Liệu bạn đã hiểu đúng về não bộ?

Thế kỷ 21 là thời điểm của các khám phá khoa học vĩ đại. Xe thì tự lái. Các loại vắc-xin chống những chủng virus chết người mới xuất hiện được chế tạo trong vòng chưa đầy một năm. Robot tự hành thám hiểm Sao Hỏa mới nhất đang tìm kiếm dấu hiệu sự sống trên hành tinh này. Nhưng xung quanh chúng ta cũng tồn tại những lầm tưởng khoa học; tức những niềm tin lỗi thời vẫn len lỏi trong các bản tin thời sự.

Việc mắc sai lầm là một phần bình thường và tất yếu của tiến trình khoa học. Các nhà khoa học tận dụng những công cụ hiện hữu, cho đến khi những công cụ mới giúp mở mang các giác quan và cho phép họ thăm dò sâu hơn, rộng hơn, hoặc chính xác hơn. Theo thời gian, các khám phá mới đưa ta tới hành trình sửa chữa những sai lầm trong hiểu biết của chúng ta về cách thế giới vận hành, ví dụ như kết hợp chọn lọc tự nhiên và cơ học lượng tử. Do đó, thất bại là cơ hội để khám phá và học hỏi. [1]

Tuy nhiên có đôi lúc, các niềm tin khoa học xưa cũ vẫn tồn tại và thậm chí được mạnh mẽ bảo vệ rất lâu sau khi ta có đủ bằng chứng để loại bỏ chúng đi. Là một nhà thần kinh học, tôi nhận thấy những lầm tưởng khoa học về não bộ được lặp lại thường xuyên trên các phương tiện truyền thông và trong các ngóc ngách của nghiên cứu học thuật, trong đó có ba lầm tưởng đặc biệt cần sửa lại. Dù sao thì mỗi người đều có một bộ não, nên ta cần hiểu cách thức hoạt động của chiếc bọc chưa đầy hai cân nằm giữa hai tai.

Lầm tưởng số một: một số vùng cụ thể của não người đảm nhiệm vai trò tâm lý riêng. Theo lầm tưởng này, bộ não giống như một tập hợp các mảnh ghép, mỗi mảnh lại có một chức năng tâm thần chuyên dụng. Một mảnh ghép dành cho thị giác, mảnh khác dành cho trí nhớ, mảnh thứ ba dành cho cảm xúc, và cứ thế. Quan điểm này về bộ não đã trở nên phổ biến vào thế kỉ 19 với tên gọi "não tướng học" (phrenology). Những người hành nghề não tướng học cho rằng có thể phân tích tính cách của một người thông qua việc đo đạc các bướu trên hộp sọ. Các dữ liệu chuẩn hơn đã làm mất đi độ tin cậy của ngành não tướng học, tuy nhiên, ý tưởng chung vẫn chưa hoàn toàn biến mất. [2]

Ngày nay, ta biết não không hề chia thành các mảnh ghép với các chức năng tâm lý chuyên dụng; mà trái lại, bộ não người là một mạng lưới khổng lồ các tế bào thần kinh (neuron) [3]. Hầu hết các tế bào thần kinh hoạt động đa chức năng chứ không phục vụ cho một mục đích tâm lý đơn nhất [4]. Ví dụ, các tế bào thần kinh ở khu vực vỏ não hồi đai trước (anterior cingulate cortex) thường tham gia vào trí nhớ, cảm xúc, quá trình ra quyết định, cơn đau, đánh giá đạo đức, trí tưởng tượng, sự tập trung chú ý, và sự đồng cảm.

Tôi không có ý rằng mọi tế bào thần kinh có thể làm tất cả, nhưng hầu hết chúng có tính đa nhiệm. Ví dụ, vỏ não thị giác sơ cấp (primary visual cortex) - một vùng não liên kết mạnh mẽ đến khả năng nhìn - cũng chứa thông tin những gì nghe thấy, sờ thấy, hay chuyển động [5]. Trên thực tế, nếu bạn bịt mắt người có thị lực bình thường một vài ngày và dạy họ đọc chữ nổi braille, các tế bào thần kinh ở vùng vỏ não thị giác sẽ tập trung hơn vào xúc giác [6]. (Sau khi bỏ bịt mắt, hiệu ứng này sẽ mất đi trong khoảng một ngày.)

Chưa hết, vùng vỏ não thị giác sơ cấp không nhất thiết được vận dụng vào mọi khía cạnh của thị giác. Trong một thời gian dài, các nhà khoa học đã tin rằng chấn thương nghiêm trọng vùng vỏ não thị giác bên trái sẽ khiến người bệnh không nhìn được bằng mắt phải, nếu đúng là khả năng nhìn bằng mắt ở một bên phần lớn đến từ vỏ não thị giác ở bên còn lại. Vậy nhưng hơn 50 năm trước, nghiên cứu trên những con mèo bị mù một bên vỏ não đã cho thấy thị lực của chúng có khả năng phục hồi một phần nhờ việc cắt bỏ một đường liên kết nằm sâu trong trung não. Nhờ thêm một chút tổn thương mà những con mèo này có thể đi về phía trước và chạm được các vật thể đang chuyển động.

Có lẽ ví dụ nổi tiếng nhất của tư duy mảnh ghép chính là "thuyết ba não" - vốn cho rằng bộ não con người tiến hoá theo ba lớp. Lớp dưới cùng, hay não bò sát, được cho là thừa hưởng từ các loài bò sát tổ tiên và chứa đựng bản năng của con người. Lớp trung gian, được gọi là não thú, được cho là chứa đựng cảm xúc thừa hưởng từ các loài động vật có vú cổ đại. Và lớp trên cùng, được gọi là tân vỏ não hay não người, được cho là đặc điểm riêng của con người - như lớp kem trên cốt bánh đã nướng - và cho phép ta điều tiết các bản năng và cảm xúc thô lậu của mình.

Câu chuyện li kì về sự tiến hoá của não bộ này xuất hiện vào giữa thế kỷ 20, khi công cụ hữu hiệu nhất cho việc phân tích não bộ là chiếc kính hiển vi thông thường. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện đại trong di truyền phân tử đã chứng minh thuyết ba não là một lầm tưởng. Bộ não không tiến hoá theo các lớp, và não của các loài động vật có vú (và khả năng cao là của tất cả các loài động vật có xương sống) đều được cấu thành từ cùng một loại tế bào thần kinh theo cùng một cấu trúc.

Tuy nhiên, thuyết ba não vẫn có năng lực lưu truyền mạnh mẽ vì nó đưa ra lời giải thích rất lọt tai về bản chất loài người. Nếu các hành vi xấu của ta bắt nguồn từ con thú bên trong, ta sẽ đỡ phải chịu trách nhiệm cho một vài hành động của mình gây ra. Và nếu một tân vỏ não vừa lý trí lại của riêng loài người kiểm soát chỗ động vật kia, thì chúng ta sở hữu bộ não đạt cấp độ tiến hoá bậc nhất trong vương quốc loài vật. Mừng cho loài người thật chứ? Nhưng tất cả chỉ là lầm tưởng. Trên thực tế, não của mỗi loài tiến hoá theo cách riêng và phù hợp để thích nghi với môi trường sống, và không loài động vật nào có bộ não "tiến hoá hơn" các loài còn lại cả.

Vậy tại sao cái lầm tưởng về bộ não phân lớp lại tồn tại dai dẳng như vậy? Một lý do là các nghiên cứu quét não rất tốn kém. Để cân bằng chi phí, các nghiên cứu điển hình chỉ bao gồm vừa đủ các dữ liệu quét não cho thấy hoạt động não mạnh mẽ và rõ ràng nhất. Những nghiên cứu thiếu kinh phí này cho ra các ảnh chụp đẹp đẽ ghi lại những hoạt động như thể các hòn đảo nhỏ trên bộ não yên bình. Nhưng các bức ảnh này không thể hiện đủ các hoạt động não ít mạnh mẽ bằng nhưng có thể vẫn có ý nghĩa về mặt tâm lý và sinh lý. Ngược lại, các nghiên cứu đủ kinh phí cho thấy phần lớn bộ não đều xuất hiện các hoạt động [7].

Một lý do khác là các nghiên cứu trên động vật đôi khi chỉ tập trung vào một vùng nhỏ của bộ não, thậm chí là chỉ một vài tế bào thần kinh, ở một thời điểm nhất định. Để đạt được độ chính xác, giới hạn nghiên cứu thu hẹp trong phạm vi được dự đoán sẽ thu được hiệu ứng. Còn khi các nhà khoa học chọn cách tiếp cận toàn diện hơn và tập trung vào tất cả các tế bào thần kinh trong não của các loài như ruồi, giun, hay thậm chí là chuột, kết quả cho thấy rõ hiệu ứng vẫn xảy ra trên toàn não bộ. [8]

Hầu hết mọi sản phẩm của não bộ, từ thị giác và thính giác cho đến ký ức và cảm xúc đều có sự tham gia của toàn thể bộ não. Mỗi tế bào thần kinh cùng một lúc lại giao tiếp với hàng ngàn các tế bào thần kinh khác. Trong một hệ thống phức tạp như vậy, chẳng thể nào truy xuất được những gì đang tiến hành hay trải nghiệm là do một khóm nào đó trong tổng thể tạo ra chúng.

Lầm tưởng thứ hai: não bộ phản ứng với các diễn biến trong thế giới xung quanh. Lầm tưởng này cho rằng hàng ngày ta hoạt động trong lúc một số các vùng não ở trạng thái tắt. Tiếp theo, một chuyện gì đó xảy ra xung quanh ta, và các vùng não này chuyển sang trạng thái bật và các phản ứng làm cho não "bừng sáng."

Tuy nhiên, não không hề hoạt động thông qua kích thích và phản ứng, mà lúc nào các tế bào thần kinh cũng truyền phát tín hiệu ở nhiều tốc độ khác nhau. Chúng đang làm gì vậy? Mải đưa ra các dự đoán [9]. Lúc nào bộ não cũng sử dụng tất cả các thông tin sẵn có (ký ức, tình huống hiện tại, trạng thái cơ thể) để dự đoán các sự kiện sắp xảy ra. Nếu một dự đoán chính xác, bộ não có được lợi thế vì cơ thể của bạn đã được ra lệnh thực hiện các hành động kế tiếp, tạo nên những gì bạn sắp sửa nhìn, nghe, và cảm nhận thấy. Còn nếu dự đoán sai, bộ não có thể tự sửa sai và hy vọng là lần sau sẽ học được cách dự đoán tốt hơn. Hoặc đôi khi não còn chả thèm tự sửa và có thể khiến bạn nhìn hoặc nghe thấy những gì không tồn tại hay làm những việc bạn không chủ định. Toàn bộ quá trình dự đoán và sửa sai này xảy ra trong nháy mắt và ngoài nhận thức của bạn.

Nếu bạn chỉ nhìn thấy một vài đường cong, thì nghĩa là não bộ của bạn đang cố gắng đưa ra một dự đoán tốt nhưng không thành. Bộ não không liên kết bức tranh này với điều gì đó tương tự trong quá khứ của bạn. (Các nhà khoa học gọi trạng thái này là "mù trải nghiệm" - experiential blindness.) Để chữa trạng thái mù này, hãy ghé trang lisafeldmanbarrettcom/nautilus và đọc mô tả (* Mô tả trên trang: "Bức tranh bí ẩn là... nàng tiên cá đang bơi lướt qua ô cửa sổ mắt bò.), rồi quay lại đây xem lại bức tranh nhé. Đột nhiên, não bộ của bạn có thể nhìn ra ý nghĩa của bức tranh. Mô tả vừa rồi cung cấp thêm thông tin cho bộ não, gợi lại những trải nghiệm tương tự trong quá khứ, và bộ não của bạn sử dụng những trải nghiệm này để đưa ra những dự đoán tốt hơn về điều bạn nên nhìn thấy. Bộ não của bạn đã chuyển đổi những đường cong mơ hồ thành một nhận thức có giá trị. (Khả năng cao là bạn sẽ không bao giờ thấy bức tranh này vô nghĩa nữa.)

So với việc mải miết phản ứng lại kích thích trong thế giới không chắc chắn, phương pháp dự đoán và điều chỉnh mang lại hiệu quả cao hơn khi vận hành hệ thống. Điều này được thể hiện rõ trong một trận đấu bóng chày. Khi cầu thủ giao bóng ném bóng về phía gôn nhà với tốc độ 96 dặm trên giờ, cầu thủ đánh bóng sẽ không kịp đợi quả bóng lại gần, chú tâm nhìn quả bóng, chuẩn bị, rồi vung gậy. Thay vào đó, não của cầu thủ này tự động dự đoán vị trí tiếp theo của quả bóng dựa trên kinh nghiệm dày dặn, và vung gậy theo dự đoán trên thì mới có hy vọng đánh trúng bóng. Nếu não bộ không biết dự đoán, ta sẽ không thể nào chơi được những môn thể thao như hiện tại chúng ta đang chơi.

Vậy tất cả điều này có ý nghĩa gì đối với bạn? Bạn không phải một sinh vật chỉ biết phản ứng-kích thích, mà những trải nghiệm bạn có hôm nay sẽ ảnh hưởng đến những hành động mà não bộ của bạn tự động đưa ra vào ngày mai.

Lầm tưởng thứ ba: có thể phân định rạch ròi các bệnh về thể chất như bệnh tim mạch với các bệnh tâm thần như bệnh trầm cảm. Quan điểm rằng cơ thể và não bộ hoàn toàn tách biệt (hay thuyết nhị nguyên thân-tâm) được triết gia René Descartes đưa ra vào thế kỷ 17 và vẫn còn tồn tại đến ngày nay, cả trong y học thực hành. Tuy nhiên, các nhà thần kinh học đã phát hiện rằng mạng lưới não bộ chịu trách nhiệm cho việc kiểm soát cơ thể cũng có liên quan đến việc tạo ra tâm trí. [10] Ví dụ về vỏ não hồi đai trước tôi đã nhắc tới ở trên cũng là một điển hình, vì các tế bào thần kinh của vùng não này không chỉ tham gia vào các chức năng tâm lý tôi đã đề cập, mà còn điều tiết nội tạng, hormone, và hệ miễn dịch nhằm giữ cho bạn sống khỏe.

Nhờ bộ não biết dự đoán của bạn, mọi trải nghiệm tâm thần đều có nguyên nhân từ thể chất, và những thay đổi về thể chất thường mang lại hệ quả về tâm thần. Trong mọi khoảnh khắc, bộ não phân tích ý nghĩa các hoạt động hỗn độn bên trong cơ thể bạn, cũng như phân tích ý nghĩa các dữ liệu giác quan từ thế giới bên ngoài. Ý nghĩa này có thể ở các hình thức khác nhau. Nếu bạn cảm giác lồng ngực căng và não bạn phân tích nó đến từ sự khó chịu về mặt thể chất thì bạn nên thăm khám bác sĩ tim mạch. Nhưng nếu não cho rằng sự khó chịu trên là do căng thẳng, bạn nên đặt lịch khám bác sĩ tâm lý. Lưu ý rằng ở đây, bộ não của bạn không cố gắng tách bạch hai cảm nhận cơ thể khác nhau. Hai cảm nhận này gần như tương đồng, và một dự đoán sai có thể phải đánh đổi bằng cả mạng sống của bạn. Bản thân tôi có ba người bạn có mẹ mắc bệnh nặng nhưng bị chẩn đoán sai thành chứng lo âu [11], và hai trong số ba bác đã mất.

Khi đả động đến bệnh tật, ranh giới giữa thể chất và tâm thần là rất mù mờ. Bệnh trầm cảm thường được xếp vào nhóm bệnh tâm thần, nhưng nó cũng là bệnh chuyển hóa như bệnh tim mạch, trong khi bản thân bệnh tim mạch cũng có các triệu chứng đáng kể liên quan đến cảm xúc. Hai căn bệnh này xảy ra cùng nhau thường xuyên tới nỗi một số nhà nghiên cứu y học cho rằng trầm cảm có thể là nguyên nhân gây ra bệnh tim mạch hoặc ngược lại. Quan điểm trên rất dễ bắt gặp trong thuyết nhị nguyên thân-tâm. Nhưng ta được biết là cả trầm cảm [12] và bệnh tim mạch [13] đều có liên quan đến các vấn đề về chuyển hoá, nên cũng có thể lý giải rằng chúng có chung nguyên nhân đứng đằng sau.

Mỗi khi tư duy về mối quan hệ giữa thể chất và tâm thần, ta có xu hướng nuông chiều lầm tưởng rằng tâm trí chỉ nằm trong não và tách biệt hoàn toàn khỏi thể chất. Nhưng sâu xa hơn, bộ não tạo nên tâm trí trong khi cũng điều tiết các hệ thống bên trong cơ thể. Điều này có nghĩa là bản thân việc điều tiết các hệ thống cơ thể cũng là một phần tâm trí bạn.

Khoa học, cũng giống như não bộ, hoạt động thông qua dự đoán và điều chỉnh. Các nhà khoa học vận dụng kiến thức để đưa ra các giả thuyết về cách thức thế giới vận hành. Sau đó họ quan sát thế giới, và sử dụng các quan sát này làm bằng chứng nhằm kiểm tra các giả thuyết. Nếu dự đoán của một giả thuyết khác với bằng chứng, các nhà khoa học sẽ cập nhật lại giả thuyết nếu cần. Trên thực tế, chúng ta đều đã được thấy quá trình này trong đại dịch. Ban đầu, chúng ta nghe nói COVID-19 lây lan trên các bề mặt, vậy là mọi người đổ xô đi mua thuốc rửa tay khô Purell và nước tẩy Clorox. Sau đó, ta biết rằng loại virus này chủ yếu phát tán qua không khí, nên tập trung của chúng ta hướng tới hệ thống lưu thông không khí và khẩu trang. Những thay đổi như trên là một phần bình thường trong khoa học: Chúng ta thích nghi theo những gì mình học được. Nhưng đôi khi các giả thuyết lại mạnh mẽ đến nỗi chúng chống lại sự thay đổi, và được lưu truyền không phải nhờ bằng chứng mà bằng ý thức hệ. Và rồi chúng trở thành những lầm tưởng khoa học.

[1] Firestein, S. Failure: Why Science Is So Successful Oxford University Press, Oxford, UK (2015).

[2] Uttal, W.R. The New Phrenology MIT Press, Cambridge, MA (2001).

[3] Sporns, O. Networks of the Brain MIT Press, Cambridge, MA (2010).

[4] Anderson, M.L. After Phrenology MIT Press, Cambridge, MA (2014).

[5] Liang, M., Mouraux, A., Hu, L., & Lannetti, G.D. Primary sensory cortices contain distinguishable spatial patterns of activity for each sense. Nature Communications 4, 1979 (2013).

[6] Merabet, L.B., et al. Rapid and reversible recruitment of early visual cortex for touch. PLoS One 3, e3046 (2008).

[7] Gonzalez-Castillo, J., et al. Whole-brain, time-locked activation with simple tasks revealed using massive averaging and model-free analysis. Proceedings of the National Academy of Sciences 109, 5487-5492 (2012).

[8] Kaplan, H.S. & Zummer, M. Brain-wide representations of ongoing behavior: A universal principle? Current Opinion in Neurobiology 64, 60-69 (2020).

[9] Hutchinson, J.B. & Barrett, L.F. The power of predictions: An emerging paradigm for psychological research. Current Directions in Psychological Science 28, 280-291 (2019).

[10] Kleckner, I.R., et al. Evidence for a large-scale brain system supporting allostasis and interoception in humans. Nature Human Behavior 1, 0069 (2017).

[11] Martin, R., et al. Gender disparities in common sense models of illness among myocardial infarction victims. Health Psychology 23, 345-353 (2004).

[12] Pan, L.A., et al. Neurometabolic disorders: Potentially treatable abnormalities in patients with treatment-refractory depression and suicidal behavior. The American Journal of Psychiatry 174, 42-50 (2016); Shao, L., et al. Mitochondrial involvement in psychiatric disorders. Annals of Medicine 40, 281-295 (2008).

[13] Tune, J.D., Goodwill, A.G., Sassoon, D.J., & Mather, K.J. Cardiovascular consequences of metabolic syndrome. In-Depth Review of Metabolic Syndrome 183, 57-70 (2017).