Chúng tôi biết rất nhiều, nhưng không đủ, về cách tất cả các bánh răng khớp với nhau. Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

Các quyết định trải rộng trên một phạm vi rộng lớn phức tạp. Có những cái rất đơn giản: Tôi có muốn một quả táo hoặc một miếng bánh với bữa trưa của mình không? Sau đó, có những cái phức tạp hơn nhiều: Tôi nên mua chiếc xe nào, hoặc nên chọn nghề nghiệp nào?

Các nhà thần kinh học như tôi đã xác định được một số phần riêng lẻ của bộ não góp phần đưa ra quyết định như thế này. Những khu vực khác nhau xử lý âm thanh, điểm tham quan hoặc thích hợp kiến thức trước. Nhưng hiểu làm thế nào những người chơi cá nhân này làm việc cùng nhau như một đội vẫn là một thách thức, không chỉ trong việc hiểu quyết định, mà còn cho toàn bộ lĩnh vực khoa học thần kinh.

Một phần lý do là cho đến nay, khoa học thần kinh đã vận hành theo mô hình nghiên cứu khoa học truyền thống: Các phòng thí nghiệm riêng lẻ tự hoạt động, thường tập trung vào một hoặc một vài vùng não. Điều đó gây khó khăn cho bất kỳ nhà nghiên cứu nào trong việc giải thích dữ liệu được thu thập bởi một phòng thí nghiệm khác, bởi vì tất cả chúng ta đều có những khác biệt nhỏ trong cách chúng ta chạy thử nghiệm.

Chẳng hạn, các nhà thần kinh học nghiên cứu ra quyết định thiết lập tất cả các loại trò chơi khác nhau cho động vật chơi, và chúng tôi thu thập dữ liệu về những gì diễn ra trong não khi con vật di chuyển. Khi mọi người có một thiết lập và phương pháp thử nghiệm khác nhau, chúng tôi không thể xác định liệu kết quả từ phòng thí nghiệm khác có phải là manh mối về điều gì đó thú vị thực sự xảy ra trong não hay chỉ là sản phẩm phụ của sự khác biệt về thiết bị.

Sáng kiến ​​BRAIN, mà chính quyền Obama đưa ra trong 2013, bắt đầu khuyến khích kiểu hợp tác mà khoa học thần kinh cần. Tôi chỉ nghĩ rằng nó đã không đi đủ xa. Vì vậy, tôi đồng sáng lập một dự án gọi là Phòng thí nghiệm não quốc tế - một phòng thí nghiệm ảo lớn bao gồm nhiều phòng thí nghiệm tại các tổ chức khác nhau - để cho thấy rằng câu tục ngữ một mình chúng ta đi rất nhanh, cùng nhau chúng ta đi xa, rất đúng với khoa học thần kinh. Câu hỏi đầu tiên về sự hợp tác đang giải quyết tập trung vào việc ra quyết định của bộ não.

Nhóm quyết định của bộ não

Các phòng thí nghiệm khoa học thần kinh cá nhân đã phát hiện ra rất nhiều về cách các khu vực não cụ thể đóng góp vào việc ra quyết định.

Giả sử bạn đang chọn giữa một quả táo hoặc một miếng bánh để đi ăn trưa. Đầu tiên, bạn cần biết rằng táo và bánh là hai lựa chọn. Điều đó đòi hỏi phải có hành động từ các vùng não xử lý thông tin cảm giác - mắt bạn nhìn thấy làn da đỏ tươi của quả táo, trong khi mũi bạn có mùi bánh ngọt.

Những khu vực cảm giác thường kết nối với những gì chúng ta gọi là khu vực liên kết. Các nhà nghiên cứu có truyền thống nghĩ rằng họ đóng một vai trò trong đưa những mẩu thông tin khác nhau cùng với nhau. Bằng cách đối chiếu thông tin từ mắt, tai và vân vân, các khu vực kết hợp có thể cho kết hợp chặt chẽ hơn, xem hình lớn về những gì đang xảy ra trên thế giới.

Và tại sao chọn một hành động hơn một hành động khác? Đó là một câu hỏi cho bộ não mạch thưởng, đó là quan trọng trong cân nhắc giá trị của các lựa chọn khác nhau. Bạn biết rằng bánh bây giờ sẽ có hương vị thơm ngon ngọt ngào, nhưng bạn có thể hối tiếc khi bạn đến phòng tập thể dục sau này.

Sau đó, có vỏ não phía trước, được cho là chơi một vai trò kiểm soát hành động tự nguyện. Nghiên cứu cho thấy nó liên quan đến việc cam kết một hành động cụ thể một khi có đủ thông tin đến. Đó là một phần của bộ não có thể cho bạn biết miếng bánh có mùi thơm đến nỗi nó xứng đáng với tất cả lượng calo.

Hiểu cách các vùng não khác nhau này thường hoạt động cùng nhau để đưa ra quyết định có thể giúp hiểu được những gì xảy ra trong não bị bệnh. Bệnh nhân mắc các rối loạn như tự kỷ, tâm thần phân liệt và bệnh Parkinson thường sử dụng thông tin cảm giác theo một cách khác thường, đặc biệt là nếu nó phức tạp và không chắc chắn. Nghiên cứu về việc ra quyết định cũng có thể thông báo điều trị cho bệnh nhân mắc các rối loạn khác, chẳng hạn như lạm dụng chất gây nghiện và nghiện. Thật, nghiện có lẽ là một ví dụ điển hình làm thế nào để ra quyết định có thể đi rất sai.

Một phòng thí nghiệm hợp tác lan rộng khắp thế giới

Ngay bây giờ, các nhà khoa học thần kinh đang chụp rất nhiều ảnh chụp nhanh về những gì xảy ra trong các khu vực cụ thể của não khi đưa ra quyết định. Nhưng chúng không phối hợp với nhau nhiều, vì vậy những mảnh ghép này không khớp với nhau để cho chúng ta bức tranh lớn về việc ra quyết định mà chúng ta cần.

Đó là lý do tại sao một nhóm chúng tôi tham gia để thành lập Phòng thí nghiệm não quốc tế. Với sự hỗ trợ từ Cơ sở điều phối tin học thần kinh quốc tế, Wellcome Trust và Quỹ Simons (cũng là nhà tài trợ của The Convers US), chúng tôi đặt mục tiêu tạo ra bức tranh lớn đó bằng cách thiết kế một thí nghiệm quy mô lớn sử dụng chính phương pháp tương tự để nghiên cứu nhiều vùng não khác nhau. Bởi vì bộ não rất phức tạp, chúng tôi cần chuyên môn của nhiều phòng thí nghiệm khác nhau mà mỗi phòng chuyên môn trong các lĩnh vực não cụ thể. Nhưng chúng ta cần chúng phối hợp và sử dụng cùng một cách tiếp cận để chúng ta có thể đặt tất cả các mảnh khác nhau của bức tranh lại với nhau.

Chúng tôi đang tập hợp một nhóm các nhà khoa học 21, những người sẽ làm việc rất chặt chẽ để hiểu cách hàng tỷ tế bào thần kinh phối hợp với nhau trong một bộ não để đưa ra quyết định. Khoảng một chục phòng thí nghiệm khác nhau, mỗi phòng thí nghiệm sẽ thực hiện một phần của một thí nghiệm lớn bằng cách đo hoạt động của tế bào thần kinh ở động vật tham gia vào cùng một trò chơi. Các thành viên trong nhóm của chúng tôi sẽ ghi lại hoạt động từ hàng trăm tế bào thần kinh trong não của mỗi con vật. Chúng tôi sẽ thu thập hàng chục ngàn bản ghi nơ-ron mà chúng ta có thể phân tích cùng nhau.

Giữ cho nó đơn giản

Trong các quyết định trong thế giới thực, bạn đang kết hợp nhiều thông tin khác nhau - tín hiệu cảm giác, kiến ​​thức nội bộ của bạn về những gì bổ ích, những gì rủi ro. Nhưng thực hiện điều đó trong một bối cảnh phòng thí nghiệm là khá khó khăn.

Chúng tôi hy vọng sẽ tạo lại trải nghiệm tìm kiếm thức ăn tự nhiên của một con chuột. Trong cuộc sống thực, có rất nhiều con đường khác nhau mà một con vật có thể đi khi nó điều hướng thế giới tìm kiếm thứ gì đó để ăn. Nó muốn tìm thức ăn, vì thức ăn là bổ ích. Nó sử dụng các tín hiệu cảm giác đến, như, Oh Oh, tôi thấy một con dế ở đằng kia! Một con vật có thể kết hợp điều đó với một phần thưởng, như, tôi biết khu vực này có những bụi cây mọng nước, tôi nhớ rằng từ hôm qua, vì vậy tôi nhớ Tôi sẽ đến đó. Lần hay, tôi biết ở đây có một con mèo lần trước, vì vậy tôi nên tránh khu vực đó.

Ở lần đầu tiên, thiết lập chúng tôi đang sử dụng cho Phòng thí nghiệm Não quốc tế trông không tự nhiên chút nào. Chuột có một thiết bị nhỏ mà nó sử dụng để báo cáo quyết định - thực ra đó là bánh xe từ bộ Lego. Ví dụ, nó có thể học được rằng khi nó nhìn thấy một hình ảnh của cách tử dọc và xoay bánh xe cho đến khi hình ảnh được căn giữa, nó sẽ nhận được phần thưởng. Nếu bạn nghĩ về việc tìm kiếm thức ăn là gì - khám phá môi trường, cố gắng tìm kiếm phần thưởng, sử dụng tín hiệu cảm giác và kiến ​​thức trước - hoạt động bánh xe Lego đơn giản này sẽ nắm bắt được bản chất của nó.

Chúng tôi thực sự phải suy nghĩ về sự đánh đổi giữa việc có một hành vi đủ phức tạp để cung cấp cho chúng tôi cái nhìn sâu sắc về các tính toán thần kinh thú vị, và một điều đủ đơn giản để có thể thực hiện theo cách tương tự trong nhiều phòng thí nghiệm khác nhau. Sự cân bằng mà chúng tôi đạt được là một nhiệm vụ ra quyết định bắt đầu đơn giản và ngày càng trở nên phức tạp hơn khi một động vật riêng lẻ đạt được các giai đoạn huấn luyện khác nhau.

Ngay cả trong giai đoạn đơn giản nhất, rất sớm nhất mà chúng ta đang xem xét, nơi mà các động vật chỉ đang thực hiện các động tác tự nguyện, chúng sẽ quyết định khi nào thực hiện một phong trào để thu hoạch phần thưởng. Tôi chắc rằng chúng ta có thể tiến xa hơn, nhưng ngay cả khi chúng ta đi xa, có các phép đo thần kinh từ khắp bộ não trong một hành vi đơn giản như thế này sẽ rất thú vị. Chúng tôi không biết làm thế nào nó xảy ra trong não mà bạn quyết định khi nào thực hiện một hành động cụ thể và cách thực hiện hành động đó. Có các phép đo thần kinh từ khắp bộ não của những gì xảy ra ngay trước khi con vật tự quyết định đi và nhận phần thưởng sẽ là một bước tiến rất lớn.

Lưu ý

Anne Churchland, Phó giáo sư khoa học thần kinh, Phòng thí nghiệm Cảng Xuân lạnh

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon