Não làm gì khi hai vùng thị giác đưa ra kết luận khác nhau?

Trong bóng tối, một mảng sáng trên rèm có thể thoáng giống khuôn mặt rồi trở lại thành nếp vải. Sự thay đổi ấy gợi ra một câu hỏi quan trọng: khi những vùng thị giác chuyên biệt đưa ra cách diễn giải không giống nhau, não làm thế nào để chúng ta vẫn nhìn thấy một thế giới thống nhất? Một nghiên cứu về hai vùng V1 và LM ở chuột cho thấy câu trả lời có thể nằm ở quá trình “xây dựng đồng thuận”: hoạt động tương đồng giữa hai vùng tồn tại lâu hơn, còn tín hiệu xung đột nhanh chóng mờ đi. [1]

Cơ chế này không có nghĩa não tổ chức một cuộc biểu quyết theo nghĩa đen. Đó là cách gọi cho một diễn biến động trong mạng thần kinh: các vùng liên tục trao đổi tín hiệu, và sự tương tác giữa chúng làm thay đổi cách hoạt động được duy trì theo thời gian. Nhờ vậy, nhiều mảnh xử lý riêng biệt có thể hội tụ thành một nhận thức tương đối ổn định thay vì xuất hiện như những hình ảnh rời rạc. [1]

Vì sao các vùng thị giác có thể bất đồng?

Thị giác không phải một bức ảnh hoàn chỉnh được chuyển nguyên vẹn vào não. Các vùng khác nhau của vỏ não đảm nhiệm những phần chuyên biệt trong quá trình xử lý thông tin cảm giác. Chính sự phân công này tạo ra một bài toán phối hợp: từng vùng chỉ làm việc với một phần của thông tin, nhưng trải nghiệm cuối cùng của chúng ta thường liền mạch. [1]

Khi hình ảnh rõ ràng, những cách xử lý khác nhau có thể dễ dàng phù hợp với nhau. Nhưng một cái bóng, đường viền mờ hoặc vật thể chỉ hiện ra trong khoảnh khắc có thể cho phép nhiều cách hiểu cạnh tranh. Ví dụ, vài mảng tối có thể tạm thời tạo thành hình dáng giống mắt và miệng. Khi quan sát kỹ hơn, các chi tiết không còn ủng hộ cách hiểu “khuôn mặt”, nên ấn tượng ban đầu biến mất. Đây là ví dụ minh họa cho sự nhập nhằng, không phải mô tả trực tiếp thí nghiệm.

V1 và LM trao đổi thông tin như thế nào?

Nhóm nghiên cứu tập trung vào hai vùng lân cận trong vỏ não mới: vỏ não thị giác sơ cấp V1 và vùng thị giác lateromedial, viết tắt là LM. Điểm quan trọng là thông tin không chỉ truyền theo một chiều từ vùng này sang vùng kia. V1 và LM có các kết nối qua lại, vì thế hoạt động ở mỗi vùng có thể tác động đến vùng còn lại trong lúc hình ảnh đang được xử lý. [1]

Sự trao đổi liên tục này mở ra khả năng so sánh giữa các cách biểu diễn. Nếu hoạt động của hai vùng tương thích, tương tác qua lại có thể giúp mẫu hoạt động chung tiếp tục tồn tại. Nếu chúng không tương thích, chính mạng kết nối ấy có thể khiến phần bất đồng mất dần ảnh hưởng. Nhận thức thống nhất, theo cách giải thích này, không nhất thiết xuất hiện ngay lập tức mà được định hình qua nhiều vòng tương tác rất nhanh. [1]

Thí nghiệm tạo ra sự bất đồng ra sao?

Các nhà nghiên cứu huấn luyện chuột phân biệt hai mẫu hình nghiêng theo hai hướng đối lập. Chuột chỉ nhận phần thưởng khi nhận ra một trong hai hướng. Nhiệm vụ này cho phép nhóm nghiên cứu theo dõi hoạt động thị giác trong một tình huống mà hướng nghiêng của hình ảnh có ý nghĩa đối với hành vi của con vật. [1]

Trong quá trình chuột thực hiện nhiệm vụ, nhóm nghiên cứu tạm thời làm im lặng V1 hoặc LM rồi quan sát vùng còn lại hoạt động thế nào khi thiếu đối tác trao đổi quen thuộc. Cách can thiệp này giúp họ xem xét vai trò của kết nối hai chiều, thay vì chỉ ghi nhận rằng hai vùng cùng hoạt động. Những quan sát thu được sau đó được dùng để xây dựng một mô hình mạng thần kinh nhân tạo của mạch V1–LM. [1]

Mô hình cho phép nhóm thử nghiệm những thay đổi ở các neuron cụ thể và theo dõi phản ứng của toàn hệ thống. Đây là công cụ để tìm một cơ chế có thể giải thích kết quả quan sát, chứ không phải bản sao đầy đủ của não. Vì nghiên cứu được tiến hành trên chuột và chỉ tập trung vào hai vùng thị giác, kết quả chưa trực tiếp mô tả toàn bộ cách thị giác ở người giải quyết mọi hình ảnh nhập nhằng. [1]

“Đồng thuận” hình thành bằng cách nào?

Kết quả nổi bật nằm ở thời gian tồn tại của các mẫu hoạt động. Khi tín hiệu ở V1 và LM phù hợp với nhau, mẫu chung được duy trì lâu hơn. Khi hai vùng tạo ra các mẫu xung đột, phần bất đồng nhanh chóng biến mất trong một khoảng thời gian ngắn hơn một giây. Nói cách khác, hệ thống không nhất thiết phải chọn một vùng luôn đúng; tương tác giữa các vùng làm tín hiệu được cả hai bên ủng hộ trở nên bền hơn. [1]

Có thể hình dung bằng một ví dụ đời thường: hai người cùng nhìn một hình mờ, mỗi người ban đầu đoán một vật khác nhau. Khi các chi tiết mới xuất hiện, cách đoán phù hợp với nhiều chi tiết hơn tiếp tục đứng vững, còn cách đoán tạo ra nhiều mâu thuẫn bị bỏ lại. Ví dụ này chỉ giúp hình dung nguyên tắc duy trì và suy yếu của tín hiệu; neuron không suy nghĩ, tranh luận hay cân nhắc như con người.

Điều đáng chú ý là đồng thuận ở đây mang tính động. Nó không phải một đáp án được cất sẵn tại một vị trí duy nhất, cũng không đồng nghĩa với việc tín hiệu mạnh nhất luôn thắng. Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh vai trò của các kết nối qua lại: điều quan trọng không chỉ là từng vùng biểu diễn gì, mà còn là các biểu diễn ấy thay đổi ra sao khi liên tục tác động lẫn nhau. [1]

Cơ chế này có thể mở rộng đến đâu?

Nghiên cứu mới kiểm tra hai vùng liên quan đến thị giác, nhưng nhóm khoa học đang xem xét liệu nguyên tắc tương tự có hoạt động rộng hơn trong vỏ não mới hay không. Một câu hỏi được đặt ra là điều gì xảy ra khi thông tin nhìn thấy mâu thuẫn với âm thanh nghe được. Nếu nhiều hệ cảm giác cũng duy trì tín hiệu phù hợp và làm suy yếu tín hiệu xung đột, “xây dựng đồng thuận” có thể là một nguyên tắc phối hợp chung hơn. [1]

Đó vẫn là hướng cần khảo sát, không phải kết luận đã được chứng minh cho mọi giác quan hoặc mọi vùng não. Ngay cả trong thị giác, một thế giới thống nhất còn phụ thuộc vào nhiều vùng và nhiều loại thông tin hơn cặp V1–LM. Kết quả hiện tại đóng góp một cơ chế cụ thể để giải thích cách các bộ phận chuyên biệt có thể phối hợp, nhưng chưa xác định cơ chế ấy có phổ biến trên toàn não hay không. [1]

Giá trị của phát hiện nằm ở cách nó đổi câu hỏi. Thay vì chỉ hỏi vùng não nào nhận diện một đặc điểm, ta còn phải hỏi hoạt động giữa các vùng được giữ lại hay loại bỏ như thế nào theo thời gian. Khoảnh khắc một cái bóng thôi giống khuôn mặt vì thế có thể phản ánh không chỉ việc nhận thêm thông tin, mà còn là quá trình những cách diễn giải cạnh tranh dần mất chỗ đứng trước một mẫu hoạt động nhất quán hơn. [1]