Cà phê, kem và... chó
“Chúng ta sẽ uống cà phê với chút kem và thêm...”. Đường! Câu trả lời đầy tự tin vì mỗi người đều biết chắc chắn là thế. Tuy nhiên, đối với những “bộ não” chuyên nghiên cứu khoa học nhận thức như Marta Kutas và Steven Hillyard thì chữ đường lại gợi lên vô vàn suy nghĩ. Họ thử nghiệm hiện từng chữ trong câu trần thuật 11 từ trên màn hình, rồi lặng lẽ quan sát phản ứng của tình nguyện viên, cũng như đo lại chính xác hoạt động não bộ từng người. Đột nhiên bất ngờ xuất hiện: chó là từ cuối, chứ không phải đường. Kích thích kiểu này, khi quan sát bằng mắt thường, chẳng đáng là bao. Nhưng não lại có phản ứng rất nhanh: xung điện trên vỏ não đột nhiên tăng cao bất thường sau khoảng 400 mili giây từ lúc mắt người thấy từ chó.
Hiệu ứng N400 ra đời, khiến hai nhà khoa học đặt ra giả thuyết não đã “dự đoán” trước đáp án, nhưng bị “sốc” trước một từ vô nghĩa trong bối cảnh, khiến dự đoán ban đầu trở nên sai lệch. Để kiểm chứng, một thí nghiệm khác tương tự được tiến hành, với bối cảnh “Trời nay nhiều gió, khiến lũ trẻ chỉ muốn được thả...”. Tất nhiên, ai cũng sẽ nghĩ tới diều, cho rằng não mặc định phải là từ đó. N400 một lần nữa tái hiện, khi não người quan sát thấy cụm từ máy bay hiện lên. Từ đây, Kutas và Hillyard tin rằng N400 có liên quan đến xử lý ngữ nghĩa và không chỉ là phản ứng với những từ không mong muốn. Dường như não đang tìm cách xử lý sự sai lệch giữa đáp án thực tế và câu trả lời chính nó chuẩn bị từ trước sau khi phân tích dữ liệu thu nhận từ mắt.
 |
| Hiệu ứng N400 xuất hiện trong thử nghiệm với từ chó và máy bay. |
Sau này, khoa học nhận thức hướng đến giả thuyết não sở hữu khả năng mã hoá dự đoán. Tức là, não người liên tục suy luận và so sánh mọi dự đoán của nó với thực tế để... rút kinh nghiệm cho những lần phân tích tiếp theo. Một số kết quả được công bố, liên quan đến khả năng tế bào thần kinh ở mắt mã hoá kích thích thị giác và truyền tín hiệu qua dây thần kinh thị giác lên não. Thậm chí, những đường dẫn truyền và các nhóm tế bào tạo thành một hệ thống dopamine (chất điều hòa thần kinh có thể chi phối hoạt động của hệ thống củng cố trong não). Hệ thống này bao gồm một nhóm cấu trúc thần kinh đảm nhiệm chức năng tạo ra sự khích lệ, cũng như tiếp nhận những kiến thức thông qua liên tưởng, từ đó giúp sinh vật sống đưa ra quyết định dựa vào phỏng đoán.
Bộ não Bayes
Giả thuyết này từng khiến giới khoa học dậy sóng, nguyên do chủ yếu xuất phát từ việc nhiều thử nghiệm không hề cho ra kết quả N400 giống Kutas và Hillyard. Trong suốt một thời gian dài, khoa học thần kinh vẫn luôn “bám” lấy quan điểm truyền thống rằng chức năng của não bộ đơn thuần giống như một cỗ máy tế bào mã hoá các tín hiệu liên quan đến nhận thức. Khi đó, não tiếp nhận kích thích thông qua giác quan, xử lý xung thần kinh và truyền tín hiệu phản ứng đến cơ quan tiếp nhận chịu trách nhiệm thực hiện hành động. Thực tế cho thấy, quy trình phân tích thông tin trên não bộ còn vô vàn bí ẩn. Những thử nghiệm gần đây tiết lộ, khi não bộ tiếp nhận thông tin liên tục “thành những hàng dài xung điện chờ đến lượt xử lý”, hệ thống neuron với bản chất là tế bào mang chức năng truyền dẫn các xung điện dường như có thời điểm... ngừng hoạt động.
 |
| Chiếc máy áo giác kết hợp AI, thực tế ảo và công nghệ mã hóa dự đoán. |
Sự “nghỉ” truyền xung điện qua các neuron tiếp theo trên sợi trục, nhưng lượng dữ liệu được xử lý và tín hiệu phản ứng vẫn thông suốt theo cơ chế chỉ huy từ trên xuống dưới, ám chỉ một điểm mờ nào đó trong hoạt động của não bộ. Nhằm mở rộng quan niệm cổ điển về não bộ, ý tưởng “bộ não Bayes” xuất hiện, lập luận rằng có một cấu trúc ẩn sâu đằng sau hành vi của não liên quan tới suy luận và dự đoán. Cái tên Bayes xuất phát từ một kiểu suy luận thống kê mà trong đó các quan sát hay bằng chứng được dùng để cập nhật hoặc suy luận ra xác suất cho việc một giả thuyết có thể là đúng. Số đông ủng hộ giả thuyết này tin rằng não không làm gì khác hơn là dự đoán tương lai dựa vào một cơ chế “nội bộ” giữa hệ thống neuron chằng chịt, từ đó tạo ra hàng loạt các phương án phù hợp nhất cho từng tình huống.
Não cũng học hỏi rất nhanh từ các trải nghiệm trong quá khứ, để phân tích dữ liệu thu nhận và tạo ra suy đoán chính xác nhất, giúp cơ thể phản ứng hiệu quả trước các tác nhân từ môi trường sống. Từ đây, một số chuyên gia khẳng định nhận thức thực chất là một dạng ảo giác có kiểm soát. Thay vì “ngồi chờ” xung điện, não luôn ở trạng thái kích hoạt 24/24, hình thành những giả thuyết về thế giới xung quanh, dùng chính suy luận dạng này để tạo nên trải nghiệm cũng như lấp đầy khoảng trống thiếu hiểu biết về một sự kiện nào đó. Đặc biệt hơn, vai trò của vỏ não thị giác rất quan trọng, không chỉ giúp nhận thức các sự kiện hiện tại, mà còn sử dụng các kinh nghiệm trong quá khứ để xây dựng nhận thức về những sự kiện trong tương lai.
Con mắt... cảm giác
Liệu có phải não bộ chính là “con mắt cảm giác” đem lại hình ảnh tương lai ở tốc độ nhanh hơn so với thực tế, để bù đắp lại cho sự hữu hạn của thị lực, hay “con mắt bình thường” của con người? Các thí nghiệm về nhận thức và năng lực điều hướng chuyển động cho thấy nhiều bằng chứng rõ ràng nhất về mã hoá dự đoán. Ví dụ như, thông qua việc quét ảnh cộng hưởng từ chức năng (fMRI) để lập bản đồ hoạt động của não khi nhìn thấy một chấm màu trắng đi qua màn hình, giới nghiên cứu phát hiện não bộ của tình nguyện viên đã tự sản sinh ra những hình ảnh dự báo chính xác chuỗi chuyển động của dấu chấm. Vỏ não thị giác bị kích thích, bộ phận cảm giác nhận thức trong não được kích hoạt. Điểm thú vị liên quan tới tốc độ dự đoán của não bộ nhanh gấp đôi tốc độ diễn ra sự việc trên thực tế.
Không chỉ dừng lại ở nhận thức, các nghiên cứu tiếp theo tập trung vào năng lực dự đoán của não đối với quá trình tạo sự chú ý và đưa ra quyết định. Mã hoá dự đoán xuất hiện trên vùng vỏ não trước trán, làm nhiệm vụ đặt mục tiêu và hướng dẫn hành động qua những hoạt động tương quan với hệ thần kinh vòng viền. Nhiều nhà khoa học còn giả định mã hoá dự đoán có thể chi phối cảm xúc hoặc tâm trạng của con người. Đó là thời điểm não bộ giảm đến mức thấp nhất sai số dự báo về những chỉ số bên trong cơ thể như nhiệt độ, nhịp tim hay huyết áp. Một khi não phát hiện có dấu hiệu kích thích, nó sẽ đưa ra phán đoán các chỉ số sẽ tăng lên, trước khi “tưởng tượng” ra một cái kết cho những sự việc xung quanh ngay từ lúc sự kiện ấy đang diễn ra.
 |
| Khám phá ra năng lực mã hóa dự đoán giúp khoa học tìm thấy hướng đi cho con đường nghiên cứu tâm thần học thần kinh. |
Khám phá ra năng lực mã hoá dự đoán giúp khoa học tìm thấy hướng đi cho con đường nghiên cứu tâm thần học thần kinh - một nhánh của y học liên quan đến các rối loạn tâm thần do các bệnh của hệ thống thần kinh. Chẳng hạn, chứng tự kỷ có thể xuất hiện khi não bộ mất khả năng “phớt lờ” sai số dự báo trong các chuỗi tín hiệu giác quan ở giai đoạn đầu trong chu trình xử lý dữ liệu của não bộ. Còn nếu não quá chú ý tới những dự đoán của chính nó, nhưng lại bỏ qua các tín hiệu cho thấy thực tế khác biệt so với dự đoán, ảo giác sẽ xuất hiện. Trong đó, tâm thần phân liệt là một rối loạn tâm thần đặc trưng bởi một sự suy giảm quá trình suy nghĩ và sự thiếu hụt các đáp ứng cảm xúc điển hình.
Chưa dừng lại ở đó, khoa học tỏ ra hào hứng trước tiềm năng của mã hoá dự đoán trong học máy - một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo (AI) liên quan đến việc nghiên cứu và xây dựng các kĩ thuật cho phép các hệ thống “học” tự động từ dữ liệu để giải quyết những vấn đề cụ thể. Ví dụ, đại học Sussex đã kết hợp AI, thực tế ảo và công nghệ mã hoá dự đoán trong chiếc máy ảo giác, cho phép mô phỏng các trạng thái ảo giác gây ra bởi chất thức thần. Ngoài ra, công ty DeepMind vừa phát triển thành công phần mềm AI có thể dự đoán chính xác cấu trúc của protein sau quá trình cuộn gập, giải mã thử thách lớn ngáng đường khoa học suốt 50 năm nay về các loại bệnh tật liên quan tới chức năng hoạt động của protein...
