Sản xuất bởi: Science Popularization China
Sản xuất bởi: Zhou Yingying (Trung tâm Xuất sắc về Khoa học Não bộ và Công nghệ Trí tuệ, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc)
Nhà sản xuất: Trung tâm thông tin mạng máy tính, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc
Chúng tôi thường được hỏi: "Bạn đang nghĩ gì trong đầu vậy?"
Nếu các cơ quan của con người có thể nói chuyện, thì khi nghe câu hỏi này, có lẽ trái tim sẽ nói: "Cái gì? Tôi thậm chí còn không có khả năng suy nghĩ!"
Bộ não có thể cảm thấy tức giận hơn nữa: "Tại sao lại hỏi trái tim mình đang nghĩ gì? Rõ ràng là tôi! Tôi mới là người đã 'suy nghĩ' suốt thời gian qua!"
Nguồn hình ảnh: veer gallery
Bộ não thực sự mang theo suy nghĩ "suy nghĩ".
Do có khả năng "suy nghĩ", não bộ, một cơ quan chỉ chiếm 2% trọng lượng cơ thể con người, lại tiêu thụ tới 20% lượng oxy tiêu thụ của cơ thể và 17% ATP (năng lượng) của cơ thể, nên được gọi là "CPU" của cơ thể con người.
Nó có cấu trúc mạng lưới nơ-ron phức tạp nhất và cũng là "sự tồn tại" có sức mạnh tính toán mạnh nhất được biết đến trên thế giới.
Vào ngày 15 tháng 3 năm 2016, kỳ thủ cờ vây nổi tiếng Lee Sedol đã đấu với Google AlphaGo. Mặc dù cuối cùng ông thua AlphaGo với tỷ số 1:4, trò chơi này đòi hỏi sức mạnh tính toán của 1.202 CPU, 176 GPU và hơn 100 nhà khoa học, trong khi Lee Sedol chỉ cần bộ não của mình và một tách cà phê.
Bạn có tò mò về cách bộ não đạt được khả năng tính toán và truyền tải thông tin tốc độ cao không?
Nó có gì kỳ diệu thế?
Trong mạng lưới đan xen này, các tế bào thần kinh tiết lộ những "bí mật" vô tận (Nguồn ảnh: veer Gallery)
“Bản đồ” não trông như thế nào?
Bộ não của chúng ta được tạo thành từ 14 tỷ tế bào thần kinh, giống như một đại dương đang dâng trào, hoạt động vì chúng ta 24 giờ một ngày. Các vùng não khác nhau có trật tự rất chặt chẽ, mỗi vùng có chức năng riêng, điều chỉnh cơ thể chúng ta một cách chính xác.
Trong cấu trúc não bộ của con người, vỏ não là trung tâm cao nhất của toàn bộ hệ thần kinh trung ương, trình độ tiến hóa cao của vỏ não cũng là dấu hiệu tiến hóa của động vật có vú.
Cấu trúc và chức năng chính của vỏ não (Nguồn hình ảnh: Wikipedia-Vỏ não, do tác giả biên tập)
Khi nói về não, chúng ta thường nhắc đến vỏ não và một số cấu trúc quan trọng bên dưới vỏ não, chẳng hạn như hồi vành đai, hạch nền, hệ viền, vùng tegmental bụng, v.v.
Như thể hiện trong hình, ngoài đại não, não người còn bao gồm các cấu trúc như thể chai, não giữa, cầu não, tiểu não và tủy sống, cùng nhau tạo nên hệ thần kinh trung ương của chúng ta.
Cấu trúc và chức năng chính của não người (Nguồn hình ảnh: Principles of Neurobiology, do tác giả biên soạn)
Bạn có nhớ cảnh "tự sát bằng súng" thường thấy trong các bộ phim truyền hình không? Trên thực tế, nòng súng ở cổ họng hướng về phần hành tủy của thân não, và hành tủy là vùng não quan trọng điều chỉnh quá trình hô hấp, nhịp tim và tiêu hóa của chúng ta. Một khi hành tủy bị phá hủy, người đó sẽ mất mạng ngay lập tức.
Vì vậy, khi gặp nguy hiểm, chúng ta phải bảo vệ phần sau đầu của mình!
Trong tai nạn, nếu tủy sống bị tổn thương, con đường kết nối não và cơ thể sẽ bị cắt đứt. Bộ não không thể tiếp nhận thông tin cảm giác từ cơ thể cũng như không thể gửi các lệnh vận động đến cơ thể, dẫn đến tình trạng liệt nửa người. Vì vậy, tại hiện trường tai nạn giao thông hoặc ngã ngoài ý muốn, cần chú ý không lật người bị thương tùy ý, tránh làm tổn thương tủy sống nặng thêm và gây ra hậu quả không thể khắc phục.
Bộ não thông minh truyền tín hiệu để điều khiển cơ thể như thế nào?
Nơ-ron là đơn vị hoạt động cơ bản nhất của não, chiếm khoảng 1/10 số tế bào thần kinh. Các tế bào thần kinh có thể truyền tín hiệu cảm giác từ thế giới bên ngoài và đưa ra lệnh vận động, giống như một chỉ huy điều hành.
Ngoài tế bào thần kinh, não còn có tế bào thần kinh đệm, có chức năng hỗ trợ tế bào thần kinh và các mô khác xung quanh chúng. Tế bào thần kinh đệm chiếm 9/10 số tế bào thần kinh và giống như tế bào bảo vệ, chúng có chức năng đảm bảo não hoạt động một cách có trật tự và hiệu quả.
Tế bào thần kinh đệm bảo vệ, nuôi dưỡng và hỗ trợ tế bào thần kinh (Nguồn hình ảnh: www.visiblebody.com)
Thứ hai, hình dạng và cấu trúc độc đáo của tế bào thần kinh giúp hệ thần kinh truyền tín hiệu nhanh chóng. Thân tế bào thần kinh có nhiều sợi nhánh, hoạt động giống như "ăng-ten". Sau khi nhận được tín hiệu, chúng khiến tế bào thần kinh bị kích thích và truyền tín hiệu đến tế bào thần kinh tiếp theo thông qua sợi trục.
Cấu trúc cơ bản của một tế bào thần kinh (Nguồn hình ảnh: www.visiblebody.com)
Nếu tín hiệu là tín hiệu chuyển động, khi tín hiệu được truyền đến vỏ não vận động, các tế bào thần kinh vận động sẽ đưa ra lệnh chuyển động, các lệnh này sẽ được truyền đến thân não sau khi được mạch vận động vỏ não - dưới vỏ não điều chỉnh và đến các bộ phận khác nhau của cơ thể, điều khiển chính xác từng hành động của chúng ta.
Mạch vận động vỏ não-dưới vỏ não, vỏ não; Hạch nền: hạch nền; Thân não/Tủy sống; Tiểu não; Đồi thị (Nguồn hình ảnh: Rối loạn vận động. 2019 tháng 8; 34 (8): 1130-1143)
Bộ não bị thao túng
Trong các bộ phim khoa học viễn tưởng, chúng ta thường thấy những người có siêu năng lực điều khiển não người khác. Nhưng trong thực tế, bộ não có thể thực sự bị thao túng không?
Năm 2017, Giáo sư Ivan E de Araujo của Đại học Yale đã sử dụng phương pháp quang di truyền (kích hoạt tế bào thần kinh thông qua ánh sáng) để điều khiển quá trình chuột săn bắt dế. Trong số đó, CeA ở hạch hạnh nhân trung tâm và PAG xám quanh cống não mục tiêu tương ứng đóng vai trò quan trọng trong hành vi săn mồi của chuột.
Như trong video cho thấy, khi tắt tia laser xanh, những con chuột phản ứng bằng "sự tò mò" và "sợ hãi" khi nhìn thấy con dế, rồi từ từ di chuyển ra xa nó. Khi tia laser xanh được bật lên và mạch thần kinh CeA →PAG được kích hoạt thông qua quang di truyền, những con chuột sẽ ngay lập tức chạy đến để săn những con dế. Điều này cho thấy trong thí nghiệm, não chuột có thể được điều khiển bằng tín hiệu ánh sáng.
Video: Chuột được kích thích bằng ánh sáng xanh để săn dế (Nguồn video: Cell. 2017 Jan 12;168(1-2):311-324.e18)
Bộ não con người - bộ não mạnh mẽ nhất trên trái đất!
Sự khác biệt giữa não người và não động vật là gì? Tại sao con người, chứ không phải các loài động vật khác, lại tạo ra nền văn minh xã hội?
Bộ não của các loài động vật có vú khác nhau rất nhiều về cấu trúc và tỷ lệ, và tính đặc thù của bộ não con người đã đặt nền tảng sinh lý cho sự hình thành nền văn minh nhân loại. Trong khi đó, não của con người, tinh tinh và cá heo có nếp nhăn, trong khi não của chuột và thỏ lại mịn hơn.
So sánh não của các loài động vật có vú khác nhau (Nguồn hình ảnh: Neuroscience: Exploring the Brain (2007)-Chương 7)
Sự hình thành nếp nhăn phụ thuộc vào hai thông số: tốc độ tăng trưởng và độ dày của vỏ não. Trong quá trình phát triển vỏ não, những thay đổi về số lượng, kích thước, hình dạng và vị trí của các tế bào thần kinh dẫn đến sự mở rộng của vỏ não trên bề mặt não, trong khi chất trắng bên dưới vỏ não không thay đổi nhiều, khiến vỏ não trở nên không ổn định về mặt cơ học dưới áp lực vật lý, cuối cùng hình thành nên cấu trúc nhăn nheo.
Mặc dù cả tinh tinh và cá heo đều có vỏ não "có gờ" hơn, nhưng diện tích vỏ não của tinh tinh chỉ là 600 cm vuông, trong khi diện tích vỏ não của con người là khoảng 2.400 cm vuông. Diện tích và cấu trúc vỏ não của con người rất khác so với khỉ đột, đặc biệt là thùy trán của vỏ não người chiếm tỷ lệ lớn hơn nhiều so với khỉ đột, điều này cũng dẫn đến trí thông minh cao hơn ở con người.
Cá heo là loài động vật có trí thông minh tương đối cao. Diện tích vỏ não của chúng đạt tới 2.600 cm2 và chúng có nhiều tế bào thần kinh hơn con người. Tuy nhiên, chức năng của não cá heo không thể so sánh được với não người. Tại sao vậy?
Nguyên nhân là do tổ tiên của loài người và cá heo đã chọn những con đường tiến hóa khác nhau: cá heo chọn tiến hóa ở đại dương và các chi của chúng tiến hóa thành vây.
Để thích nghi với môi trường đại dương rộng lớn và phức tạp, mặc dù vỏ não của cá heo phát triển tốt nhưng phần lớn được dùng để quản lý và điều khiển hệ thống định vị âm thanh của chúng. Điều thậm chí còn thú vị hơn nữa là để duy trì khả năng di chuyển, giao tiếp và săn mồi 24 giờ một ngày, não trái và não phải của cá heo thậm chí có thể thay phiên nhau ngủ.
Hệ thống định vị bằng tiếng vang của cá heo (Nguồn ảnh: https://dolphinquest.com/)
Con người đã chọn đất liền và tiến hóa thành những ngón tay linh hoạt. Sự tiến hóa của bàn tay đã tạo ra các công cụ phức tạp, và việc học và chế tạo các công cụ phức tạp đã phát triển hơn nữa não bộ và bàn tay. Chu trình này dần dần giúp tổ tiên chúng ta tiến hóa từ người nguyên thủy thành Homo sapiens, và sự gia tăng nhanh chóng về khả năng não bộ đã giúp Homo sapiens phân biệt và tạo ra nhiều âm vị hơn, cuối cùng phát triển ngôn ngữ và chữ viết độc đáo của con người, từ đó tạo ra nền văn minh xã hội.
Cấu trúc não bộ liên tục tiến hóa theo hướng phức tạp hơn, thích nghi với môi trường phức tạp và luôn thay đổi. Đồng thời, những thay đổi trong môi trường đã thúc đẩy quá trình "nâng cấp" cấu trúc não bộ, và do đó chúng ta đã bắt đầu một hành trình tiến hóa dài trong sự thay đổi liên tục.
Tài liệu tham khảo:
1. Han, W., et al., Kiểm soát tích hợp hoạt động săn mồi của nhân trung tâm của hạnh nhân. Tế bào, 2017. 168(1-2): tr. 311-324 e18.
2. Parker, JG, et al., Động lực tập hợp thần kinh đối xứng ở trạng thái bệnh Parkinson và rối loạn vận động. Thiên nhiên, 2018. 557(7704): tr. 177-182.
3. Wichmann, T., Thay đổi quan điểm về bệnh sinh lý của bệnh Parkinson. Mov Disord, 2019. 34(8): tr. 1130-1143.
4. Tại sao lại có nhiều nếp nhăn trên bề mặt não? Chí Hồ
5. Nếu cá heo vẫn tồn tại trên cạn, có lẽ nền văn minh cá heo sẽ thay thế nền văn minh loài người của chúng ta Thư viện cá nhân
