Cờ vua và Khoa học nhận thức

Không chỉ trong cờ vua, chuyên gia trong mọi lĩnh vực đều có cách tổ chức thông tin khác hẳn dân không chuyên - họ sở hữu nhiều kiến thức hơn trong phạm vi lĩnh vực (Chase & Simon, 1973a, 1973b), họ sắp xếp những kiến thức này theo một cách khác (Chi et al., 1981, 1982), và họ giành thời gian nhiều hơn để phân tích vấn đề trước khi đi tìm giải pháp (Lesgold, 1988).

Bài này chủ yếu tổng hợp những nghiên cứu khoa học nhận thức mà có liên quan tới chuyên gia cờ vua - tức Kiện tướng trở lên, kèm theo diễn giải và giả thuyết cá nhân để thử trả lời một số câu hỏi: “Điều gì khiến Kiện tướng cờ vua nhìn bàn cờ khác với người chơi cờ bình thường?”, “Tại sao những Đại kiện tướng có thể nhớ hàng ngàn ván cờ và có khả năng chơi cờ mù?”, “Tại sao chỉ cần liếc qua bàn cờ thì họ có thể thấy ngay nước tốt nhất mà không cần tính toán”, “Tại sao có những người chơi lâu năm, nhớ rất nhiều thế cờ, nhưng không giỏi bằng một số người mới chơi?”, và quan trọng nhất là “Khi ráp vào các mô hình Khoa học nhận thức thì các kỹ năng cờ vua sẽ nằm ở vị trí nào?”

Nhận diện khuôn mặt là chức năng rất riêng biệt của não bộ, có hẳn một vùng não tách biệt gọi là “fusiform face area” (FFA) chuyên để xử lý những thông tin về khuôn mặt; khuôn mặt càng thân thuộc thì FFA càng được kích hoạt mạnh mẽ. Tuy nhiên, FFA không chỉ phản ứng với các khuôn mặt; người ta chụp cộng hưởng từ và thấy được vùng não này cũng sáng lên khi chuyên gia ô-tô nhận diện các dòng xe ô-tô, khi chuyên gia về chim xác định các loài chim (Gauthier et al., 2000), khi bác sĩ X quang kiểm tra các bản quét (Harley et al., 2009), và tất nhiên là khi người chơi cờ xem xét các thế cờ (Boggan et al., 2011). Các nhà khoa học nhận thức cho rằng hẳn phải có sự liên kết giữa FFA với các đối tượng mà cá nhân xem là quen thuộc, trong nhiều trường hợp thì đối tượng quen thuộc chính là chuyên môn của cá nhân; theo đó, một người có chuyên môn càng giỏi trong lĩnh vực gì thì vùng FFA sẽ càng nhạy cảm trong lĩnh vực đó.

Trong thí nghiệm của mình, Boggan phát hiện ra rằng: Vùng FFA được kích hoạt mạnh mẽ hơn khi nghiệm thể là Kiện tướng (so với người mới chơi) và khi thế cờ là hợp lý (so với một thế cờ vô lý). Nếu theo giả thuyết về chuyên môn và sự quen thuộc bên trên, có thể thấy rằng: (1) thế cờ hợp lý hẳn phải quen thuộc hơn thế cờ vô lý và (2) Kiện tướng phải quen thuộc với nhiều thế cờ hơn, cũng như phải quen thuộc ở một mức độ sâu sắc hơn so với những người mới chơi - nên việc FFA được kích hoạt mạnh hơn là hoàn toàn hợp lý. Một cách lãng mạn hơn, có thể hiểu rằng những người chơi cờ lâu năm xem các thế cờ như những “đại diện nhân cách” giống như khuôn mặt - họ xem thế cờ đã gặp như khuôn mặt của một người bạn cũ nên FFA sẽ được kích hoạt mạnh, còn thế cờ chưa gặp giống như một khuôn mặt xa lạ nên FFA sẽ được kích hoạt yếu.

Tuy nhiên, hiểu biết trên vẫn chưa trả lời cho câu hỏi “Điều gì tạo nên một người chơi cờ giỏi?” - không thể trả lời theo kiểu sức mạnh tình bạn: “Vì họ xem những thế cờ như những người bạn thân thiết!” được. Vậy thì, có lẽ quan sát thứ 3 cũng trong thí nghiệm của Boggan sẽ làm sáng tỏ một vài điều. Quan sát thứ 3 đó là: đối với Kiện tướng thì kể cả những thế cờ vô lý cũng làm cho vùng FFA kích hoạt mạnh hơn hẳn so với người mới chơi cờ.

Thoạt đầu, có thể xem đây là một mâu thuẫn: “Không ai lại đi nghiên cứu những thế cờ vô lý làm gì cả. Trên cùng một thế cờ vô lý, thì cả Kiện tướng lẫn người chơi mới đều phải có vùng FFA phản ứng yếu như nhau chứ?”

Để trả lời cho nghịch lý này, ta cần hiểu thêm về cơ chế hoạt động của FFA khi nhận diện khuôn mặt - FFA không chỉ phản ứng với toàn bộ khuôn mặt, nó cũng phản ứng với những đường nét đơn lẻ của khuôn mặt (như một con mắt, một đường cong của mũi, hay một khoé môi) khi không thể quan sát toàn bộ khôn mặt. Boggan đặt giả thuyết rằng: tuy toàn bộ bàn cờ là vô lý và không quen thuộc, nhưng những cụm nhỏ trên bàn cờ có thể lại rất hợp lý và quen thuộc theo một cách nào đó; ví dụ: vị trí tương đối của 3 con Tốt góc trên phải là một thế mà ván cờ nào cũng có - rất quen thuộc, nên FFA có phản ứng.

Ở đây, tác giả dẫn đến một khái niệm quan trọng khác trong tâm lý học nhận thức - các Đơn vị trí nhớ (chunking).

Về định nghĩa, một Đơn vị trí nhớ là một cụm thông tin có ý nghĩa được lưu trữ trong Trí nhớ dài hạn, ví dụ: số điện thoại của An, bài thơ “Tình trai” của Xuân Diệu, thế khai cuộc Najdorf trong cờ vua, v.v.. là các Đơn vị trí nhớ - có thể hiểu chúng giống một tệp nén trong máy tính, bình thường chỉ chiếm 1 đơn vị dung lượng, nhưng khi giải nén ra thì sẽ là cả bài thơ dài hay 11 chữ số liên tiếp nhau.

Các Đơn vị trí nhớ này là thứ giúp Trí nhớ dài hạn hỗ trợ Trí nhớ làm việc trong việc xử lý thông tin ngay tức thời; ví dụ thay vì phải nhớ một dãy ký tự gồm 44 chữ số (44 Đơn vị trí nhớ) thì cá nhân có thể nhóm 44 chữ số này lại thành 4 Đơn vị trí nhớ: Sđt của An - Sđt của Thảo - Sđt của Nam - Sđt của Dũng, và nhớ một cách dễ dàng. Đây cũng là bí quyết của những siêu trí nhớ: họ không cần nhớ một dãy số dài dằng dặc, họ chỉ cần gom chúng lại thành những dãy số quen thuộc đã được lưu trong bộ nhớ dài hạn. Đây cũng là bí quyết cho khả năng chơi cờ mù của các Kiện tướng - họ không cần nhớ từng quân trên bàn cờ và xử lý từng nước đi một, họ nhớ từng cụm trên bàn cờ và xử lý theo các thế. Ví dụ, khi chơi một ván cờ 1.e4 c5 2.Nf3 d6 3.d4 cxd4 4.Nxd4 Nf6 5.Nc3 a6 6.Bg5 e6 7.f4 Be7 8.Qf3 Qc7, thay vì phải giữ trong đầu cả 8 nước đi cho mỗi bên như vậy, nếu đã học khai cuộc này, họ chỉ cần phải giữ trong đầu đúng 1 cái tên “Najdorf, Traditional line” - giải phóng một khối lượng khổng lồ cho Trí nhớ làm việc, khiến việc chơi cờ mù không còn mấy phức tạp.

Simon và Gilmartin (1973) cho rằng Kiện tướng (elo 2,200+) có thể nhớ tới hơn 100,000 Đơn vị trí nhớ trên bàn cờ, cách biệt rất lớn so với những người chơi không danh hiệu. Đây là một yếu tố quan trọng giúp những Kiện tướng chơi cờ giỏi hơn người bình thường, cũng như giúp họ nhớ hàng ngàn ván cờ khác nhau - chỉ cần tách từng phần của trận đấu thành những Đơn vị trí nhớ có sẵn, và nhớ thứ tự của những Đơn vị trí nhớ này. Ví dụ, có thể nhớ 1 ván cờ đơn giản bằng 3 Đơn vị trí nhớ: Najdorf, Traditional line - Đổi quân hết - Tàn cuộc Hậu đấu Hậu.

Tuy nhiên mọi chuyện vẫn còn rất phức tạp, từ việc lưu trữ số lượng lớn Đơn vị trí nhớ, đến khả năng áp dụng chúng một cách linh hoạt trên bàn cờ là một bài toán nan giải. Để làm được điều này cần đến những Kỹ năng cờ vua; nhưng trước đó, hãy cùng tìm hiểu một chút về Hệ hình xử lý thông tin của khoa học nhận thức để có thêm những kiến thức phụ trợ.

Bộ não con người không hành xử như một chiếc máy tính. Hẳn nhiên rồi, đọc thêm:

Tuy nhiên, nếu không giả định như vậy thì ngành khoa học nhận thức đã không thể nào phát triển như ngày nay. Công bằng mà nói thì khoa học máy tính là cha đẻ của khoa học nhận thức hiện đại.

Với giả định não bộ con người hoạt động như một chiếc máy tính, các nhà khoa học nhận thức cho rằng nhiệm vụ của não là xử lý thông tin, theo mô hình:

Thông tin đầu vào là mọi kích thích từ giác quan, sau quá trình xử lý, sẽ trở thành Thông tin đầu ra là những hành vi. Quá trình xử lý này là một công đoạn phức tạp, được giải quyết từng phần theo mô hình Đa bộ lưu trữ:

Trí nhớ giác quan là một bộ nhớ vô thức và vô hạn, cơ bản thì nó lưu trữ mọi thông tin mà giác quan nắm bắt được, nhưng chỉ chú ý có chọn lọc một vài thông tin có ý nghĩa để chuyển sang bước tiếp theo, những thông tin không được chú ý sẽ biến mất trong một vài giây. Bước tiếp theo là Trí nhớ ngắn hạn, đây là một bộ nhớ rất hạn chế (giữ được từ 5 - 9 đơn vị trí nhớ) và tồn tại trong vòng khoảng 15-20 giây, nơi mọi thông tin sẽ được xử lý và tạo ra Thông tin đầu ra. Cuối cùng, Trí nhớ dài hạn là kho lưu trữ những thông tin sau khi được xử lý, bộ nhớ này rất lớn và có thể lưu trữ thông tin đến vài chục năm.

Sau này, Trí nhớ ngắn hạn được thay bằng bằng mô hình Trí nhớ làm việc của Baddeley, bởi các nghiên cứu chỉ ra một bộ lưu trữ đơn lẻ không thể nào giải thích hết mọi hiện tượng trong quá trình xử lý thông tin được.

Cơ bản thì mô hình Trí nhớ làm việc phân tách Trí nhớ ngắn hạn cũ thành 4 phần: (1) Vòng lặp âm vị - nơi xử lý thông tin dạng âm thanh (ngôn ngữ), (2) Phần đệm phác thảo thị giác không gian - nơi xử lý thông tin dạng hình ảnh/không gian, (3) Bộ nhớ đệm theo chu kỳ - giúp Trí nhớ làm việc sử dụng ké tài nguyên của Trí nhớ dài hạn, (4) Trung tâm điều hành - điều khiển luồng thông tin và sự chú ý để giải quyết vấn đề.

So sánh với cấu tạo của máy tính thì “Trí nhớ làm việc” chính là RAM, “Trí nhớ dài hạn” là ổ cứng (HDD hoặc SSD), “Trung tâm điều hành” là CPU, còn “Bộ nhớ đệm theo chu kỳ” là Virtual Memory giúp RAM tận dụng được dung lượng của ổ cứng (nói rồi mà, Khoa học máy tính là cha đẻ của Khoa học nhận thức).

Bây giờ chúng ta sẽ áp dụng những kiến thức của khoa học nhận thức để phân tích các kỹ năng cờ vua.

Như đã đề cập ở phần 1, Trí nhớ dài hạn đóng vai trò quan trọng trong việc chơi cờ vua, thể hiện ở số lượng Đơn vị trí nhớ (chunking) về các thế cờ mà người chơi nắm được, tuy nhiên để áp dụng chúng linh hoạt vào các tình huống khác nhau thì lại đòi hỏi kỹ năng giải quyết vấn đề và sự sáng tạo. Nhưng trước khi bàn về cụm kỹ năng giải quyết vấn đề, hãy cùng phân tích hai kỹ năng căn bản của cờ vua trước - kỹ năng lập luận không gian và kỹ năng nhận diện khuôn mẫu.

Thường khi nghĩ đến cờ vua, người ta sẽ nghĩ đến ngay khả năng lập luận không gian và tưởng tượng hình ảnh. Các nhà khoa học nhận thức đã thiết kế nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng giả thuyết này, nhưng bất ngờ thay đa số đều không tìm thấy mối tương quan nào giữa khả năng chơi cờ và “Trí thông minh không gian-thị giác” (Doll & Mayer, 1987) lẫn “Khả năng không gian thị giác” (Waters, Gobet, & Leyden, 2002). Phát hiện này hết sức vô lý, vô lý đến nỗi chưa có lời giải thích nào thoả đáng. Giả thuyết của tôi là: ở những kỳ thủ giỏi, khả năng không gian không hẳn là vượt trội, chỉ là họ biết cách sử dụng chúng hiệu quả hơn; và tuy sức cờ không tương quan với Trí thông minh không gian-thị giác, nhưng vẫn tương quan với Trí thông minh tổng quát (Doll & Mayer, 1987), nên rất có thể một bộ phận khác của Trí thông minh tổng quát đã tác động lên quá trình nâng cao khả năng chơi cờ này - Ngôn ngữ hoá nội dung thị giác chẳng hạn.

Nói về kỹ năng lập luận không gian ý tôi là khả năng thao tác với vật thể thị giác-không gian trong tưởng tượng, cụ thể là tạo nên một hình ảnh đại diện của bàn cờ trong tâm trí, di chuyển các quân cờ, và giữ lại toàn bộ những hình ảnh đó để đánh giá. Trải nghiệm cá nhân của tôi sau nhiều năm chơi cờ thì đúng là việc “ngôn ngữ hoá nội dung thị giác” đã giúp ích rất nhiều cho việc thao tác với bàn cờ tâm trí. Ví dụ: thay vì phải tưởng tượng trong đầu một chuỗi di chuyển của tốt hay một chuỗi ăn quân, tôi có thể đếm số và biết ngay ai thắng ai thua trong chuỗi nước đi này.

Nhưng nếu vậy thì các câu hỏi đặt ra là: Khả năng ngôn ngữ có thể áp đảo được khả năng không gian như vậy sao? Chẳng lẽ những người bẩm sinh với khả năng lập luận không gian tốt lại không có bất kỳ lợi thế nào trong việc chơi cờ? Khả năng không gian bẩm sinh đó có thể dễ dàng bị khoả lấp bởi khả năng ngôn ngữ sao? Điều này không hẳn là không thể xảy ra, khi cụm IQ ngôn ngữ trong bài đánh giá WAIS - bài đánh giá trí thông minh trong lâm sàng - là thành phần mang tính quyết định, tức: nếu cụm IQ không gian trên 70 mà cụm IQ ngôn ngữ dưới 70 thì vẫn bị chẩn đoán là chậm phát triển trí tuệ và ngược lại.

Dù sao thì mọi thứ vẫn còn rất mơ hồ và đây là mảnh đất màu mỡ cho nhiều nghiên cứu sau này.

Kỹ năng nhận diện khuôn mẫu là thứ giúp kỳ thủ nhận ra được sự trùng khớp (hoặc sự trùng khớp tiềm năng) giữa thế cờ trên bàn và những Đơn vị trí nhớ đã được lưu trữ trong bộ nhớ dài hạn. Sau khi nhận diện thành công thì Bộ nhớ đệm theo chu kỳ mới có thể giúp phối hợp giữa Trí nhớ làm việc và Trí nhớ dài hạn, tăng khả năng xử lý trong thời điểm hiện tại.

Nhận ra được 1 Đơn vị trí nhớ có thể giải phóng lượng lớn tác vụ cho Trí nhớ làm việc. Ví dụ: ở góc trái bàn cờ có một đòn phối hợp giữa Tượng và Mã mà bạn đã từng luyện tập qua, nếu nhận diện được nó thì bạn không cần tính toán (lập luận không gian) các nước đi ở góc trái nữa, mà có thể rảnh rang chuyển sang xem xét thế cờ ở góc phải, giúp quá trình phân tích thế cờ tốn ít thời gian và công sức hơn.

Không chỉ vậy, khả năng Nhận diện khuôn mẫu cho phép kỳ thủ dự đoán được những thế cờ có thể xảy ra, xác định thế cờ mong muốn, và lên kế hoạch để hướng tới tương lai đó. Ví dụ: ở thế cờ hiện tại, kỳ thủ nhận thấy rằng có tiềm năng đưa về một thế quen thuộc hơn và anh ta lên kế hoạch cho việc đó.

Phân tích vào sâu hơn về kỹ năng này, Nhận diện khuôn mẫu đòi hỏi một sự lặp đi lặp lại trong trải nghiệm, cho đến khi trải nghiệm đó kết tinh lại thành Trí nhớ ngữ nghĩa (semantic memory) - một dạng của Trí nhớ dài hạn. Nhận diện khuôn mẫu đóng vai trò trong hàng loạt tác vụ nhận thức, như nhận diện khuôn mặt (FFA), phát triển ngôn ngữ, nhận diện âm nhạc.

Một giả thuyết của tôi đã nêu ra từ bài trước (link phía cuối bài) là: Trong cờ vua, khi kỹ năng Nhận diện khuôn mẫu càng được phát huy thì kỹ năng Tính toán (lập luận không gian) càng được giảm tải và ngược lại. Với hiểu biết mới khi viết bài này thì rất có thể kỹ năng nhận diện khuôn mẫu quan trọng hơn kỹ năng lập luận không gian.

Khi đã nắm trong tay một lượng đủ lớn các Đơn vị trí nhớ về những thế cờ và sử dụng được 2 kỹ năng trên một cách tương đối thuần thục trên bàn cờ, giờ đây kỳ thủ có thể nhìn thấy nhiều biến thể tương lai cho thế trận hiện tại và nhiều nước đi dự tuyển (candidate moves) hơn. Giờ là lúc lựa chọn cho mình một nước cờ - địa hạt của kỹ năng ra quyết định.

Theo chia sẻ của nhiều Kiện tướng, khi nhìn vào một thế cờ, tự nhiên trong đầu họ sẽ nảy ra ngay một (vài) nước đi, sau đó họ sẽ dành rất nhiều thời gian để kiểm chứng các nước đi này. Sức cờ càng cao thì những nước đi thuần bản năng đó sẽ càng chính xác, đây được gọi là trực giác của chuyên gia. Tất nhiên, trực giác này đã được rèn luyện trong vài chục ngàn ván cờ nên mới có thể đạt được mức độ tin cậy như vậy. Trực giác này có thể đến từ khả năng Nhận diện khuôn mẫu và sắp xếp lại các khuôn mẫu một cách tự động.

Lối tư duy theo kiểu này gọi là Lập luận quy nạp - sử dụng kinh nghiệm sẵn có để suy luận về hiện tượng ngay trước mặt.

Quay lại mạch chính của bài, những nước đi này gọi là thuật giải - giải pháp tốt nhất trong thời gian ngắn nhất. Daniel Kahneman gọi hiện tượng bằng cái tên Hệ thống I với các đặc điểm như tính kinh nghiệm, tự động, vô thức, và không tốn sức.

Bản chất của những nước đi này là những Quyết định định sẵn (Pre-made decision) mà não bộ đã chọn trước khi ý thức nhận ra; cũng vì vậy việc từ bỏ chúng là một công việc hết sức khó khăn.

Trực giác mang đến những nước đi thiên tài, khiến kỳ thủ háo hức và rạo rực muốn ngay lập tức hiện thực hoá chúng trên bàn cờ. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, sau khi trải qua quá trình tính toán thì thấy nước đi này có nhiều rủi ro, nên đành phải hoãn lại; đây gọi là Ức chế (Inhibition). Sau khi Ức chế, kỳ thủ phải linh hoạt chuyển ngay sang một phương án khác, gọi là Chuyển đổi chú ý (Switching) và tái cấu trúc lại luồng thông tin trong Trí nhớ làm việc. Tất cả đều là chức năng của Trung tâm điều hành (Miyake et al., 2000), cực kỳ gây stress và tốn sức.

Tuy nhiên, đây là một kỹ năng cực kỳ quan trọng bởi trực giác ban đầu không thể nào luôn đúng, và thường sẽ có một vài nước đi trực giác như vậy, các kỳ thủ luôn luôn phải tính toán và so sánh giữa các nước đi này, xem nước nào mang lại một thế trận tốt hơn.

Để so sánh các nước đi, các kỳ thủ thường sử dụng công cụ gọi là Phân tích phương tiện-mục đích. Tức là kỳ thủ có sẵn trong đầu những thế trận muốn hướng tới (nhờ những Đơn vị trí nhớ đã lưu và Khả năng nhận diện khuôn mẫu), và phân tích xem để hướng tới mục tiêu này thì cần các bước trung gian gì, so sánh xem nước đi dự tuyển nào (phương tiện) mang lại kết quả gần với mục đích nhất.

Nhưng không phải lúc nào kế hoạch cũng diễn ra theo một con đường độc nhất, đôi khi kỳ thủ nhận thấy một đòn phối hợp có thể mang lại lợi thế về quân nhưng cần hy sinh một thế trận đẹp. Lúc này, cơ chế Phân tích chi phí-lợi ích được kích hoạt, đánh giá xem lợi thế về quân đó đủ để bù cho bất lợi về thế trận không, xem thế cờ tiềm năng đó bản thân mình có thấy thoải mái không, xem rủi ro tiềm ẩn của kế hoạch này là gì, v.v..

Hai kỹ năng căn bản để chơi cờ vua là: Lập luận không gian (Tính toán nước đi) và Nhận diện khuôn mẫu. Để Nhận diện khuôn mẫu thì kỳ thủ phải cần hấp thụ được một số lượng lớn Đơn vị trí nhớ (Chunking) về cờ vua. Khi một kỳ thủ lâu năm đứng trước một thế cờ, đầu tiên Trực giác sẽ được kích hoạt và đưa ngay ra một Thuật giải. Tuy nhiên, Thuật giải này không hẳn là chính xác, nên cần phải xem xét những Nước đi dự tuyển khác, đây là quy trình Ức chế - Chuyển đổi chú ý - Cập nhật Trí nhớ làm việc, rất tốn sức và gây stress. Để đánh giá xem Nước đi dự tuyển nào là tốt nhất thì kỳ thủ có hai công cụ hiệu quả là: Phân tích phương tiện-mục đích và Phân tích chi phí-lợi ích.

Những nội dung chưa thể đề cập trong bài viết: Lập luận không gian không dừng lại ở việc tính toán nước đi, mà còn là khả năng đánh giá thế trận, sức ép, độ tích cực quân, v.v..; chưa đề cập đến Sự sáng tạo và Tính linh hoạt nhận thức; cũng như khá nhiều chỗ chưa được làm rõ, có thể có sai sót. Tuy nhiên sức người có hạn và thời gian cũng đã điểm (Chủ Nhật là deadline của tôi cho bài viết này), nên đành chịu thôi :D

1, Goldstein, E. B. (2019). Cognitive psychology 5th edition.

2, Gobet, F. (2001). Chess Expertise, Cognitive Psychology of. International encyclopedia of the social and behavioral sciences. 10.1016/B0-08-043076-7/01604-1.

3, Boggan, A. L., & Huang, C. M. (2011). Chess Expertise and the Fusiform Face Area: Why It Matters. Journal of Neuroscience, 31(47), 16895–16896. 10.1523/jneurosci.4689-11.2011

4,