỉ ra rằng nó cũng liên quan đến việc học dựa trên phần thưởng, ra quyết định và các loại hành vi dựa trên động lực khác.
“Trải nghiệm có ý thức phải gắn chặt với hành động.”
Helene Slagter, Đại học VU Amsterdam
Với công trình đang được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Halassa, vai trò của hạch nền hiện đã được mở rộng để bao gồm cả kiểm soát cảm giác. Điều này làm nổi bật thực tế rằng “sự chú ý thực sự là về việc sắp xếp theo thứ tự từ cái này đến cái kia theo đúng thứ tự và đảm bảo rằng bạn không bị phân tâm bởi những thứ mà bạn không nên bị phân tâm”, Maunsell cho biết. “Quan niệm rằng các cấu trúc vận động có liên quan đến điều này … là phù hợp, theo một cách nào đó — rằng chúng phải nằm ngay tại trung tâm của quá trình quyết định bạn sẽ chú ý đến điều gì tiếp theo, bạn sẽ tập trung các nguồn lực cảm giác của mình vào điều gì tiếp theo”.
Điều đó phù hợp với quan điểm đang phát triển về sự chú ý — và nhận thức nói chung — như những quá trình dựa trên cái được gọi là suy luận chủ động. Bộ não không thụ động lấy mẫu thông tin từ môi trường rồi phản ứng với các kích thích bên ngoài được quan sát. Điều ngược lại cũng xảy ra, với các chuyển động cơ thể nhỏ như cái chớp mắt cũng hướng dẫn nhận thức. Fiebelkorn cho biết các hệ thống cảm giác và vận động “không hoạt động độc lập, và chúng tiến hóa cùng nhau”. Và do đó, các vùng vận động không chỉ giúp định hình đầu ra (hành vi của động vật); chúng còn giúp định hình đầu vào. Những phát hiện của Halassa cung cấp thêm sự hỗ trợ cho vai trò chủ động hơn đó.
Heleen Slagter đã nói rằng: “Nhận thức phục vụ cho hành động, bởi vì chúng ta phải đại diện cho thế giới để hành động trong đó”.(mở một tab mới), một nhà khoa học nhận thức tại Đại học VU Amsterdam. “Cách chúng ta học cách nhận thức thế giới xung quanh phần lớn là thông qua hành động.” Mức độ kết nối cao với vỏ não cho thấy rằng, thậm chí vượt ra ngoài sự chú ý, “những cấu trúc dưới vỏ não này đóng vai trò quan trọng hơn nhiều trong nhận thức bậc cao hơn so với những gì tôi nghĩ thường được xem xét.”
Và điều đó, đến lượt nó, có thể cung cấp những gợi ý về cách suy nghĩ về ý thức, chủ đề khó nắm bắt nhất của khoa học thần kinh. Như nghiên cứu của Halassa và các nghiên cứu khác đã chứng minh, “khi chúng ta xem xét các mối tương quan thần kinh của sự chú ý, thực ra chúng ta đang xem xét ở một mức độ nào đó các mối tương quan thần kinh của nhận thức”, Maunsell nói. “Đó là một phần của bức tranh lớn hơn, về mặt cố gắng hiểu cách não bộ hoạt động”.
Slagter hiện đang nghiên cứu vai trò mà hạch nền có thể đóng trong ý thức. “Chúng ta trải nghiệm thế giới không chỉ bằng cơ thể của mình, mà còn vì cơ thể của chúng ta. Và não bộ đại diện cho thế giới để hành động có ý nghĩa trong đó”, bà nói. “Do đó, tôi nghĩ rằng trải nghiệm có ý thức phải gắn chặt với hành động”, giống như sự chú ý. “Ý thức phải hướng đến hành động”.
Đã thêm bản sửa lỗi vào ngày 23 tháng 9: Đã thêm thông tin về mối quan hệ của Michael Halassa với Viện nghiên cứu não bộ McGovern.
Bài viết này đã được đăng lại trên TheAtlantic.com(mở một tab mới).
