Não bộ của bạn lưu trữ thông tin về "cái gì" và "ở đâu" một cách riêng biệt—và chỉ kết nối chúng khi cần nhớ lại. Ảnh: Shutterstock

Để ký ức có ích, não bộ phải kết nối những gì đã xảy ra với hoàn cảnh mà nó diễn ra. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bonn hiện đã khám phá ra cách não người xử lý nhiệm vụ này. Theo đó có hai nhóm tế bào thần kinh riêng biệt lưu trữ nội dung và bối cảnh một cách riêng lẻ, sau đó phối hợp hoạt động của chúng để hình thành nên những ký ức hoàn chỉnh. Thay vì trộn lẫn cả hai loại thông tin trong cùng một tế bào, não bộ giữ chúng tách biệt và liên kết chúng khi cần thiết. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature.

Con người có khả năng nhận biết cùng một người hoặc vật trong những tình huống rất khác nhau một cách đáng kinh ngạc. Ví dụ, bạn có thể dễ dàng phân biệt được việc ăn tối với một người bạn và tham dự một cuộc họp kinh doanh với cùng người đó. "Chúng ta đã biết rằng sâu trong các trung tâm trí nhớ của não bộ, các tế bào cụ thể, được gọi là tế bào thần kinh khái niệm, sẽ phản ứng với người bạn này, bất kể môi trường mà người đó xuất hiện", Giáo sư Florian Mormann từ Khoa Bệnh động kinh tại UKB, đồng thời là thành viên của Khu vực Nghiên cứu Liên ngành (TRA) "Sự sống & Sức khỏe" tại Đại học Bonn, cho biết.

Đồng thời, não bộ phải kết nối nội dung đã lưu trữ này với bối cảnh xung quanh để tạo ra một ký ức có ý nghĩa. Ở loài gặm nhấm, các tế bào thần kinh riêng lẻ thường kết hợp cả hai loại thông tin. "Chúng tôi tự hỏi: Liệu não người có hoạt động khác biệt về cơ bản ở đây không? Liệu nó có lập bản đồ nội dung và bối cảnh một cách riêng biệt để cho phép bộ nhớ linh hoạt hơn? Và làm thế nào những mảnh thông tin riêng biệt này kết nối với nhau khi chúng ta cần nhớ nội dung cụ thể theo bối cảnh?", Tiến sĩ Marcel Bausch, Trưởng nhóm Nghiên cứu tại Khoa Bệnh động kinh và thành viên của TRA "Life & Health" tại Đại học Bonn cho biết.

Theo dõi hoạt động não bộ trong thời gian thực

Để tìm hiểu những câu hỏi này, nhóm nghiên cứu đã ghi lại tín hiệu điện từ từng tế bào thần kinh riêng lẻ ở những bệnh nhân mắc chứng động kinh kháng thuốc. Là một phần của quá trình đánh giá lâm sàng, các điện cực đã được đặt vào vùng hồi hải mã và các vùng lân cận quan trọng đối với trí nhớ. Trong khi các bác sĩ theo dõi các cơn động kinh để đánh giá các lựa chọn điều trị, bệnh nhân cũng tham gia vào các nhiệm vụ tự nguyện trên máy tính.

Trong các thí nghiệm này, người tham gia xem các cặp hình ảnh và trả lời các loại câu hỏi khác nhau về chúng. Ví dụ, họ có thể được hỏi liệu một vật thể có "lớn hơn" hay không khi được hỏi bằng câu hỏi "Lớn hơn?". "Điều này cho phép chúng tôi quan sát cách bộ não xử lý cùng một hình ảnh trong các ngữ cảnh nhiệm vụ khác nhau", Mormann nói.

Hai hệ thống tế bào thần kinh riêng biệt cho trí nhớ

Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra hoạt động của hơn 3.000 tế bào thần kinh và xác định được hai nhóm gần như tách biệt. Một nhóm, được gọi là tế bào thần kinh nội dung, phản ứng với các hình ảnh cụ thể như một chiếc bánh quy, bất kể nhiệm vụ đang được thực hiện là gì. Nhóm còn lại, được gọi là tế bào thần kinh ngữ cảnh, phản ứng với loại câu hỏi được đặt ra, chẳng hạn như "Lớn hơn?", bất kể hình ảnh được hiển thị là gì. Trái ngược với những phát hiện ở loài gặm nhấm, chỉ một số ít tế bào thần kinh đảm nhiệm cả hai vai trò cùng một lúc.

Bausch cho biết: "Một phát hiện quan trọng là hai nhóm tế bào thần kinh độc lập này mã hóa nội dung và ngữ cảnh cùng nhau, và hiệu quả nhất khi bệnh nhân hoàn thành nhiệm vụ một cách chính xác."

Bộ não tái tạo ký ức từ các manh mối như thế nào?

Khi thí nghiệm tiến triển, sự tương tác giữa hai nhóm tế bào thần kinh này trở nên mạnh mẽ hơn. Hoạt động của tế bào thần kinh nội dung bắt đầu dự đoán phản ứng của tế bào thần kinh ngữ cảnh chỉ vài chục mili giây sau đó. "Dường như tế bào thần kinh 'bánh quy' đang học cách kích thích tế bào thần kinh 'Lớn hơn?'", Mormann nói.

Sự tương tác này hoạt động như một hệ thống kiểm soát, đảm bảo chỉ những ngữ cảnh liên quan mới được đưa trở lại trong quá trình hồi tưởng. Quá trình này, được gọi là hoàn thiện mẫu, cho phép não bộ tái tạo lại một ký ức hoàn chỉnh ngay cả khi chỉ có một phần thông tin được cung cấp. Theo các nhà nghiên cứu, sự phân tách vai trò này giúp giải thích tại sao trí nhớ con người lại có khả năng thích ứng cao. Bằng cách lưu trữ nội dung và ngữ cảnh trong các "thư viện thần kinh" riêng biệt, não bộ có thể áp dụng cùng một kiến ​​thức trong nhiều tình huống khác nhau mà không cần một tế bào thần kinh riêng biệt cho mỗi sự kết hợp có thể xảy ra.

Bausch cho biết: "Sự phân công này có lẽ giải thích tính linh hoạt của trí nhớ con người: bộ não có thể tái sử dụng cùng một khái niệm trong vô số tình huống mới mà không cần một tế bào thần kinh chuyên biệt cho mỗi sự kết hợp riêng lẻ, bằng cách lưu trữ nội dung và ngữ cảnh trong các 'thư viện thần kinh' riêng biệt." Mormann bổ sung: "Khả năng liên kết tự phát của các nhóm tế bào thần kinh này cho phép chúng ta khái quát hóa thông tin trong khi vẫn bảo tồn các chi tiết cụ thể của từng sự kiện."

Tương lai nào cho nghiên cứu về trí nhớ?

Trong nghiên cứu này, bối cảnh được xác định bởi các câu hỏi hiển thị trên màn hình. Tuy nhiên, bối cảnh thực tế cũng có thể mang tính thụ động, chẳng hạn như môi trường xung quanh bạn. Nghiên cứu trong tương lai cần xác định xem não bộ có xử lý các bối cảnh thường nhật này theo cùng một cách hay không. Các nhà khoa học cũng có kế hoạch thử nghiệm các cơ chế này ngoài môi trường lâm sàng.