Nobel Y Sinh 2014: khám phá hệ thống định vị trong não

Các nhà khoa học đoạt giải Nobel Y Sinh năm nay - Ảnh: AFP

Làm sao chúng ta biết được mình đang ở đâu? Làm sao chúng ta tìm được đường từ nơi này sang nơi khác? Làm sao chúng ta lưu trữ thông tin về những con đường...

Những nhà khoa học đoạt giải Nobel Y Sinh năm 2014 đã khám phá ra một hệ thống định vị, cỗ máy GPS trong não giúp chúng ta có khả năng định hướng được bản thân trong khoảng không.

Năm 1971, John O’Keefe (quốc tịch Anh-Mỹ) đã khám phá ra bộ phận cấu thành đầu tiên của hệ thống định vị trong não. Trong một thí nghiệm trên chuột, ông tìm thấy một loại tế bào thần kinh trong khu vực của não gọi là hồi hải mã (hippocampus).

Theo Ủy ban Nobel, vào những năm 1960, John O’Keefe bị mê hoặc bởi vấn đề là làm sao não có thể kiểm soát được hành vi. Ông quyết định giải quyết các câu hỏi này bằng các phương pháp sinh lý thần kinh.

Khi ghi lại các tín hiệu từ các tế bào thần kinh cá nhân ở một phần của bộ não gọi là hồi hải mã ở chuột di chuyển tự do trong một căn phòng, ông phát hiện ra rằng các tế bào thần kinh nhất định đã được kích hoạt khi chuột cảm nhận một vị trí cụ thể trong môi trường xung quanh.

Ông cho rằng những tế bào địa điểm này không ghi nhận việc tiếp thu hình ảnh mà là xây dựng một bản đồ bên trong não về môi trường xung quanh.

Ông kết luận rằng hồi hải mã tạo ra vô số bản đồ. Vì vậy, ký ức về môi trường xung quanh được lưu lại dưới một sự kết hợp cụ thể các hoạt động của tế bào trong hồi hải mã.  

Hơn 3 thập kỷ sau, vào năm 2005, May-Britt và Edvard Moser (quốc tịch Na Uy) đã phát hiện một phần quan trọng khác của hệ thống định vị não. Họ xác định một loại tế bào thần kinh khác mà họ gọi là “những tế bào lưới”, tạo ra một hệ thống điều phối và cho phép định vị và dẫn đường chính xác.

Nghiên cứu về sau này của họ cho thấy các “tế bào địa điểm” và “tế bào lưới” có khả năng xác định vị trí và điều hướng.

Cảm nhận về địa điểm và khả năng định vị rất quan trọng đối với sự tồn tại của con người. Cảm nhận này cho chúng ta một khái niệm về vị trí trong môi trường xung quanh.

Trong quá trình định vị, có sự kết nối giữa sự cảm nhận khoảng cách dựa trên chuyển động và nhận thức về những vị trí biết được trước đó. Các câu hỏi về địa điểm và định vị đã khiến các nhà triết học và khoa học đau đầu từ lâu.

Hơn 200 năm trước, nhà triết học người Đức Immanuel Kant đã tranh luận rằng một số khả năng tâm thần tồn tại dưới dạng kiến thức chứ không phải trải nghiệm độc lập. Ông coi khái niệm về không gian là nguyên tắc sẵn có của trí tuệ.

Với sự tiến bộ của tâm lý học ứng xử vào giữa thế kỷ 20, những câu hỏi này có thể được giải quyết thông qua các thí nghiệm.

Khi nhà tâm lý học người Mỹ Edward Tolman thí nghiệm chuột chạy trong một mê cung, ông ta phát hiện rằng chúng có thể học được cách định vị và một bản đồ được hình thành trong não của chúng, cho phép chúng tìm thấy đường đi. Nhưng câu hỏi vẫn còn đó: Làm sao một bản đồ như vậy hiện diện trong não? 

Khám phá của ba nhà khoa học trên đã giải quyết vấn đề mà các nhà triết học và khoa học nhiều thế kỷ qua thắc mắc, đó là làm cách nào não có thể tạo ra một bản đồ về không gian xung quanh chúng ta và làm cách nào chúng ta có thể định hướng được đường đi trong một môi trường phức tạp.