Vật chất đã tạo ra ý thức như thế nào?

Nhiều nghiên cứu về mạng khoa học thần kinh đã cung cấp cho chúng ta một bức tranh về các hoạt động ý thức đã hình thành như thế nào từ những tương tác (như trong một dàn nhạc) giữa các vùng trong não bộ 1.

Các mạng (network) được quan sát khắp nơi trong đời sống (từ giao thông, đường sắt, đường bộ, mạng www, dải Ngân hà gồm nhiều nút (node) song không có mạng nào phức tạp bằng mạng trong não bộ của chúng ta.

Trong não bộ có nhiều vùng, ví dụ thùy thái dương (temporal lobe) là vùng đặc dụng của thính giác gắn liền với bộ nhớ, thùy chẩm (occipital) sau đầu gắn liền với thị giác. Chính các vùng đặc trưng đó khi tương tác với nhau làm nên phạm trù là chính chúng ta. Các nhà khoa học đã sử dụng lý thuyết các giản đồ (theory of graph) để nghiên cứu mạng do các vùng tạo nên và tìm hiểu các nhiệm vụ ý thức (cognitive task) như cảm giác (sensing), hồi ức (remembering), ra quyết định (making decision), học những kỹ năng mới (learning new skill) và cách thức chuyển động (movement)… Người ta thấy rằng các vùng trong não bộ đóng những vai trò và có những nhiệm vụ khác nhau.

Và điều có ý nghĩa sâu sắc là bộ não – tạo nên những con người có ý thức. Não bộ gồm khoảng 100 tỷ neuron với 100 triệu triệu đoạn liên hợp thần kinh gọi là synapse.

Mạng khoa học thần kinh (network neuroscience) có mục tiêu mô tả tính phức tạp đó. Người ta dùng lý thuyết graph với các nút (node) và các đường nối (edge). Node là những đơn vị của mạng như neuron (xem như sân bay) còn các đường nối là những đường giữa các node (xem như đường bay).

Não bộ là một graph chứa 300 node, nhiều vùng được nối với nhau bởi các đường nối. Bức tranh này cho ta một hình ảnh về cách hoạt động của ý thức (cognitive functioning). Điều này giúp ích rất nhiều trong chẩn đoán (diagnose) và điều trị các bệnh về thần kinh, giúp hiểu nhiều về trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence AI) và các liệu pháp di truyền (genetic therapies).

Âm nhạc của bộ não

Để hiểu bằng cách nào mạng tạo nên ý thức con người ta hãy xem sự hoạt động của một dàn nhạc giao hưởng. Bộ não gồm nhiều vùng ứng với trong dàn nhạc gồm nhiều bộ kèn đồng (brass), bộ gõ (percussion), bộ dây (string), bộ kèn gỗ (woodwind). Trong bộ não có nhiều vùng với các phận sự khác nhau: thấy (vision), chuyển động (motion), cảm giác (emotion),… Như thế cũng chưa nói được bộ não đã hoạt động như thế nào cũng như các bộ trong dàn nhạc chưa là một bản nhạc giao hưởng.

Chúng ta cần phải nghiên cứu các vùng bộ não đã phối hợp thế nào trong mạng. Ta biết rằng các bộ trong dàn nhạc chưa phải là âm nhạc. Cần phải có một hoạt động hiệp đồng (functional connectivity) mới biểu diễn được một bản giao hưởng.

Tính modular (Modularity)

Giống như trong một dàn nhạc gồm nhiều nhóm nhạc cụ bộ não cũng được phân chia thành nhiều nhóm các node gọi là module và như vậy bộ não được gọi là có tính modular. Bộ não có cả thảy 7 module cơ bản. Các node trong cùng một  module liên kết với nhau mạnh hơn so với node trong module khác (xem hình 1).

Mỗi module trong não bộ có một nhóm nhiệm vụ (task) giống như trong dàn nhạc giao hưởng mỗi nhóm nhạc cụ có một số trách nhiệm.

Một số module gắn liền với các nhiệm vụ như: lưu ý (attention), hồi tưởng (memory),… các module khác gắn liền với thính giác (hearing), chuyển động (motion), thị giác (vision).

Mặc dầu các module có thể hoạt động độc lập song muốn có một bản nhạc, các module phải hoạt động hiệp đồng.

Ví dụ muốn nhớ một số điện thoại cần sự hợp tác giữa các module: nghe (auditory), sự chú ý (attention) và xử lý ký ức (memory-processing). Để tích hợp và kiểm tra sự hoạt động của nhiều module não bộ hình thành các nút gọi là hub (có nghĩa trục, trung tâm), tại đấy nhiều đường liên kết từ các module khác nhau gặp nhau (xem hình 2).

Nhiệm vụ bộ não là giải mã hơn 100 triệu triệu message (tin nhắn). Bảy module cơ bản của bộ não được tô bằng 7 màu khác nhau (xem hình 3).

Các hub liên kết (xem hình 1) có liên kết mạnh nhất với các module khác.

Giản đồ các nút (node) và đường nối (edge) cho ta thấy các hub liên kết (được biểu diễn bởi những đường tròn nhỏ trên hình 2). Các nút được xem như những magnet đẩy nhau với các đường nối (edge) có tác động như những lò xo nối chúng với nhau.

Để tích hợp và kiểm tra hoạt động của các module não bộ sử dụng yếu tố gọi là hub – vốn là những nút mà ở đấy các liên kết giữa các module gặp nhau.

Trên đây là 7 module cơ bản với các nhiệm vụ (task) (xem hình 4).

Các hub liên kết (xem hình 1) có liên kết mạnh nhất với các module khác.

Giản đồ các nút (node) và đường nối (edge) cho ta thấy các hub liên kết (được biểu diễn bởi những đường tròn nhỏ trên hình 2). Các nút được xem như những magnet đẩy nhau với các đường nối (edge) có tác động như những lò xo nối chúng với nhau.

Để tích hợp và kiểm tra hoạt động của các module não bộ sử dụng yếu tố gọi là hub – vốn là những nút mà ở đấy các liên kết giữa các module gặp nhau.

Trên đây là 7 module cơ bản với các nhiệm vụ (task) (xem hình 4).

Ta có 7 module: 1- thị giác (visual), 2- chú ý (attention), 3- kiểm tra trán vách (frontoparietal), 4- chuyển động sinh dưỡng (somatic motor), 5- nổi bật (salience), 6- mặc định (default), 7- các tứ chi (limbic).

Hình 4 là hình các module và bên trái có ghi các nhiệm vụ của chúng (task).

Quá trình tạo nên ý thức con người là một quá trình phức tạp. Nhờ lý thuyết graph với những yếu tố node, edge, hub với những module và những tương tác (liên kết) khác nhau người ta dần dần hiểu được bản nhạc giao hưởng trong não bộ đã được vang lên như thế nào để thực hiện các chức năng ý thức của con người.□

Tài liệu tham khảo

¹ Max Bertolero and Danielle S. Bassett, “How matter becomes mind”, Scientific American số tháng 9/2019

² Maxwell A. Bertolero, , B.T. Thomas Yeo, Danielle S. Bassett,

Mark D’Esposito1, “A mechanistic model of connector hubs, modularity, and cognition”.