Gero Miesenboeck tái cấu trúc não bộ.

Tôi có một bản sao ma quái của chính mình! (Cười) Tiến sĩ Gero là một nhà khoa học xuất chúng nhưng hơi hơi điên trong viên ngọc rồng Z thuộc "Tiểu thuyết Saga của người máy giả nhân". Nếu bạn quan sát kĩ càng, bạn sẽ thấy hộp sọ của ông ta đã bị thay thế với một cái vòm Plexiglas trong suốt nhờ vậy mọi hoạt động của não có thể được quan sát và điều khiển với án sáng. Đó chính xác là điều mà tôi làm - kiểm soát suy nghĩ bằng quang học.

(cười)

Nhưng trái hẳn với kẻ sinh đôi quỷ quái của tôi, cái kẻ luôn mơ mộng thống trị thế giới, mục tiêu của tôi hoàn toàn trong sáng chứ không tàn bạo hay ác ôn. Tôi kiểm soát não bộ để hiểu cách thức vận hành của nó. Hãy đợi một chút nhá, có thể bạn sẽ nói làm sao mà anh chàng này kiểm soát được não khi vẫn chưa hiểu nó? Chẳng khác nào dùng xe thồ để kéo ngựa thay vì dùng ngựa kéo xe thồi? Rất nhiều nhà thần kinh học đồng ý với quan điểm này họ nghĩ rằng sự hiểu biết sẽ đến từ các quan sát chi tiết và phân tích tỉ mỉ. Họ nói, "Nếu như chúng ta có thể ghi nhận lại hoạt động của từng tế bào thần kinh, chúng ta sẽ hiểu rõ bộ não." Nhưng hãy nghĩ một chút về ý nghĩa của điều này. Cho dù ta có đo đạc được công việc của từng tế bào tại tất cả thời điểm chúng ta còn phải giải mã xem các chuỗi hoạt động đó có ý nghĩa gì, điều đó là rất khó, khả năng là chúng ta sẽ hiểu những chuỗi hoạt động này, cũng ít như bộ não đã sản sinh ra chúng.

Hãy thử xem coi hoạt động của não bộ trông như thế nào nhé. Trong lần kích thích này, mỗi điểm đen là một neuron - tế bào thần kinh. Chung ta chỉ nhìn thấy các điểm này khi nào tế bào có lực điện trường đi qua. Có khoảng 10 ngàn neuron ở đây. Vậy là, bạn chỉ mới quan sát được khoảng 1% bộ não của một con gián thôi đó! Não của chính bạn thì phức tạp gấp 100 triệu lần vâng, 100 triệu lần cỗ máy đơn giản này. Ở đâu đó, những chuỗi tín hiệu này là chính bạn, là quan niệm và nhận thức của bạn, là cảm xúc, là trí nhớ, là kế hoạch của bạn trong tương lai Nhưng chúng ta không biết ở đâu vì chúng ta không biết cách đọc những chuỗi tín hiệu này. Chúng ta không hiểu thứ ngôn ngữ được não sử dụng. Đẻ có thể đi xa hơn, chúng ta phải tìm cách phá vỡ các mật mã này. Nhưng bằng cách nào đây? Một nhà phá mật mã có kinh nghiệm sẽ nói với bạn rằng để tìm hiểu xem kí hiệu trên một mật mã có ý nghĩa gì, điều cần thiết là phải có khả năng chơi với chúng, sắp xếp chúng theo cách bạn mong muốn. Và trong tình huống này cũng vậy, để giải mã các thông tin bên trong những chuỗi tính hiệu này, chỉ quan sát thôi thì không đủ. Chúng ta cần phải sắp xếp lại chúng. Nói cách khác, thay vì ghi nhận hoạt động của neuron, chúng ta phải điều khiến nó. Chúng ta không cần thiết phải kiếm soát toàn bộ các neuron bên trong não, chỉ cần một vài neuron là đủ. Sự can thiệp của chúng ta càng đưỡ xác định rõ ràng càng tốt. Tôi sẽ cho bạn thấy trong một khoảng khắc làm cách nào chúng ta đạt được độ chính xác cần thiết.

Và tôi khá là thực tế chứ không hão huyền. Tôi không dám chắc rằng khả năng kiểm soát chức năng của hệ thần kinh có thể ngay lập tức giúp chúng ta khám phá mọi bí ẩn của nó. Nhưng chắc chắn chúng ta sẽ biết được rất nhiều từ đó. Và tôi bây giờ không có cách nào là người đầu tiên nhận ra sức mạnh to lớn của các công cụ can thiệp này. Lịch sử của những lần cố gắng để kết nối chức năng của hệ thần kinh là một lịch sử dài và vinh quang. Ít nhất nó đã kéo dài hơn 200 năm rồi, nó bắt đầu từ thời các thí nghiệm nổi tiếng của Galvani hồi cuối thế kỉ 18, và thậm chí là xa hơn nữa kia. Galvani chứng minh rằng chân của mấy chú ếch bị co giật khi ông nối những dây thần kinh thắt lưng với một luồng điện. Thí nghiệm này đã làm sáng tỏ một điều đầu tiên, và có lẽ là quan trọng nhất, nó là quặng vàng trong mật mã thần kinh: thông tin này đã được viết lại trong hình hài của các luồng xung điện. Phương thức tiếp cận của Galvani - thử nghiệm hệ thần kinh với các cực điện vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho tới tận ngày nay mặc dù còn khá nhiều nhược điểm. Dĩ nhiên là việc gắn dây điện vô não khá tàn bạo. Rất khó để thực hiện đối với những con vật di chuyển nhiều, và có sự hạn chế nhất định về mặt cơ học đối với số lượng dây điện có thể được gắn cùng lúc.

Vì vậy, khoảng cuối thế kỉ vừa rồi, tôi bắt đầu nghĩ, chẳng phải là rất tuyệt sao, nếu như một người có thể nắm vững logic này và lật ngược lại nó. Thay vì gắn một sợi dây điện vào một điểm của bộ não, tôi tái thiết lại bộ não để một vài nhân tố thần kinh trong đó có khả năng đáp ứng với nhiều tín hiệu thông tin khác nhau ví dụ như là một chùm ánh sáng chẳng hạn. Phương pháp tiếp cận này sẽ, về mặt lý thuyết, vượt qua được rất nhiều trở ngại để chúng ta khám phá bí ẩn của não bộ chỉ trong vòng một ánh chớp. Trước hết, phương pháp này không gây đau đớn, đó là một dạng trao đổi tín hiệu không cần tới dây. Thứ hai, cũng như khi dùng sóng radio, bạn có thể giao tiếp với nhiều người nghe cùng một lúc. Bạn không cần biết những người nghe này đang nằm ở đâu và việc họ có di chuyển tới đâu đi chăng nữa cũng không thành vấn đề cũng giống như âm thanh nổi trong chiếc xe hơi của bạn vậy đó. Nó thậm chí còn tốt hơn nữa kìa, vì hóa ra là chúng ta có thể xây dựng nên những "người nghe" này từ những vật liệu được mã hóa trong DNA. Như vậy, mỗi tế bào thần kinh với bộ mã di truyền được chỉnh sửa đúng cách có thể cùng lúc tạo ra một "người nghe" cho phép chúng ta điều khiển chức năng của chúng. Hi vọng các bạn có thể cảm nhận được sự đơn giản đẹp đẽ trong khái niệm này. Không có bất kì công nghệ hi-tech nào ở đây cả, chỉ có bản chất sinh học được khám phá bằng chính sinh học.

Nào bây giờ hãy cùng quan sát kĩ hơn những "người nghe" kì diệu này nhé. Khi chúng ta nhìn kĩ từng cụm tế bào thần kinh màu tím này, chúng ta sẽ thấy lớp màng ngoài của chúng được khảm đầy những lỗ li ti rất nhỏ. Những lỗ này sẽ tạo nên các dòng điện và chính những xung điện này tạo nên sự giao tiếp trong hệ thần kinh. Nhưng các cánh cổng này rất đặc biệt. Chúng được kết nối với những điểm tiếp nhận ánh sáng gần giống với các thụ thể trong mắt của bạn. Bất kì khi nào có một luồng ánh sáng chạm vô những thụ thể này, các lỗ sẽ được mở ra và luồng điện được bật, và các tế bào thần kinh chuyển đi các xung điện. Bởi vì những cánh cổng nhạy sáng này được mã hóa trong DNA, chúng ta có thể đạt được một mức độ chính xác tới khó tin. Đó là bởi vì, dù mỗi tế bào trong cơ thể chúng ta chứa cùng một tập hợp gen, nhưng trong mỗi tế bào, những nhóm gen khác nhau sẽ được đóng mở theo một cách riêng. Bạn có thể lợi dụng điều này để đảm bảo rằng chỉ có một số tế bào thần kinh nhất định chứa những cánh cổng nhạy sáng, còn các tế bào khác thì không. Và như vậy, trong bức tranh này, chúng ta sẽ làm cho các tế bào trắng xanh trong góc trên bên trái làm cho chúng không đáp ứng với ánh sáng, vì thiếu những cánh cổng nhạy sáng. Cách thức tiếp cận này hoạt động hiệu quả tới mức chúng ta có thể viết những thông tin hoàn toàn nhân tạo trực tiếp trên bộ não. Trong ví dụ này, mỗi luồng xung điện, mỗi sự chệch hướng trên đường đi được gây ra bởi một luồng sáng ngắn. Và phương pháp này cũng có thể được sử dụng đối với các động vật đang di chuyển và hoạt động.

Đây có lẽ là một thí nghiệm đầu tiên, có tương quan với thí nghiệm về điện của Galvani. Nó được thực hiện khoảng sáu hay bảy năm trước bởi một nghiên cứu sinh của tôi, Susana Lima. Susana đã kiến tạo lại chú ruồi giấm bên tay trái để cho chỉ có hai trong hơn 200 000 tế bào não của nó có chứa các cánh cổng nhạy sáng. Bạn có thể quen với các tế bào này đó, vì chính chúng khiến bạn khó chịu khi bạn đuổi ruồi đi. Chúng khiến cho những con ruồi có khả năng phản xạ chạy thoát, nhảy vào không trung và bay đi xa khi bạn có động thái di chuyển tay của mình. Và bạn có thể thấy ở đây, những chùm sáng cũng gây ra tác động tương tự. Con vật này nhảy, mở cánh rộng ra, và đập cánh nhưng không thể bay lên được bởi vì chúng bị kẹp giữa hai tấm kính Bây giờ khi đã chắc chắn rằng không có phản ứng nào của con ruồi đối với chùm sáng mà nó thấy được, Susana thực hiện một thí nghiệm đơn giản nhưng cực kì hiệu quả. Cô ấy cắt bỏ đầu của những con ruồi. Cơ thể không có đầu kia có thể sống được trong một ngày, nhưng chúng không thể hoạt động được nhiều. Chúng chỉ có thể đứng ở đó và khua khua, chải chải liên tục. Có lẽ tính cách duy nhất còn lại sau khi bị cắt bỏ đi bộ não chính là sự phù phiếm, tự cao tự đại. (Cười) Dù sao đi nữa, bạn sẽ thấy rằng trong một khoảnh khắc đó, Susana đã có thể làm cho cỗ máy bay lượn này hoạt động và một thứ gì đó tương đương với xương sống của những con ruồi này khiến cho thân thể không có đầu này cất cánh và bay đi xa. Thực ra thì cũng không xa lắm đâu, dĩ nhiên rồi. Kể từ khi chúng tôi có tiến đi những bước đầu tiên, lĩnh vực quang di truyền học đã thực sự bùng nổ. Và tới nay thì có hàng trăm phòng thí nghiệm đang sử dụng cách thức này.

Và chúng ta đã đi một quãng đường rất xa kể từ những thành công đầu tiên của Galvani và Susana trong việc bắt các con vật nhảy hay co giựt. Bây giờ, chúng ta thậm chí có thể tác động lên tâm lý của chúng bằng những cách rất uyên thâm giống như cách mà tôi sẽ nói cho các bạn nghe trong ví dụ cuối cùng đây, nó nhắm tới một câu hỏi rất quen thuộc. Cuộc sống là một chuỗi những lựa chọn tạo ra một áp lực bất biến bắt chúng ta quyết định hành động nào phải xảy ra tiếp theo. Và chúng ta đối mặt với áp lực này bằng bộ não của chúng ta và trong cỗ máy này, có một trung tâm ra quyết định tôi tạm gọi nó là Actor. Actor sẽ cung cấp các chính sách dựa trên trạng thái môi trường và hoàn cảnh mà chúng ta vận hành. Hành động của chúng ta thay đổi môi trường, thay đổi hoàn cảnh và sự thay đổi này được phản hồi lại với vòng xoáy quyết định..

Nào, hãy thử mang lại chút hình hài sinh động, cho mô hình trừu tượng này nhé., chúng tôi tạo nên thế giới một chiều đơn giản để cho đối tượng của chúng ta - những chú ruồi dấm. Mỗi căn phòng trong gian nhà dựng đứng này sẽ chỉ chứa một con ruồi. Mảng bên trái và bên phải của phòng được tô hai màu khac nhau và có máy quay phim theo dõi. Máy giúp quan sát các con ruồi tăng và giảm vận tốc giữa hai bức tường. Ở đây có một vài thang đo chiều dài CCTV. Bất kì lúc nào con ruồi bay đến giữa căn phòng nơi mà hai dòng mùi hương chạm nhau. nó phải đưa ra một quyết định Nó phải quyết định quay ngược lại và ở trong vùng có vùi hương cũ hay là vượt qua đường trung gian đó và thử một vài điều mới. Những quyết định này chắc chắn là phản xạ từ các chính sách mà Actor đưa ra. Đối với những dạn trí thông minh như con ruồi của chúng ta, các chính sách này không được viết trên đá, không bất biến mà thường thay đổi khi con vật học được một kinh nghiệm mới. Chúng ta có thể kết hợp yếu tố đó của những trí thông minh có khả năng thích nghi đó, vào với mô hình của chúng ta bằng cách giả định rằng bộ não của chú ruồi bay không chỉ có trung khu Actor mà còn có những nhóm tế bào khác nữa, đó là Critic, trung khu này đưa ra những lời nhận định đối với các lựa chọn của Actor. Bạn có thể hình dung giọng nói này giống như là một phần cân bằng trong não bộ tương tự như nhà thờ Công giáo nếu như bạn là người Áo giống tôi, hoặc là một thứ siêu ngã, nếu như bạn theo trường phái của Freud, hoặc đó chính là mẹ của bạn, nếu như bạn là người Do Thái,

(cười)

Bây giờ rõ ràng là Critic - sự phàn nàn chính là một nhân tố quan trọng trong trí thông minh của chúng ta Vì vậy chúng tôi quyết định tìm hiểu các tế bào trong bộ não của ruồi đóng vai trò của Critic. Và lý luận của chúng tôi rất đơn giản. Chúng tôi nghĩ rằng, nếu có thể dùng cách điều khiển từ xa của quang học để hoạt hóa những tế bào Critic, chúng tôi có thể, theo một cách nhân tạo, rầy rà Actor khiến nó thay đối chính sách. Nói cách khác, những con ruồi này phải học từ các sai phạm mà nó nghĩa là nó đã trải qua, nhưng trên thực tế thì nó không hề sai phạm. Do vậy, chúng tôi cho lai các con ruồi giấm với bộ não có phần nào đó nghiêm khắc với những tế bào có khả năng nhận sáng. Sau đó chúng tôi lấy những con ruồi này ra và để cho chúng tiến hành lựa chọn. Bất kì khi nào chúng đưa ra một trong hai quyết định. lựa chọn một cách cửa, ví dụ như chọn cánh cửa xanh thay vì cách cửa cam, chúng tôi sẽ bật sáng lên. Nếu như Critic là một trong số những tế bào được kích quang, thì sự can thiệp của chúng tôi sẽ đưa đến két quả là một thay đổi về chính sách. Và các con ruồi có thể học được cách tránh xa những mùi được quang học làm mạnh lên.

Sẽ có hai trường hợp khác nhau như thế này. Chúng tôi so sánh hai dòng ruồi dấm, mỗi nhóm trong chúng có khoảng 100 tế bào nhạy quang trong não được thể hiện bằng màu xanh lá cây ở bên trái và bên phải. Điểm chung giữa các nhóm tế bào này là chúng sản sinh ra chất dẫn truyền thần kinh dopamine. Nhưng đặc điểm nhận dạng của những tế bào thần kinh tạo ra dopamine có sự khác biệt rất lớn ở hai nhóm bên phải và bên trái. Nếu dùng quang học kích thích những tế bào này trong hai nhóm ruồi giấm, chúng ta sẽ thu được kết quả khác xa nhau. Nếu bạn nhìn nhận trước tiên ở hành vi của những con ruồi ở bên phải, bạn có thể thấy rằng mỗi lần chúng đi tới giữa chừng của căn phòng nơi hai mùi hương gặp nhau, nó sẽ đi thẳng tiếp giống như nó từng làm. Hành vi của nó hoàn toàn không thay đổi. Nhưng nhóm ruồi bên trái thì khác hẳn, Mỗi khi nó tới điểm giữa này, nó dừng lại, cẩn thận rà soát mùi hương ở vùng giao điểm, giống như là chúng đang khụt khịt hửi môi trường xung quanh, và rồi chúng quay đầu lại. Điều này có nghĩa là những chính sách mà Actor đưa ra bây giờ bao hàm một chỉ dẫn rằng phải tránh xa mùi hương ở bên phải của căn phòng. Chắc chắn là Critic đã lên tiếng bên trong con vật, và Critic nhất định được cấu thành ở giữa những tế bào tạo dopamine ở bên trái, nhưng không có trong tế bào tạo dopamine ở bên phải.

Thông qua những ví dụ như thế này, chúng tôi có thể giảm dần phạm vi tìm kiếm, cho tới mức giới hạn Critic chỉ trong một nhóm 12 tế bào. Nhóm tế bào này, được minh họa bằng màu xanh lá cây ở đây, chúng sẽ gửi thông điệp tới một bộ phận của não có tên gọi thể nấm, được minh họa bằng màu xám. Chúng tôi biết rằng bằng những mô hình này chúng tôi có thể biết được cấu trúc não ở đầu bên kia nhận lệnh của Critic chính là Actor. Cấu trúc này cho thấy những thể nấm này có liên quan gì đó tới sự hành động, tới các lựa chọn. Với tất cả những hiểu biết của chúng ta về thể nấm, điều này có một ý nghĩa hoàn hảo. Thưc tế, nó có quá nhiều ý nghĩa trong việc chúng ta có thể thiết kế nên một dòng điện đồ chơi có khả năng nhái lại hành vi của con ruồi. Trong dòng điện mô hình này, những tế bào thần kinh trong thể nấm được tượng trưng bằng các đèn LED nằm dọc màu xanh ở chính giữa bảng. Các đèn LED này được nối dây với cảm biến có khả năng nhận biết sự hiện diện của các phân tử mùi trong không khí. Mỗi mùi sẽ kích hoạt một nhóm cảm biến khác nhau, và từ đó hoạt hóa một nhân tố dò mùi ở bên trong thể nấm. Như vậy, phi tiêu trong buồng lái của những chú ruồi này, Actor, có thể biết mùi nào đang hiện diện chỉ bằng cách nhìn xem chiếc đèn LED xanh nào đang được thắp sáng.

Còn việc Actor làm gì với thông tin này thì còn phụ thuộc vào chính sách của nó, và các quy định này được lưu trữ trong độ mạnh của những liên kết, giữa những chiếc máy dò mùi và những động cơ khởi động các hoạt động chạy trốn của con ruồi. Nếu liên kết này quá yếu, động cơ này không khởi động được và con ruồi sẽ tiếp tục đi thẳng. Còn nếu liên kết đủ mạnh, động cơ sẽ được bật lên và chú ruồi sẽ bắt đầu đổi hướng. Hãy xem xét một tình huống mà trong đó động cơ này không được bật lên chú ruồi cứ tiếp tục đi theo con đường đó và nó gánh chịu một hậu quả đau đớn chẳng hạn như bị hạ gục chẳng hạn. Và khi đó, chúng ta có thể trông đợi Critic lên tiếng nói với Actor để thay đổi chính sách của nó. Và chúng tôi đã tạo ra tình huống đó một cách nhân tạo bằng cách khởi động Critic thông qua một chùng tia sáng. Và nó tạo nên một sự gắn kết chặt chẽ hơn giữa các máy dò mùi đang hoạt động với động cơ của chú ruồi. Thế là trong lần tiếp theo, nếu như những chú ruồi này cảm thấy mình đang chạm trán với mùi hương cũ, kết nối này đã đủ mạnh để khởi động mô tơ và tạo ra phản ứng chạy trốn.

Tôi không biết bạn nghĩ sao, nhưng tôi cảm thấy rất phấn khích khi hiểu sự mù mờ trong các nhắc nhở về mặt tâm lý bằng cách nào mà chúng có thể làm biến mất hay dẫn tới những sự thay đổi, những hiểu biết cơ học trong bộ não, ngay cả khi đó chỉ là não của một con ruồi. Đây là một thông tin rất quan trọng và đầy hứa hẹn. Một thông tin vui khác nữa ít nhất là cho các nhà khoa học, đó là còn rất nhiều điều để chúng ta khám phá. Trong các thí nghiệm tôi kể với bạn, chúng tôi đã phần nào nhận biết được Critic, nhưng vẫn chưa hiểu nhóm tế bào này thực hiện chức năng của chúng ra sao. Và chúng tôi bắt đầu liên hệ với chuyện khi bạn làm sai điều gì đó mẹ bạn, thầy cô của bạn không ở đó để nhắc nhở bạn nữa, thật là khó khăn làm sao. Có một vài ý tưởng trong ngành khoa học máy tính và trí thông mình nhân tạo để giúp ta hiểu được cơ chế của những việc này nhưng chúng ta vẫn còn một ví dụ chưa giải quyết được đó là bằng cách nào những hành vi thông minh được nảy sinh từ các tương tác cơ học bên trong vật chất sống. Tôi nghĩ chúng ta sẽ sớm đi tới đó thôi, trong một tương lai gần.

Cảm ơn các bạn!

(Vỗ tay).