Não dùng quá khứ vừa xảy ra để phán đoán hiện tại ra sao?

Một con chuột nhìn các chấm chuyển động trên màn hình và phải chọn chúng đang nghiêng về bên trái hay bên phải. Điều đáng chú ý là lựa chọn của nó không chỉ phụ thuộc vào hình ảnh trước mắt: kết quả và tín hiệu của lượt ngay trước đó cũng ảnh hưởng đến phán đoán mới. Nghiên cứu đăng trên Science chỉ ra một mạch nối vùng đồi thị LP với vùng vỏ não ACC tham gia vào quá trình so sánh ấy. [1]

Câu trả lời ngắn gọn cho câu hỏi vì sao não không đánh giá mỗi tín hiệu từ đầu là: môi trường biến đổi quá nhanh, còn thông tin cảm giác thường không hoàn toàn rõ ràng. Bằng cách giữ dấu vết của quá khứ rất gần và đối chiếu nó với hiện tại, não có thể nhận ra điều gì vẫn ổn định, điều gì vừa thay đổi đáng kể, từ đó quyết định nên giữ hay cập nhật phán đoán. [1]

Bài toán của những chấm chuyển động là gì?

Trong thí nghiệm, chuột được huấn luyện để xác định hướng chuyển động chung của một đám chấm. Không phải chấm nào cũng đi cùng hướng, nên tín hiệu có thể rõ hoặc mơ hồ tùy tỷ lệ chấm chuyển động đồng bộ. Hướng chủ đạo và độ mạnh của tín hiệu đều có thể thay đổi giữa hai lượt liên tiếp, cho phép nhóm nghiên cứu xem lựa chọn hiện tại chịu ảnh hưởng thế nào từ lượt vừa qua. [1]

Hành vi của chuột cho thấy ảnh hưởng ấy không đơn giản là thói quen lặp lại. Sau một lựa chọn đúng, chuột thường giữ lựa chọn cũ nếu tín hiệu mới gần giống tín hiệu trước, nhưng ít làm vậy khi hai tín hiệu khác nhau nhiều. Sau một lựa chọn sai, khuynh hướng lại đảo chiều: sự giống nhau khiến nó tránh lặp lại, còn khác biệt lớn có thể khiến lựa chọn cũ trở nên phù hợp trở lại. [1]

Có thể hình dung bằng một ví dụ đời thường: nếu một âm thanh mờ nhạt liên tục phát ra từ cùng một phía, phán đoán trước đó là điểm tham chiếu hữu ích. Nhưng nếu âm thanh đột ngột thay đổi rõ rệt, giữ nguyên kết luận cũ có thể không còn hợp lý. Điểm tham chiếu không thay thế tín hiệu mới; nó giúp đánh giá mức độ đáng chú ý của sự thay đổi.

LP lưu dấu quá khứ gần bằng cách nào?

LP là tên vùng lateral posterior thalamus ở chuột, thuộc đồi thị. Vùng tương ứng thường được gọi là pulvinar ở người. Pulvinar vốn được nghiên cứu nhiều trong vai trò chú ý và lọc thông tin thị giác, nhưng kết quả mới cho thấy LP còn mang thông tin về quan hệ giữa tín hiệu đang xuất hiện với tín hiệu vừa xuất hiện trước đó. [1]

Nói LP “lưu quá khứ” không có nghĩa nó cất một bản ghi đầy đủ như video. Vai trò được quan sát ở đây hẹp hơn: hoạt động truyền từ LP tới ACC phản ánh mức thay đổi của tín hiệu cảm giác so với lịch sử tức thời. Thứ được đưa về phía vỏ não trước trán vì thế giống một thông báo về độ chênh lệch hơn là một quyết định đã hoàn tất. [1]

Sự rút gọn này có lợi về mặt xử lý. Để chọn phản ứng, hệ thần kinh không nhất thiết phải dựng lại toàn bộ cảnh trước đó; nó cần biết bằng chứng mới có đủ khác để làm lung lay phán đoán đang giữ hay không. Đây là cách hiểu chức năng của phép so sánh, không có nghĩa LP chỉ làm duy nhất một việc trong mọi hoàn cảnh. [1]

ACC biến phép so sánh thành lựa chọn ra sao?

ACC, tức anterior cingulate cortex hay vỏ não đai trước, đảm nhận phần việc khác LP. Phân tích hoạt động thần kinh cho thấy LP không trực tiếp chọn trái hay phải. Nó chuyển thông tin so sánh có tham chiếu quá khứ tới ACC; sau đó hoạt động của các tế bào thần kinh ACC mới dự báo lựa chọn cuối cùng của con vật. [1]

Cơ chế này tạo ra sự phân công rõ ràng. LP báo cho ACC rằng thế giới cảm giác vừa thay đổi ít hay nhiều, còn ACC dùng tín hiệu đó khi cân nhắc bằng chứng hiện tại. Nếu lựa chọn trước đúng và cảnh mới gần như không đổi, duy trì lựa chọn có thể hợp lý. Nếu độ chênh lớn, hệ thống có thêm lý do để xem xét lại. [1]

Vì kết quả đúng hay sai của lượt trước cũng làm thay đổi cách chuột phản ứng, quá khứ gần ở đây không phải một mệnh lệnh cố định. Cùng mức độ giống nhau giữa hai tín hiệu có thể dẫn đến hành vi khác nhau tùy lựa chọn trước đã hiệu quả hay chưa. Não vừa tận dụng tính liên tục của môi trường, vừa tránh bị khóa cứng vào một đáp án. [1]

Làm sao biết mạch LP–ACC thực sự tham gia?

Quan sát hành vi chỉ cho biết chuột có sử dụng lịch sử gần, chưa đủ xác định mạch thần kinh nào tạo ra ảnh hưởng đó. Nhóm nghiên cứu vì vậy ghi hoạt động của đường LP–ACC bằng kính hiển vi hai photon. Phương pháp này theo dõi mức canxi trong tế bào thần kinh, một chỉ dấu gần với hoạt động điện, để đối chiếu tín hiệu của mạch với từng lượt lựa chọn. [1]

Họ còn dùng quang di truyền học để kích hoạt thêm các đầu vào từ LP tới ACC. Khi mạch bị can thiệp, lựa chọn trái hoặc phải của chuột bị lệch theo bán cầu được tác động. Quan trọng hơn, độ lệch hành vi biến thiên theo mức khác nhau giữa tín hiệu hiện tại và tín hiệu trước đó. Điều này cho thấy can thiệp đã làm xáo trộn chính cách lịch sử cảm giác gần được dùng để đọc bằng chứng mới. [1]

Kết quả can thiệp giúp phân biệt hai khả năng: mạch LP–ACC không chỉ hoạt động đồng thời với phép so sánh, mà có vai trò nhân quả trong quá trình làm phép so sánh ảnh hưởng tới hành vi. Tuy vậy, thí nghiệm xác định một mắt xích của hệ thống chứ không biến toàn bộ việc ra quyết định thành chức năng của riêng hai vùng não này. [1]

Cơ chế này nói gì về chú ý và hành vi?

Chú ý không chỉ là hướng mắt hay tập trung lâu hơn. Để chú ý hiệu quả, não còn phải phân biệt kích thích lặp lại, ít giá trị với thay đổi có thể cần phản ứng. Phép so sánh giữa hiện tại và quá khứ gần cung cấp đúng loại thông tin đó: cái quen thuộc có thể được giảm ưu tiên, còn chênh lệch đáng kể được đưa vào quá trình cập nhật quyết định. [1]

Các tác giả cho rằng phát hiện trên chuột có thể giúp nghiên cứu những mạch tương tự ở người. Họ cũng nêu khả năng liên hệ với tự kỷ, khi một số người có khác biệt trong dự đoán thế giới cảm giác và khó bỏ qua kích thích lặp lại mà người khác xem là bình thường. Đây là hướng ứng dụng để khảo sát, không phải kết luận rằng mạch LP–ACC giải thích toàn bộ các khác biệt cảm giác trong tự kỷ. [1]

Điểm đáng nhớ là phán đoán hiện tại không được tạo ra trong một khoảnh khắc cô lập. Não liên tục đặt tín hiệu mới cạnh điều vừa xảy ra, nhưng vẫn xét xem kinh nghiệm gần nhất đã dẫn tới lựa chọn đúng hay sai. Nhờ vậy, quá khứ rất gần vừa tạo tính ổn định cho hành vi, vừa trở thành thước đo để phát hiện lúc nào thế giới đã đổi khác. [1]