Về sự ghi nhớ mới của các tế bào thần kinh

Hệ thần kinh cần có nhiều yếu tố để hoạt động, trong đó có một yếu tố rất quan trọng là sự ghi nhớ. Có hai dạng ghi nhớ của hệ thần kinh là ghi nhớ bản năng và ghi nhớ mới. Ghi nhớ bản năng là ghi nhớ về sự điều khiển mọi hoạt động mang tính bản năng của cơ thể. Sự ghi nhớ này được tạo ra trong các giai đoạn hình thành và phát triển của cơ thể, do hệ thống di truyền quy định. Còn sự ghi nhớ mới được hình thành trong quá trình phát triển của cơ thể. Sự ghi nhớ này được thực hiện bởi sự chuyển hóa các tế bào thần kinh trong não bộ dưới tác động của các yếu tố trong môi trường sống tác động lên hệ thần kinh và phần lớn trong đó qua các giác quan. Các yếu tố gọi là các đối tượng được ghi nhớ. Bài này không đề cập đến sự ghi nhớ bản năng mà chỉ đề cập đến sự ghi nhớ mới. Vậy sự ghi nhớ mới diễn ra như thế nào?

Hệ thần kinh bao gồm các tế bào thần kinh (các) và các sợi thần kinh nối giữa các tế bào thần kinh với nhau và với các tế bào khác trong cơ thể chịu sự tác động của hệ thần kinh. Các tế bào thần kinh hoạt động theo cơ chế tiếp nhận kích thích, kích hoạt phản ứng phân giải glucide tạo ra năng lượng và chuyển hóa năng lượng này thành kích thích thần kinh. Kích thích ban đầu tác động lên tế bào thần kinh có thể là các tác động cơ học như âm thanh lên các tế bào thần kinh thính giác, cọ sát tiếp xúc tác động lên tế bào thần kinh xúc giác, hoặc tác động vật lý như mùi vị, ánh sáng, nhiệt. Ngoài ra còn có thể kể đến là các tác động từ các chất do cơ thể tạo ra như các hoóc-môn, các chất có mặt trong máu đưa tới các tế bào thần kinh. Các kích thích ban đầu gọi là các kích thích sơ cấp, còn các kích thích do các tế bào thần kinh tạo ra là các kích thích thứ cấp. Tùy theo trạng thái của tế bào mà kích thích thứ cấp có thể được tạo ra hay không, mạnh hay yếu mà không hoàn toàn phụ thuộc vào kích thích sơ cấp. Đây là một đặc điểm đáng chú ý trong hoạt động của hệ thần kinh bởi nó nói lên tính chất độc lập tương đối của mỗi tế bào thần kinh trong mối quan hệ với các tế bào thần kinh khác. Mỗi tế bào thần kinh, tuy theo tính chất của nó mà nó chỉ tiếp nhận một số kích thích thần kinh và dạng kích thích sơ cấp. Sự giới hạn này tạo nên phổ tiếp nhận kích thích. Mắt người chỉ tiếp nhận được ánh sáng trong phổ từ màu đỏ đến màu tím mà không tiếp nhận được phổ hồng ngoại và tử ngoại. Nói chính xác hơn thì mặc dù có sự kích thích, nhưng chỉ có những kích thích nằm trong phổ tiếp nhận là có khả năng làm cho tế bào thần kinh hoạt động và phát ra kích thích thứ cấp. Điều này đảm bảo cho tính tập trung trong hoạt động chức năng thần kinh. Nếu không có sự giới hạn này thì chỉ cần một kích thích, các tế bào thần kinh khác nhau sẽ cùng được kích hoạt và sự rối loạn trong hoạt động thần kinh sẽ xảy ra. Trong tế bào thần kinh có nhiều bộ phận, có bộ phận giúp duy trì sự tồn tại của tế bào, có bộ phận khi hoạt động sẽ thể hiện chức năng thần kinh của tế bào trong cơ thể. Đây là bộ phận chuyển hóa năng lượng từ sự phân giải glucide thành kích thích thứ cấp. Kích thích thứ cấp có rất nhiều dạng khác nhau chứng tỏ rằng các bộ phận thực hiện chức năng thần kinh trong các tế bào khác là không giống nhau. Các tế bào thần kinh được biệt hóa chức năng như các tế bào cảm giác thì bộ phận này được hình thành theo quy định của hệ gen. Còn với các tế bào ghi nhớ mới thì không thể do hệ thống gen quy định vì nếu như vậy thì sự ghi nhớ sẽ giống nhau trong các hệ thần kinh cùng loài. Bộ phận này chỉ được hình thành do tác động của các đối tượng thông qua các giác quan. Vậy bộ phận ghi nhớ này được hình thành như thế nào?

Trong quá trình phát triển của mình, nhân loại đã sáng tạo ra rất nhiều cách thức để ghi nhớ, từ các kí hiệu vẽ trên mặt đất, trên vách hang đến chữ viết, từ hình vẽ đến việc chụp ảnh, ghi âm được lời nói, ghi nhớ bằng các quá trình biến đổi vật lý như việc sắp xếp các phần tử từ trong băng, đĩa từ, bằng các công thức toán học trong các thẻ nhớ v.v...Vậy hệ thần kinh có ghi nhớ giống như các cách ghi nhớ nêu trên hay không và do đó hệ thần kinh có làm việc giống như một cái máy tính hay siêu máy tính hay không? Câu trả lời thô thiển nhất là không bởi bộ não là một sản phẩm của tự nhiên, mọi quá trình diễn ra trong đó không thể là cái gì đó trái với các nguyên lý của tự nhiên, trong đó có sự ghi nhớ. Vì vậy để tìm được sự ghi nhớ của hệ thần kinh, con đường phải đi là tìm nguyên lý tự nhiên tác động hay có ảnh hưởng đến quá trình này. Một thực tế hiện nay là chưa có một thiết bị khoa học nào giúp chỉ ra được cách thức ghi nhớ và bộ phận ghi nhớ của các tế bào thần kinh. Do vậy, sự ghi nhớ của tế bào thần kinh trong bài viết này là một giả thiết. Giả thiết này được xây dựng dựa trên cơ sở những cái mà thế giới tự nhiên thực hiện hoặc diễn ra trong tự nhiên. Nếu giả thiết này là đúng thì nó là một kịch bản của thế giới tự nhiên.

Một nguyên lý trong thế giới tự nhiên là các cấu trúc vật chất nhỏ hấp thụ năng lượng sẽ liên kết lại với nhau để tạo ra một cấu trúc vật chất có kích thước lớn hơn. Có rất rất nhiều ví dụ minh chứng cho nguyên lý này. Chúng ta thấy sự tập hợp của các cấu trúc vật chất trong sự hình thành các ngôi sao, các hố đen, các hành tinh trong vũ trụ đến sự hình thành các nhũ đá vôi, đá trầm tích, sự đông máu, các cấu trúc nanô của bạc dễ liên kết lại với nhau gây khó khăn trong công nghệ na nôv.v...Thông thường, chúng ta quan sát thấy năng lượng làm cho các cấu trúc vận động, còn sự tập hợp của các cấu trúc vật chất cũng rất dễ quan sát nhưng nhiều người không cho đó là vai trò của năng lượng mà cho đó là vai trò của các lực hút. Đây là cái nhìn không sâu bởi lực hút do năng lượng tạo ra (có thể có người không đồng ý về điều này bởi sự viện dẫn rằng lực hút còn thay đổi bởi khoảng cách mà không có sự biến đổi năng lượng nào, tác giả xin chưa đi sâu vào vấn đề này để tập trung vào vấn đề chính của bài).

Một loại cấu trúc vật chất rất dễ tập trung lại với nhau để tạo ra cấu trúc lớn hơn, đó là. Thịt xay nhuyễn trở thành miếng giò hay trứng gà đông cứng lại khi luộc với nhiệt độ >70oC. Sự đông lại của prôtêin như vậy gọi là sự đông tụ. Sự đông tụ của món giò hay trứng gà trên đây là do chúng đã hấp thụ một phần năng lượng nhiệt. Prôtêin trong tế bào chất là các prôtêin bị mất năng lượng trong quá trình tiêu hoá (theo nguyên lý của sự hoà tan dưới tác dụng của dịch vị trong dạ dày, tự nhiên đã tạo ra tính axit cho một số cấu trúc vật chất để thực hiện việc này và khi tính axit còn tác dụng, tạo ra tính bazơ cho một số cấu trúc khác để thực hiện quá trính ngược lại). Quá trình tiêu hóa làm tan rã các cấu trúc prôtêin lớn thành các cấu trúc nhỏ để hệ thống tiêu hóa có thể hấp thụ được và chuyển đến các bộ phận, các tế bào trong cơ thể. Bên trong tế bào, chúng được biến đổi thành dạng prôtêin đặc trưng riêng theo quy định của hệ thống di truyền hoặc có thể hấp thụ năng lượng để đông tụ trở lại. Vậy năng lượng giúp cho sự đông tụ này đến từ đâu? Với các tế bào thần kinh thì năng lượng này là các kích thích thần kinh. Ngoài ra còn có thể kể đến nguồn cung cấp từ các chất mang thông tin do cơ thể tạo ra như các hoóc môn hoặc có thể các dòng năng lượng bức xạ xâm nhập vào não. Có nhiều dạng kích thích và như vậy cũng có nhiều dạng năng lượng. Cơ thể động vật đã có những cơ quan cảm giác để tiếp nhận các dạng năng lượng kích thích đó như vị giác tiếp nhận năng lượng được giải phóng theo nguyên lý của sự hoà tan để cho cảm nhận về vị, trường năng lượng bên trong và bao xung quanh các phân tử mang mùi là nhân tố kích thích sự cảm nhận về mùi, còn năng lượng dưới dạng bức xạ được thị giác cảm thụ trong một phổ nào đó. Sự đông tụ của prôtêin khi hấp thụ năng lượng từ các kích thích thần kinh sẽ tạo ra một cấu trúc ghi nhớ về các kích thích đó. Có rất nhiều sự ghi nhớ khác nhau, điều này có nghĩa là các cấu trúc ghi nhớ phải khác nhau để chuyển hóa được một dạng năng lượng sinh ra từ phản ứng phân giải glucid thành rất nhiều kích thích thần kinh khác nhau. Vậy điều gì dẫn đến hoặc ảnh hưởng tới sự ghi nhớ khác nhau đó? Chúng ta đã giả thiết rằng sự ghi nhớ là sự đông tụ của prôtêin. Nếu các prôtêin có cấu trúc giống nhau thì sẽ có khả năng một số đối tượng sẽ được ghi nhớ giống nhau hoặc gần giống nhau. Điều này làm hạn chế số lượng các đối tượng được ghi nhớ nhưng khi có một đối tượng xuất hiện kích hoạt các tế bào đã ghi nhớ thì các đối tượng được ghi nhớ tương tự sẽ được hiển thị (sự hiển thị theo liên kết ngang). Nếu các prôtêin có cấu trúc khác nhau thì khó hoặc không thể tạo ra được các cấu trúc ghi nhớ giống nhau. Khi hệ thần kinh có thể tạo ra vô số các cấu trúc ghi nhớ khác nhau thì số lượng các đối tượng ghi nhớ được sẽ là rất lớn và điều này có ý nghĩa lớn cho hoạt động tư duy. Kịch bản có thể của sự khác nhau về cấu trúc prôtêin là sự tiêu hóa kém làm cho sự tan rã của prôtêin trong thức ăn là không hoàn toàn, prôtêin bị chia thành các cấu trúc nhỏ không đồng đều về kích thước, còn màng tế bào thần kinh ghi nhớ mới không dày để chỉ lọc lấy một số hữu hạn dạng prôtêin. Sự đa dạng cấu trúc prôtêin trong tế bào thần kinh không chỉ là cơ sở cho sự đa dạng về cấu trúc nhớ, mà nó còn là cơ sở cho khả năng dễ nhớ bởi số lượng tế bào chứa các cấu trúc prôtêin giống nhau trong não là không quá nhiều để năng lượng kích thích sơ cấp không bị phân chia đến mức không đủ làm cho prôtêin đông tụ. Trên đây là hai kịch bản cho sự ghi nhớ. Trong thế giới động vật, có rất nhiều loài có khả năng ghi nhớ mới. Ngay trong một loài mà cụ thể là loài người thì sự ghi nhớ cũng đã rất khác nhau giữa các cá thể. Điều này chứng tỏ có rất nhiều kịch bản cho sự ghi nhớ. Chúng ta tiếp tục xây dựng một số kịch bản:

• Khả năng tiêu hóa rất tốt (như sá sấu tiêu hóa được cả prôtêin dạng chất sừng), thức ăn được cung cấp đầy đủ, prôtêin cung cấp cho tế bào thần kinh sẽ đồng dạng về cấu trúc, số đối tượng ghi nhớ sẽ không nhiều, nếu số lượng tế bào thần kinh (ghi nhớ mới) là nhiều trong khi năng lực của hệ cảm giác là yếu (năng lượng kích thích của chúng không nhiều) thì khả năng ghi nhớ là kém, sự tác động phải lặp lại nhiều lần thì sự ghi nhớ mới được thực hiện. Nếu năng lực của hệ thụ cảm là mạnh thì khả năng dễ nhớ cũng xảy ra. Với số lượng lớn tế bào cùng ghi nhớ về một đối tượng thì sự ghi nhớ sẽ bền vững và hoạt động thần kinh sẽ mạnh lên và tạo ra tính cách mạnh mẽ.

• Khả năng tiêu hóa kém, lượng thức ăn thiếu thốn, chủng loại thức ăn hạn chế, số lượng tế bào thần kinh không nhiều, sự sai khác về cấu trúc các prôtêin cung cấp cho tế bào thần kinh sẽ không nhiều và khối lượng cung cấp cũng không lớn, kết quả là sự ghi nhớ dễ được thực hiện nhưng hạn chế về số lượng đối tượng, sự hiển thị đối tượng là không rõ ràng hoặc không hiển thị (điều này giống như việc không ghi nhớ) do năng lực tế bào yếu, sự hoạt động thần kinh vì vậy cũng không mạnh, tính cách thể hiện bên ngoài là sự yếu đuối. Cấu trúc nhớ quá nhỏ nên khi có sợ thâm nhập của các chất có tính hòa tan (cồn) chúng sẽ bị tan rã, sự ghi nhớ sẽ biến mất. Nếu số lượng tế bào thần kinh tăng lên thì có thể khắc phục được một phần tình trạng này.

• Các tế bào thần kinh tạo ra dạng prôtêin đăc trưng mà khi tham gia vào cấu trúc nhớ thì có thể cải thiện khá nhiều khả năng tiếp nhận kích thích sơ cấp (phổ tiếp nhận được mở rộng), thì mặc dù các liên kết không được tạo ra trong quá trình ghi nhớ, tế bào vẫn có thể dược kích hoạt để hình thành và thúc đẩy một quá trình hoạt động thần kinh mà không có sự tác động của đối tượng đã tạo ra sự ghi nhớ đó hoặc được kích hoạt bởi đối tượng không tạo ra sự ghi nhớ đó. Đây là khả năng tạo ra liên kết mới trong hoạt động trí tuệ mà tác giả đã nêu trong bài “Ba phương thức hoạt động cao cấp của hệ thần kinh hình thành như thế nào?”. Sự tham gia của prôtêin do tế bào tạo ra vào quá trình ghi nhớ thể hiện tính di truyền trong hoạt động thần kinh. Nếu sự tham gia đó làm hạn chế khả năng tiếp nhận kích thích sơ cấp, cửa vào bị hạn chế thì chỉ có các kích thích đã tạo ra sự ghi nhớ mới có thể kích hoạt tế bào hoạt động, không có liên kết mới nào được tạo ra, hệ thần kinh chỉ hoạt động nới phương thức phản ứng thần kinh hoặc không hoạt động.

• Vì một lý do nào đó mà các prôtêin đã hấp thụ và tích lũy được năng lượng nhưng chưa dủ để hình thành nên sự ghi nhớ, vì vậy chỉ cần một kích thích nhỏ bổ xung là sự ghi nhớ được thực hiện. Ngược lại, cũng vì một lý do nào đó mà prôtêin hấp thụ năng lương không phải từ các kích thich thần kinh đủ cho sự đông tụ thì một cấu trúc ghi nhớ mới ra đời mà không ghi nhớ về một đối tượng nào cụ thể. Vì lý do này mà tế bào thần kinh có thể không hoạt động (nhưng nó vẫn chiếm chỗ trong hệ thần kinh) hoặc nó hoạt động tạo nên cảm giác bồn chồn, mơ hồ và không rõ ràng. Khi bộ não có quá nhiều tế bào bị đông tụ trước khi có tác động ghi nhớ thì hệ thần kinh sẽ không ghi nhớ được và do đó nó không thể hoạt động được. Trạng thái năng lượng của các tế bào thần kinh cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến khả năng ghi nhớ của chúng.

• Các điều kiện bên trong tế bào đã đảm bảo cho tế bào thần kinh sẵn sàng ghi nhớ, nhưng các kích thích thần kinh do các tế bào cảm giác tạo ra không đủ mạnh để cấu trúc ghi nhớ được thực hiện ngay trong lần tác động đầu tiên. Để sự ghi nhớ được thực hiện, cần cho đối tượng tác động nhiều lần, năng lượng được tích lũy dần đến đủ mức cần thiết cho sự ghi nhớ. Những kịch bản này xác định vai trò của các cơ quan cảm giác trong sự ghi nhớ. Cơ quan cảm giác nào hoạt động vượt trội thường tạo ra nhiều cấu trúc ghi nhớ về các đối tượng tác động lên cơ quan cảm giác đó nhiều hơn các cơ quan khác. Điều này dẫn đến thiên hướng hoạt động của hệ thần kinh. Nhưng không có nghĩa là thiên hướng hoạt động thần kinh phụ thuộc vào các cơ quan cảm giác.

Có rất nhiều kịch bản cho sự ghi nhớ đã được tự nhiên áp dụng. Tự nhiên đã áp dụng cho mỗi cá thể một hoặc nhiều kịch bản ghi nhớ bởi không có ai (bao gồm cả những cặp sinh đôi cùng trứng) được sinh ra tại cùng một thời điểm, sinh sống cùng một môi trường, được học tập và dạy dỗ những cái giống nhau. Sự khác nhau này còn có ngay khi các cá thể còn là bào thai. Có thể nói rằng tự nhiên đã làm cái công việc “đẽo cày giữa đường” khi tạo ra các cấu trúc ghi nhớ cho hệ thần kinh. Và không chỉ có tiếp nhận mọi sự góp ý, tự nhiên còn có thể cho bất kỳ yếu tố nào có mặt tham gia trực tiếp vào quá trình tạo tác đó để có vô số những “cái cày khác nhau”. Bằng cách này tự nhiên đã tạo nên sự phong phú cho hoạt động thần kinh nói riêng và cho sự hình thành thế giới sinh vật nói chung.