Não bộ có thể nhận ra các vật thể nhanh hơn nhiều người vẫn nghĩ

Não người bỏ xa máy tính về khả năng nhận ra các khuôn mặt và các vật thể, với các mức độ khó dễ khác nhau về kích thước, màu sắc, hướng, điều kiện ánh sáng và các nhân tố khác. Tuy nhiên, người ta vẫn chưa biết nhiều về việc não của chúng ta tiến hành quá trình xử lí hình ảnh này như thế nào.

Các nhà nghiên cứu tại Bệnh viện Trẻ em Boston, với việc tận dụng bản đồ não ở các bệnh nhân sắp được tiến hành phẫu thuật vì chứng động kinh, lần đầu tiên đã chứng minh được rằng não người, ngay ở giai đoạn xử lí ban đầu, có thể nhận ra các vật thể dưới các điều kiện khác nhau một cách nhanh chóng. Phát hiện này đã được đăng tải trên tờ Neuron số ngày 30/4.

Các dòng thông tin hình ảnh từ võng mạc mắt, qua một hệ thống khu xử lí hình ảnh trong não, cuối cùng đến thùy thái dương. Thùy thái dương, nơi chịu trách nhiệm cuối cùng về khả năng nhận biết hình ảnh, lại đưa tín hiệu trở lại cho các khu vực xử lí trước đó. Sự trao đổi qua lại này giúp củng cố quá trình nhận thức hình ảnh.

“Điều còn chưa hoàn toàn rõ ràng là mức độ đóng góp của mỗi phần tín hiệu, tín hiệu truyền đến hay tín hiệu truyền lại,” tiến sĩ Gabriel Kreiman thuộc khoa Mắt bệnh viện Trẻ em Boston, nhà điều tra cấp cao của nghiên cứu cho biết. “Một số người cho rằng nếu như bạn không có thông tin phản hồi thì bạn sẽ không có hình ảnh. Nhưng chúng tôi đã chỉ ra rằng đã có một làn sóng hoạt động bước đầu có thể đem lại những ấn tượng mạnh mẽ ngay từ đầu.”

Mặc dù thông tin phản hồi từ các vùng não cao hơn có thể xuất hiện sau đó, và thường thông tin này rất quan trọng, nhưng quá trình xử lí hình ảnh nhanh chóng sẽ mang lại lợi thế trong những tình huống nguy cấp, ví dụ như khi phải đối diện với dã thú chẳng hạn, Kreiman cho biết.

Các nghiên cứu được tiến hành trước đây dựa vào điều tra không can thiệp não, tức không dùng đến các điện cực đặt trên da đầu cũng như các kỹ thuật chụp hình ảnh, do vậy chúng thu được kết quả về hoạt động của não qua từng khoảng thời gian vài giây một – chậm hơn đáng kể so với tốc độ xử lí thực tế của não. Hơn nữa, những kỹ thuật này chỉ thu thập được dữ liệu từ những vùng não chung chung. Với việc đặt các điện cực trực tiếp lên não, các nhà nghiên cứu bệnh viện Trẻ Em sẽ có được dữ liệu ở những thời điểm chính xác, nhận về tín hiệu trong 1/10 giây sau khi xuất hiện tác nhân hình ảnh – và điều tra được hoạt động não ở từng vùng cụ thể. 

Kreiman đã hợp tác với nhà giải phẫu thần kinh, bác sĩ nhãn khoa Josepth Madsen ở bệnh viện Trẻ em; ông này từng lập một bản đồ não ở các bệnh nhân động kinh – một quá trình giúp đảm bảo rằng ca phẫu thuật loại bỏ các mô não bị phá hủy sẽ không làm tổn hại các chức năng thiết yếu của não. Nhóm của hai ông đã cấy các điện cực vào trong não của 11 thanh thiếu niên và người trẻ tuổi mắc chứng động kinh (mỗi bệnh nhân được cấy từ 48 tới 126 điện cực) ở các vùng mà người ta là nơi bắt đầu của các cơn động kinh. Trong khi điện cực ghi lại các hoạt động của não, bệnh nhân được cho xem các hình ảnh khác nhau về kích cỡ và góc quay; những hình ảnh này được chia thành 5 nhóm: động vật, ghế, mặt người, trái cây, phương tiện đi lại.

Kết quả ghi lại cho thấy các vùng hình ảnh nhất định trên vỏ não sẽ nhận ra từng nhóm hình ảnh, phản ứng này mạnh và nhất quán tới mức chỉ cần kiểm tra tín hiệu từ các khu thần kinh, người nghiên cứu đã có thể sử dụng các thuật toán để quyết định xem bệnh nhân đang nhìn thấy gì.

Kreiman và Madsen hiện đang mở rộng nghiên cứu với việc cho các bệnh nhân xem phim, bởi xem phim giống với cách chúng ta nhìn thấy hình ảnh trong đời sống thực hơn. Mỗi bệnh nhân được phép chọn một bộ phim yêu thích, do vậy nhóm Kreiman phải phân tích nội dung hình ảnh của từng khung hình, rồi sau đó liên kết những dữ liệu đó với các hoạt động của não bệnh nhân.

Vậy tại sao lại phải nghiên cứu quá trình xử lí hình ảnh theo cách này? Kreiman nghĩ tới việc sử dụng những thuật toán hình ảnh phát hiện ở người để “dạy” cho máy tính biết cách nhìn như con người, từ đó chúng có thể giúp ích trong các ứng dụng thực tế như chỉ ra kẻ khủng bố trên máy bay, giúp người lái xe tránh va chạm với những người đi bộ khó quan sát thấy trên đường, hay phân tích các mẫu khối u để tìm ra khối u ác tính. Một ứng dụng xa trong tương lai nữa là thiết kế được một máy tính – não cho phép những người không nhìn được có thể phần nào nhận biết hình ảnh.

Suốt một thập kỉ qua, Kreiman và Itzhak Fried, tiến sỹ, bác sỹ y khoa thuộc đại học California tại Los Angeles (UCLA) đã nghiên cứu về mã ngư, phần não trước có liên quan tới trí nhớ, và đã tìm ra các tế bào não đơn lẻ phản ứng nhất quán khi một người được nhìn các hình ảnh cụ thể như ảnh Jenifer Aniston và Bill Clinton. Kreiman hiện đang quan tâm tới phần khám phá tiếp theo về mối quan hệ giữa xử lí hình ảnh và trí nhớ, và sẽ đưa những kiến thức sinh lí học thành các thuật toán máy tính.

Nghiên cứu hiện tại được tài trợ kinh phí bởi Quỹ Tài trợ Nghiên cứu Động kinh, Quỹ tài trợ của Chính phủ, Quỹ Klingenstein và Quỹ Nhãn khoa của Bệnh viện Trẻ em Boston.

Tài liệu tham khảo:
Liu H; et al. Timing, timing, timing: Fast decoding of object information from intracranial field potentials in human visual cortex. Neuron, (2009) DOI: 10.1016/j.neuron.2009.02.025