Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 19)

GHI/THÂU LẠI MỘT BỘ NHỚ

Đáng buồn thay, HM qua đời vào năm 2008 ở tuổi tám mươi hai, trước khi ông có thể tận dụng lợi thế của một số kết quả rất xúc động đạt được bởi khoa học: khả năng tạo ra một hippocampus nhân tạo và sau đó chèn ký ức vào bộ não. Đây là một cái gì đó hướng ngay đến khoa học viễn tưởng, nhưng các nhà khoa học tại Đại học Wake Forest và Đại học Nam California đã tạo nên lịch sử vào năm 2011 khi họ có thể ghi lại một bộ nhớ của chuột và lưu trữ kỹ thuật số trong máy tính. Đây là một thử nghiệm chứng-minh-nguyên-tắc (a proof-of-principle experiment), trong đó họ cho thấy rằng giấc mơ về việc tải những kỷ niệm vào trong não có thể một ngày kia trở thành hiện thực.

Đầu tiên, ý tưởng tải những ký ức vào não dường như là một giấc mơ không thể, bởi vì, như chúng ta đã thấy, ký ức được tạo ra bằng cách xử lý nhiều trải nghiệm giác quan, sau đó được lưu trữ ở nhiều nơi trong neocortex và hệ thống limbic. Nhưng như chúng ta biết làm thế nào từ HM, có một nơi thông qua đó tất cả những kỷ niệm chảy qua và được chuyển đổi thành những kỷ niệm dài hạn: vùng hippocampus. Trưởng nhóm Tiến sĩ Theodore Berger của USC nói, "Nếu bạn không thể làm điều đó với hippocampus, bạn không thể làm điều đó ở bất cứ đâu."

Các nhà khoa học tại Wake Forest và USC đầu tiên bắt đầu với sự quan sát, thu được từ việc quét não, rằng có ít nhất hai bộ nơron trong vùng hippocampus của chuột, được gọi là CA1 và CA3, giao tiếp với nhau khi (có) một nhiệm vụ mới. Sau khi chuột huấn luyện để nhấn hai thanh, cái này rồi đến cái kia, hòng lấy nước, các nhà khoa học xem xét lại những phát hiện và cố gắng giải mã những thông điệp này, điều này tỏ ra phiền phức lúc đầu vì tín hiệu giữa hai bộ nơron này không xuất hiện theo một mẫu. Nhưng bằng cách theo dõi tín hiệu hàng triệu lần, cuối cùng họ có thể xác định [đầu vào điện tính] được tạo ứng với [đầu ra]. Với việc sử dụng dò tìm trong vùng hippocampi của chuột, các nhà khoa học đã có thể ghi lại các tín hiệu giữa CA1 và CA3 khi những con chuột học cách nhấn hai thanh theo trình tự.

Sau đó, các nhà khoa học tiêm vào những con chuột một hóa chất đặc biệt, khiến chúng quên đi nhiệm vụ. Cuối cùng họ đã phát lại bộ nhớ trong não của con chuột. Đáng chú ý, bộ nhớ của nhiệm vụ được trả về, và những con chuột có thể tái tạo thành công nhiệm vụ ban đầu. Về cơ bản, họ đã tạo ra một hippocampus nhân tạo với khả năng sao chép bộ nhớ kỹ thuật số. "Bật công tắc, con vật có ký ức, tắt nó đi và chúng không có," Tiến sĩ Berger nói. "Đây là một bước rất quan trọng vì đây là lần đầu tiên chúng tôi ghép tất cả các mảnh lại với nhau."

Như Joel Davis trưởng văn phòng của bộ phận điều hành hải quân (the Office of the Chief of Naval Operations), đơn vị đã tài trợ cho công trình này, cho biết, "Sử dụng cấy ghép để tăng cường năng lực giờ đây đã có thể thực hiện. Nó chỉ là vấn đề thời gian."

Không ngạc nhiên, với quá nhiều hỗ trợ, khu vực nghiên cứu này đang phát triển rất nhanh. Trong năm 2013, một bước đột phá khác đã được thực hiện, lần này tại MIT, bởi các nhà khoa học, những người đã có thể cấy ghép không chỉ những ký ức bình thường vào một con chuột, mà còn là những cái giả nữa. Điều này có nghĩa là, một ngày nào đó, ký ức về các sự kiện chưa bao giờ xảy ra có thể được cấy vào não, điều này sẽ có một hàm ý sâu sắc về các lĩnh vực như giáo dục và giải trí.

Các nhà khoa học MIT đã sử dụng một kỹ thuật gọi là quang-gen học – optogenetics (mà chúng ta sẽ thảo luận nhiều hơn trong Chương 8), cho phép bạn chiếu sáng một loại tế bào thần kinh cụ thể để kích hoạt chúng. Sử dụng phương pháp mạnh mẽ này, các nhà khoa học có thể xác định các tế bào thần kinh cụ thể chịu trách nhiệm cho những kỷ niệm cụ thể.

Giả sử một con chuột vào một phòng và bị đưa cho một cú sốc. Các nơron chịu trách nhiệm về trí nhớ của sự kiện đau đớn đó thực sự có thể được phân lập và ghi lại bằng cách phân tích vùng hippocampus. Sau đó, con chuột được đặt trong một căn phòng hoàn toàn khác hoàn toàn vô hại. Bằng cách bật đèn trên sợi quang, người ta có thể sử dụng kxi thuật quang-gen để kích hoạt bộ nhớ của cú sốc, và chuột thể hiện một phản ứng sợ hãi, mặc dù căn phòng thứ hai hoàn toàn an toàn.

Bằng cách này, các nhà khoa học MIT đã không chỉ có thể cấy ghép những ký ức thông thường, mà còn có thể những kí ức của những sự kiện chưa bao giờ xảy ra. Một ngày kia, kỹ thuật này có thể cung cấp cho các nhà giáo dục khả năng cấy ghép những kí ức về kỹ năng mới để đào tạo lại công nhân, hoặc đem đến cho Hollywood một hình thức giải trí hoàn toàn mới.

MỘT HIPPOCAMPUS NHÂN TẠO

Hiện nay, hippocampus nhân tạo là ban sơ, chỉ có thể ghi lại một bộ kí ức duy nhất vào thời điểm đó. Nhưng những nhà khoa học này có kế hoạch tăng độ phức tạp của vùng đồi hải mã nhân tạo của họ để nó có thể lưu trữ nhiều kỷ niệm và ghi lại chúng cho các loài động vật khác nhau, cuối cùng làm việc với khỉ. Họ cũng có kế hoạch để làm cho công nghệ này thành không dây bằng cách thay thế các dây truyền với những radio nhỏ để những ký ức có thể được tải về từ xa mà không cần các điện cực luộm thuộm cấy vào não.

Vì hippocampus có liên quan đến việc xử lý bộ nhớ ở người, các nhà khoa học nhìn thấy một ứng dụng tiềm năng lớn trong việc điều trị đột quỵ, mất trí nhớ, Alzheimer và một loạt các vấn đề khác xảy ra khi có tổn thương hoặc suy thoái trong vùng não này.

Nhiều rào cản phải được thỏa hiệp, tất nhiên. Mặc dù tất cả những gì chúng ta đã học về hippocampus kể từ HM, nó vẫn là thứ gì đó của một chiếc hộp đen có hoạt động bên trong hầu như không được biết đến. Kết quả là, không thể xây dựng bộ nhớ từ thương tổn, nhưng một khi tác vụ đã được thực hiện và trí nhớ được xử lý, thì là có thể ghi lại và phát lại bộ nhớ.

CÁC HƯỚNG CHO TƯƠNG LAI

Làm việc với hippocampus của động vật linh trưởng và thậm chí con người sẽ khó khăn hơn, vì hippocampi của chúng lớn hơn và phức tạp hơn nhiều. Bước đầu tiên là tạo ra một bản đồ thần kinh chi tiết của vùng hippocampus. Điều này có nghĩa là đặt các điện cực ở các phần khác nhau của vùng hải mã để ghi lại các tín hiệu liên tục được trao đổi giữa các vùng. Việc làm này sẽ thiết lập dòng chảy thông tin liên tục di chuyển trên vùng đồi thị. Vùng hippocampus có bốn bộ phận cơ bản, CA1 đến CA4, và do đó các nhà khoa học sẽ ghi lại các tín hiệu được trao đổi giữa chúng.

Bước thứ hai liên quan đến chủ thể thực hiện các nhiệm vụ nhất định, sau đó các nhà khoa học sẽ ghi lại các xung chạy qua các vùng khác nhau của hippcampus, theo đó ghi lại bộ nhớ. Ví dụ, bộ nhớ của việc học một nhiệm vụ nhất định, chẳng hạn như nhảy chui qua một chiếc vòng, sẽ tạo ra hoạt động điện trong vùng hippocampus có thể được ghi lại và phân tích cẩn thận. Sau đó, một từ điển có thể được tạo ra phù hợp với bộ nhớ với luồng thông tin trên vùng hippocampus.

Cuối cùng, bước thứ ba liên quan đến việc ghi lại bộ nhớ này và cho tín hiệu điện được ghi lại kia vào vùng hippocampus của một chủ thể khác thông qua các điện cực, để xem liệu bộ nhớ đó có thể được tải lên hay không. Trong thời trang này, chủ thể tiếp nhận có thể học cách nhảy chui qua một chiếc vòng mặc dù nó chưa bao giờ làm như vậy trước đây. Nếu thành công, các nhà khoa học sẽ tạo ra một thư viện chứa các bản ghi nhớ của những ký ức nhất định.

Có thể mất nhiều thập kỷ để làm việc ở tất cả các con đường đến ký ức của con người, nhưng người ta có thể hình dung nó có thể hoạt động như thế nào. Trong tương lai, mọi người có thể được thuê để tạo ra những kỷ niệm nhất định, như một kỳ nghỉ sang trọng hoặc một trận chiến hư cấu. Nanoelectrodes sẽ được đặt ở những nơi khác nhau trong não của chúng để ghi lại bộ nhớ. Những điện cực này phải cực kỳ nhỏ để chúng không can thiệp vào sự hình thành của bộ nhớ.

Thông tin từ các điện cực này sau đó sẽ được gửi không dây đến máy tính và liền được ghi lại. Kế đến một chủ thể muốn trải nghiệm những ký ức này sẽ có những điện cực tương tự được đặt trong vùng đồi hải mã của mình, và ký ức kia sẽ được đưa vào não.

(Dĩ nhiên, có những biến chứng cho ý tưởng này. Nếu chúng ta cố gắng để chèn bộ nhớ của hoạt động thể chất, chẳng hạn như một môn võ nghệ, chúng ta có vấn đề về "bộ nhớ cơ bắp." Ví dụ, khi đi bộ, chúng ta không ý thức suy nghĩ về việc đặt chân này trước chân kia và cứ thế. Đi bộ đã trở thành bản chất thứ hai đối với chúng ta bởi vì chúng ta làm điều đó thường xuyên, và làm từ khi còn nhỏ. Điều này có nghĩa là các tín hiệu kiểm soát chân của chúng ta không còn bắt nguồn hoàn toàn trong vùng đồi hải mã, mà còn ở vỏ não vận động (motor cortex), tiểu não (cerebellum) và hạch nền (basal ganglia). Trong tương lai, nếu chúng ta muốn chèn những kỷ niệm liên quan đến thể thao, các nhà khoa học có thể phải giải mã cách thức mà những ký ức được lưu trữ một phần trong các khu vực khác của não bộ.)

SỰ NHÌN VÀ KÝ ỨC CỦA CON NGƯỜI

Sự hình thành các ký ức khá phức tạp nhưng cách tiếp cận mà chúng ta đã thảo luận có một lối tắt bằng cách nghe lén các tín hiệu di chuyển qua vùng hippocampus, nơi các xung cảm giác đã được xử lý. Tuy nhiên, trong The Matrix, một điện cực được đặt ở phía sau đầu để đưa những ký ức trực tiếp vào não. Điều này giả định rằng người ta có thể giải mã các xung thô, chưa qua chế biến đến từ mắt, tai, da, vv, thứ di chuyển lên tủy sống và thân não và vào vùng đồi thalamus. Điều này phức tạp và khó khăn hơn nhiều so với việc phân tích các thông điệp được xử lý lưu hành trong vùng hippocampus.

Để cung cấp cho bạn một cảm giác về khối lượng xác thực của thông tin chưa qua xử lý, thông tin mà sẽ được tiếp nhận rồi đi lên tủy sống vào thalamus, chúng ta hãy xem xét chỉ một khía cạnh xem sao: việc nhìn – vision, vì rất nhiều ký ức của chúng ta được mã hóa theo cách này. Có khoảng 130 triệu tế bào trong võng mạc của mắt, được gọi là tế bào nón (cones) và tế bào que (rods); chúng xử lý và ghi lại 100 triệu bit thông tin từ cảnh quan bất kể là lúc nào.

Lượng dữ liệu khổng lồ này sau đó được thu thập và gửi xuống dây thần kinh thị giác, thứ vận chuyển 9 triệu bit thông tin mỗi giây, và tới vùng thalamus. Từ đó, thông tin đến thùy chẩm (occipital lobe), nằm ở phía sau não. Vỏ não thị giác này, quay trở lại, bắt đầu quá trình gian nan cho việc phân tích núi dữ liệu này. Vỏ não thị giác bao gồm một số mảnh vá ở mặt sau của bộ não, mỗi cái được thiết kế cho một nhiệm vụ cụ thể. Chúng được gắn nhãn từ V1 tới V8.

Đáng chú ý, khu vực được gọi là V1 giống như một màn hình; nó thực sự tạo ra một mô hình trên mặt sau của bộ não của bạn rất giống trong chia sẻ và tạo mẫu cho hình ảnh ban đầu. Hình ảnh này có sự tương đồng nổi bật với bản gốc, ngoại trừ chính trung tâm của mắt bạn, vùng hố fovea nhỏ ở mắt, chiếm giữ một diện tích lớn hơn nhiều trong V1 (vì fovea có sự tập trung lượng tế bào thần kinh cao nhất). Do đó, hình ảnh được truyền trên V1 không phải là bản sao hoàn hảo của cảnh quan mà bị bóp méo, với khu vực trung tâm của hình ảnh chiếm hầu hết không gian.

Bên cạnh V1, các khu vực khác của thùy chẩm có các khía cạnh khác nhau của hình ảnh, bao gồm:

. Tầm nhìn vòm – Stereo vision. Những tế bào thần kinh này so sánh hình ảnh đến từ mỗi mắt. Điều này được thực hiện trong khu vực V2.

. Khoảng cách. Những nơron này tính toán khoảng cách với vật thể, sử dụng bóng và các thông tin khác từ cả hai mắt. Điều này được thực hiện trong khu vực V3.

. Màu sắc được xử lý trong khu vực V4.

. Chuyển động. Các mạch (circuits) khác nhau có thể chọn các loại chuyển động khác nhau, bao gồm chuyển động thẳng, xoắn ốc và mở rộng. Điều này được thực hiện trong khu vực V5.

Hơn 30 mạch thần kinh khác nhau liên quan đến thị giác đã được xác định, nhưng có lẽ còn nhiều hơn nữa.

Từ thùy chẩm, thông tin được gửi đến vỏ não trước trán, nơi cuối cùng bạn "nhìn thấy" hình ảnh và dạng khối bộ nhớ ngắn hạn của bạn. Thông tin này sau đó được gửi đến hippcampus, xử lý nó và lưu trữ nó (ở đó một thời gian) lên đến hai mươi bốn giờ. Ký ức sau đó được cắt nhỏ và tản ra rải rác giữa các vỏ não khác nhau.

Vấn đề ở đây là việc nhìn mà chúng ta nghĩ xảy ra cách dễ dàng, đòi hỏi hàng tỷ nơ-ron đốt cháy theo thứ tự, truyền hàng triệu bit thông tin mỗi giây. Và hãy nhớ rằng chúng ta có tín hiệu từ năm cơ quan cảm giác, cộng thêm những cảm xúc can dự vào cho từng hình ảnh. Tất cả thông tin này được xử lý bởi hippocampus để tạo ra một ký ức đơn giản của một hình ảnh. Hiện tại, không máy móc nào có thể sánh kịp với sự tinh tế của quá trình này, do đó việc phỏng theo nó là một thách thức lớn đối với các nhà khoa học muốn tạo ra một vùng đồi hải mã nhân tạo cho não người.

TƯƠNG LAI CỦA TÂM TRÍ - MICHIO KAKU
BẢN DỊCH CỦA ĐỖ BÁ HUY

<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 62)
17/11/2019
Giả thuyết Tinh vân 1796 Immanuel Kant (1724–1804), Pierre-Simon Laplace (1749–1827) Trong hàng thế kỉ, các nhà khoa học đã giả
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 61)
17/11/2019
Định luật chất khí Charles 1787 Jacques Alexandre César Charles (1746-1823), Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) “Công việc của chúng ta
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 70)
16/11/2019
Lanthanum Lanthanum là nguyên tố đứng đầu dãy lanthanoid thường được neo bên dưới bảng tuần hoàn: một phiên bản dài đầy
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 69)
16/11/2019
Caesium Chỉ an toàn khi ngâm trong dầu, hoặc trong bình khí nitrogen hoặc khí trơ argon, caesium là một kim loại màu vàng nhạt dễ
Châu Âu đề xuất một phòng thí nghiệm sóng hấp dẫn khổng lồ dưới lòng đất
16/11/2019
Các nhà vật lí ở châu Âu vừa công khai các kế hoạch cho một đài quan trắc sóng hấp dẫn khổng lồ dưới lòng đất, nếu
Thí nghiệm tán xạ electron nghiêng về một bán kính proton nhỏ
15/11/2019
Trong gần một thập kỉ, vấn đề kích cỡ của proton, một hạt cấu thành vật chất nhìn thấy trong vũ trụ, vẫn gây tranh cãi
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 94)
14/11/2019
Các thuật toán lượng tử Thuật toán là một thủ tục tuần tự từng bước cho máy vi tính biết cách giải quyết một vấn
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 93)
14/11/2019
Kiểm soát các qubit Việc tách li các qubit của một máy tính lượng tử để tránh mất kết hợp đòi hỏi một số phương tiện

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com