- Đã xác nhận rằng các mẫu hoạt động điện có cấu trúc tồn tại ngay từ giai đoạn phát triển não bộ ban đầu của con người, trước cả trải nghiệm cảm giác
- Nhóm nghiên cứu UC Santa Cruz đã sử dụng organoid não (brain organoid) để quan sát hoạt động thần kinh sớm này
- Các tế bào cho thấy cấu trúc tự chủ hình thành mạch và tương tác với nhau ngay cả khi không có kích thích bên ngoài
- Mẫu này được cấu thành từ các chuỗi tín hiệu dựa trên thời gian tương tự ‘chế độ mặc định (default mode)’ của não người
- Phát hiện này mở ra những khả năng mới cho chẩn đoán và điều trị rối loạn phát triển thần kinh, cũng như đánh giá tác động của các chất độc hại
Hoạt động tự tổ chức của não bộ giai đoạn đầu
- Nhóm nghiên cứu đã quan sát hoạt động điện não trước trải nghiệm cảm giác, trong quá trình tìm hiểu tư duy của con người bắt đầu khi nào và như thế nào
- Nhóm tại UC Santa Cruz đã sử dụng organoid não 3D được tạo từ tế bào gốc người
- Các organoid này tự hình thành mạch và phát ra tín hiệu điện ngay cả khi không có đầu vào cảm giác từ bên ngoài
- Giáo sư Tal Sharf giải thích: “Các tế bào đã tương tác với nhau và hình thành mạch từ trước khi có trải nghiệm về thế giới bên ngoài”
- Ông ví điều này như một ‘hệ điều hành (operating system) ở trạng thái nguyên thủy’, và nghiên cứu cấu trúc của não trước khi nó được định hình bởi trải nghiệm cảm giác
Phương pháp nghiên cứu và công nghệ
- Nhóm nghiên cứu đã sử dụng chip mảng vi điện cực dựa trên CMOS để đo hoạt động điện của từng nơ-ron đơn lẻ bên trong organoid
- Con chip này tích hợp hàng nghìn bộ khuếch đại siêu nhỏ, giúp ghi nhận chính xác tín hiệu từ các mạch thần kinh đã được hình thành trước đó
- Organoid là mô hình mô 3D có nguồn gốc từ tế bào gốc phôi người, mang lại lợi thế về đạo đức và kỹ thuật cho nghiên cứu phát triển não bộ
- Nhóm Braingeneers tại UC Santa Cruz đã phát triển mô hình này với sự hợp tác của UC San Francisco và UC Santa Barbara
- Phòng thí nghiệm của Sharf hiện đang phát triển công nghệ giao diện thần kinh mới kết hợp vật lý, khoa học vật liệu và kỹ thuật điện
Tạo mẫu và chế độ mặc định của não
- Nhóm nghiên cứu quan sát thấy organoid tạo ra các mẫu tín hiệu điện tự phát trong vòng vài tháng trước khi nhận đầu vào cảm giác
- Những tín hiệu này đã xuất hiện từ giai đoạn trước khi xử lý thông tin cảm giác phức tạp như thị giác hay thính giác
- Sự phát xung của nơ-ron không phải ngẫu nhiên mà tuân theo một mẫu có cấu trúc gọi là ‘chế độ mặc định (default mode)’
- Chế độ mặc định này cung cấp khung phạm vi phản ứng khả dĩ để não có thể xử lý các kích thích cảm giác trong tương lai
- Các mẫu ban đầu quan sát được trong organoid cho thấy chuỗi tín hiệu dựa trên thời gian tương tự với chế độ mặc định của não người thực tế
- Điều này gợi ý sự tồn tại của bản thiết kế thần kinh (blueprint) được mã hóa về mặt di truyền
Ý nghĩa tiến hóa và y học
- Nhóm nghiên cứu giải thích rằng hệ thống tự tổ chức như vậy có thể hình thành cấu trúc nền tảng cho nhận thức về thế giới
- Họ cho rằng trong quá trình tiến hóa, hệ thần kinh trung ương có thể đã xây dựng trước một bản đồ (map) cho phép khám phá và tương tác với thế giới
- Vì organoid tái hiện được cấu trúc cơ bản của não thật, nó có thể được ứng dụng trong nghiên cứu bệnh lý phát triển thần kinh và phân tích tác động của chất độc hại
- Sharf cho biết các động lực thần kinh phức tạp này có thể góp phần phát hiện sớm dấu hiệu bệnh lý và phát triển liệu pháp điều trị
- Về sau, điều này có tiềm năng dẫn tới sự phát triển của thuốc, chỉnh sửa gene và công nghệ sàng lọc tốc độ cao
Hợp tác nghiên cứu và các tổ chức tham gia
- Nghiên cứu này có sự tham gia của UC Santa Barbara, Washington University in St. Louis, Johns Hopkins University, University Medical Center Hamburg-Eppendorf, ETH Zurich
- Thông qua mô hình organoid, nhóm nghiên cứu đang khảo sát chi tiết giai đoạn đầu của sự phát triển não người và cơ chế hình thành mạch thần kinh
1 bình luận
Ý kiến Hacker News
Một số loài động vật ngay từ khi sinh ra đã sẵn sàng di chuyển ngay
Những loài như vậy được gọi là động vật precocial, và chúng biết cách đi lại ngay khi mới chào đời
Ví dụ, ngựa con có thể đứng dậy trong vòng một giờ sau khi sinh, và sau một ngày thì có thể chạy cùng đàn
Tuy nhiên, cách nằm xuống lại không được lập trình theo bản năng, nên lúc đầu ta thường thấy chúng ngã phịch xuống một cách vụng về
Ngựa và các loài gặm nhấm như hải ly thuộc kiểu này, còn lợn thì có, nhưng khỉ thì không. Điều này không liên quan nhiều đến hệ phát sinh tiến hóa
Chúng có nguồn gốc từ St Johns Water Dog và mang những đặc điểm thích nghi với nước như đuôi rái cá, lông dầu và chân có màng
Một số dòng có thể bơi rất giỏi ngay từ khi sinh ra, nhưng lại không nhận thức được rằng mình biết bơi
Vì vậy chúng chần chừ bên mép nước, nhưng nếu vô tình rơi xuống thì sẽ lập tức bơi và tỏ ra thích thú
Tuy vậy không phải mọi con Lab đều như thế, đặc biệt là Lab săn mồi cần huấn luyện thích nghi với nước, nên sự hướng dẫn của chuyên gia là rất quan trọng
Một con ngựa 3 ngày tuổi đã biết đi, còn một con hổ 3 tuổi thì đã là mẹ rồi
Nhưng con người đến khoảng 6 tuổi lại thể hiện những năng lực tinh thần mà không loài nào khác làm được
Do chân chưa đủ khỏe nên chưa thực sự đi được, nhưng nếu bế dựng lên thì chúng sẽ làm động tác bước đi
Bản năng này biến mất vào khoảng 3 tháng tuổi, rồi đến khoảng 1 năm tuổi lại được “học lại”
Nếu ở một hành tinh có trọng lực yếu hơn rất nhiều, có lẽ con người cũng có thể đi ngay từ lúc mới sinh
Vì vậy, khái niệm được chuẩn bị sẵn từ khi sinh ra trên thực tế có thể chỉ là khác biệt về thời điểm bắt đầu học, hơn là sự “sẵn sàng chức năng”
Trẻ sơ sinh của con người cũng có phản xạ bơi (reflex) ngay từ lúc chào đời, nên ranh giới giữa precocial và non-precocial có thể cũng khá mơ hồ
Cả những con non chỉ vài ngày tuổi cũng đã biết luồn mình vào các khe tường để tránh kẻ săn mồi
Nhìn việc con nào cũng hành xử giống nhau bất kể tuổi tác, có thể thấy đây rõ ràng là một mẫu hành vi bản năng
Cơ không tự ý và hệ thần kinh của cơ thể người vốn đã được ‘cấu hình sẵn (preconfigured)’
Tim đập mà không cần phải học, và phần lớn các chức năng sinh lý cũng vận hành theo cách đó
Bài báo liên quan được đăng trên Nature Neuroscience 2025
với tiêu đề “Preconfigured neuronal firing sequences in human brain organoids”
Tiêu đề bài viết dễ gây hiểu lầm
Nghiên cứu thực tế nói rằng mẫu phát hỏa của các tế bào organoid giống với mạng chế độ mặc định của não
Đây không phải bằng chứng của “firmware” hay “mệnh lệnh cài sẵn”, mà có nghĩa là các neuron khi tương tác với nhau sẽ hình thành những mẫu tự nhiên
Tức là nghiên cứu cho thấy organoid có thể được dùng làm mô hình cho nghiên cứu não, nhưng khả năng ứng dụng thực tế thì vẫn chưa rõ
Nghiên cứu này có vẻ ủng hộ lý thuyết “tri giác là ảo giác được kiểm soát”
Đầu vào cảm giác chỉ đóng vai trò hiệu chỉnh xử lý dự đoán (predictive processing) được hình thành qua tiến hóa mà thôi
DNA của con người chỉ dùng khoảng 1.5GB thông tin để cấu thành bộ não và toàn bộ cơ thể
Thật khó tin rằng với lượng thông tin nhỏ như vậy lại có thể tạo ra mạng thần kinh và hành vi phức tạp
Có một sự kỳ bí không thể giải thích chỉ bằng kích thước bit đơn thuần
DNA hoạt động như một khối đầy câu lệnh điều kiện, tự sinh ra chương trình và tương tác với chính nó
Con người khó mà trực giác hiểu được kiểu chương trình tự cấu thành như vậy
lan truyền thành sóng giữa các tế bào và tạo nên một nhịp điệu tự duy trì
Tức là nó hoạt động như một đặc tính tự tổ chức mà không cần “phần mềm” phức tạp
mà chỉ tạo ra kết quả phức tạp từ một vài quy tắc và seed
Vũ trụ cũng có thể là một hiện tượng trồi sinh bắt nguồn từ những quy tắc đơn giản như vậy
Những kích thích bên ngoài như nuôi dạy, ngôn ngữ và tương tác xã hội là thiết yếu
Nếu nuôi con người trong cô lập, chỉ DNA thôi sẽ không hình thành được tư duy mang tính con người
có những trường hợp chỉ với rất ít code mà vẫn tạo ra nhạc và đồ họa phức tạp
Ví dụ như demo 64KB hay thư viện 64k-scene
sự phát triển của con người cũng có thể là kết quả của những quy tắc sinh tạo được nén lại như vậy
Một thí nghiệm tư duy về việc sẽ ra sao nếu một xã hội được hình thành trên hòn đảo chỉ có trẻ sơ sinh nghe rất thú vị
Dĩ nhiên, trẻ sơ sinh loài người không thể sống sót nếu không có người lớn, nhưng gà con thì không như vậy
Gà con ngay từ lúc nở ra đã thể hiện mẫu hành vi hoàn chỉnh
Điều này khiến người ta tưởng tượng nếu nhân loại bị “hard reboot” thì sẽ trông như thế nào
(Đùa thôi, nhưng biết đâu nếu gửi các em bé lên sao Hỏa rồi phát sóng thí nghiệm sinh thái thì sẽ có câu trả lời)
Người ta nói rằng một đứa trẻ lớn lên cùng đàn gà đã hành xử và kêu như gà.
Đây là một ví dụ cho thấy ảnh hưởng của môi trường lớn đến mức nào trong việc hình thành hành vi con người
Geoffrey Hinton trong cuộc trò chuyện với Jon Stewart
đã có một ví von ấn tượng khi xem neuron là những thực thể phát hiện mẫu rồi “ping”
Có cảm giác các neuron đang giao tiếp với nhau kiểu “tôi đã nhận tín hiệu này” và phân chia vai trò
Một cấu trúc giao tiếp được chuẩn bị sẵn như vậy có thể tồn tại ngay cả trước khi có đầu vào cảm giác
Bài báo nói rằng đây không chỉ là những “ping” đơn giản mà là mẫu phát hỏa phức tạp dựa trên thời gian, nên lại càng thuyết phục hơn
Từ lâu khái niệm này đã được chứng minh bằng định lý no-free-lunch
Muốn học được thì phải có tri thức tiên nghiệm hữu ích (prior) về thế giới
Bộ não là hiện thân sinh học của tiền đề đó
Nói cách khác, con người được ‘cấu hình sẵn’ từ khi sinh ra với một cấu trúc có thể học được
Nhưng hiện vẫn đang nghiên cứu xem não người nội tại những giả định nào,
và để áp dụng điều đó vào AI thì vẫn còn rất xa
Có ý kiến nói rằng “khái niệm này Kant đã nói từ lâu rồi”
Kant on Reason – Stanford Encyclopedia of Philosophy
thì câu trả lời an toàn là “Plato chẳng phải đã có rồi sao?”
Innateness in Philosophy – Plato to Aristotle
Bản thân thí nghiệm cũng bị giới hạn bởi những tiền đề của chính nó
Bộ não là một đối tượng kinh nghiệm, nên trực quan thuần túy và các phạm trù là cấu trúc tiên nghiệm có trước kinh nghiệm
Vì vậy không thể rút ra kết luận chắc chắn chỉ từ việc quan sát bộ não,
mà chỉ có thể bàn về các điều kiện nhận thức có trước kinh nghiệm mà thôi