Có thể tạo ra máy \’đọc\’ ý nghĩ người khác?

• Andrea Moro
• Bài đăng trên The MIT Press Reader

một giờ trước

Khi tập trung suy nghĩ, ta thường nghe thấy một giọng nói vang trong đầu. Vì sao vậy?

Tại sao chúng ta lại nghe được âm thanh của ngôn từ vang lên trong suy nghĩ của mình ngay cả khi ta không hề thốt thành tiếng?

Phải chăng đó chỉ là ảo ảnh của những lời chúng ta từng nói ra nay còn đọng lại trong trí nhớ?

Những câu hỏi này từ lâu đã chỉ ra một bí ẩn – một điều liên quan đến nỗ lực của chúng ta trong việc xác định những lời nói vô thanh – những thứ không thể bén rễ bên trong não.

Bí ẩn này có liên quan không kém từ góc độ phương pháp luận, vì chúng ta cần phải thay đổi hoàn toàn cách tiếp cận của mình đối với mối quan hệ giữa ngôn từ và não bộ thì mới có thể lý giải được vấn đề này.

Nó đòi hỏi phải chuyển dịch từ việc xác định (bằng cách sử dụng kỹ thuật chụp ảnh hệ thần kinh – neuroimaging techniques) các vùng tế bào thần kinh hoạt động, sang việc xác định xem những tế bào thần kinh nào sẽ kích hoạt khi chúng ta thực hiện chức năng ngôn ngữ.

Ngôn ngữ được hình thành từ những yếu tố nào?

Hãy xem xét câu hỏi đơn giản này: ngôn ngữ được cấu thành từ những gì?

Đương nhiên, ngôn ngữ bao gồm các từ và các quy tắc ngữ pháp để kết hợp thành câu, nhưng theo quan điểm vật lý thì ngôn ngữ tồn tại trong hai không gian vật lý khác nhau, đó là bên trong và bên ngoài não bộ.

Khi tồn tại bên ngoài não bộ chúng ta, ngôn ngữ gồm các sóng âm cơ học của các phân tử không khí bị nén lại và bị làm loãng ra – tức là âm thanh.

Khi tồn tại bên trong não, ngôn ngữ gồm các sóng điện từ, tức là kênh liên lạc cho các tế bào thần kinh.

Trong cả hai trường hợp trên, ngôn ngữ đều tồn tại dưới dạng sóng. Đây là công cụ để tạo ra ngôn từ vật lý của con người.

Có một mối liên hệ rõ ràng giữa sóng âm thanh và não bộ.

Âm thanh là thứ giúp cho những nội dung trong não chúng ta được diễn đạt ra thành lời nói, từ đó đi vào não người khác.

Tất nhiên, có những cách khác nữa để hai bộ não trao đổi thông tin ngôn ngữ với nhau – thông qua ánh mắt, ngôn ngữ cử chỉ hoặc thông qua các hệ thống cảm nhận xúc giác như chữ nổi Braille hoặc phương pháp Tadoma (phương pháp giao tiếp theo đó người vừa khiếm thị vừa khiếm thính đặt ngón tay lên môi, mặt của người nói để xác định nội dung truyền đạt qua chuyển động của cơ môi, cơ mặt).

Âm thanh đi vào não bộ của chúng ta qua tai, truyền vào màng nhĩ, qua ba xương nhỏ nhất trong cơ thể chúng ta ở mỗi bên tai, được gọi là xương thính giác, và cơ quan Corti hình xoắn ốc có chức năng giữ thăng bằng, đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

Hệ thống tinh vi này diễn giải các xung động cơ học của tín hiệu âm thanh trong không khí thành các xung điện, phân tách các sóng âm thanh phức tạp thành các tần số cơ bản đặc trưng.

Các tần số khác nhau này sau đó được truyền dẫn đến các khe tinh tế trong phần vỏ não đảm nhận chức năng thính giác căn bản, và từ thời điểm này thì sóng âm thanh được thay thế bằng sóng điện từ.

Ít nhất là kể từ khi có công trình nghiên cứu tiên phong của Lord Edgar Adrian, nhà vật lý điện học đoạt giải Nobel, chúng ta đã biết rằng tín hiệu vật lý không hoàn toàn mất đi khi truyền đến não.

Những gì chúng ta đã khám phá gần đây thật đáng ngạc nhiên: có vẻ như sóng điện từ bảo tồn hoàn hảo, vẹn nguyên hình dạng sóng âm thanh tương ứng của chúng trong các vùng không đảm nhận chức năng xử lý âm thanh của não, chẳng hạn như tại vùng Broca, là phần não chịu trách nhiệm tạo tín hiệu ngôn ngữ.

Giải mã quá trình xử lý và phát ra âm thanh

Những phát hiện này làm sáng tỏ mối quan hệ giữa sóng âm thanh và sóng điện từ trong não, nhưng hầu như tất cả chúng đều dựa vào một khía cạnh của các quá trình tâm lý thần kinh liên quan đến ngôn ngữ: đó là giải mã việc phát ra âm thanh.

Tuy nhiên, chúng ta biết rằng ngôn ngữ cũng có thể hiện diện mà không cần tới âm thanh, như khi ta đọc sách (giống như hầu hết các bạn tại thời điểm đang đọc bài viết này), hay khi ta suy nghĩ trong đầu nhưng không nói ra lời – về mặt kỹ thuật, đó là khi ta đọc thầm, nói thầm trong đầu.

Thực tế đơn giản này ngay lập tức đặt ra câu hỏi quan trọng sau đây: điều gì xảy ra với sóng điện từ trong não bộ khi chúng ta tạo ra một phản ứng ở dạng cần biểu đạt bằng ngôn ngữ nhưng không hề phát ra bất kỳ âm thanh nào?

Vào năm 2014, tôi và các đồng nghiệp đã bắt đầu nghiên cứu nhằm tìm câu trả lời.

Chúng tôi so sánh hình dạng của sóng điện từ đặc trưng cho hoạt động trong khu vực Broca với hình dạng của sóng âm thanh, không chỉ khi người nói nghe thấy âm thanh phát ra, mà còn cả khi họ đọc các biểu thức ngôn ngữ trong trạng thái tuyệt đối im lặng – nghĩa là khi thông tin đầu vào hoàn toàn ở dạng yên tĩnh, không có âm thanh.

Phân tích lời nói bên trong não không phải là một ý tưởng mới mẻ gì trong tâm lý học thần kinh, như chúng ta đã biết từ các nguồn khác nhau, từ những suy đoán của Lev Vygotsky, nhà tâm lý học Liên Xô về sự phát triển tâm lý, cho đến những phân tích dựa trên kỹ thuật chụp ảnh hệ thần kinh.

Dù những kỹ thuật mà chúng tôi sử dụng để khám phá hiện tượng này là không thông dụng và chỉ mang tính soi rọi, giải thích, nhưng kết quả có thể nói là vượt ngoài mong đợi.

Trong thí nghiệm của chúng tôi, dữ liệu được thu thập bằng phương pháp gọi là phẫu thuật gây mê cục bộ.

Kỹ thuật này đem đến cho chúng ta khả năng kích thích và phân tích hoạt động sinh lý của sóng điện từ vỏ não ở những bệnh nhân vẫn trong tình trạng tỉnh táo trong lúc hộp sọ của họ đã được mở ra một phần.

Bản chất can thiệp xâm lấn của kỹ thuật phẫu thuật này, sự mong manh của các cơ quan liên quan bên dưới hộp sọ và sự hợp tác của bệnh nhân trong trạng thái cảm xúc cực kỳ tinh tế này khiến nghiên cứu trở nên rất khó khăn vì có những rào cản về tâm lý, kỹ thuật và đạo đức.

Chẳng hạn, bác sĩ phẫu thuật khi cắt mở vỏ não để loại bỏ một khối u sẽ không biết trước (trừ một số trường hợp đặc biệt) là liệu việc cắt mô não có làm gián đoạn mạng lưới tế bào thần kinh và do đó làm suy giảm hoặc phá hủy khả năng nhận thức, vận động hoặc tri giác mà mạng lưới thần kinh đó đang hỗ trợ hoặc chuyển tải hay không.

Để giảm thiểu tổn thương có thể xảy ra từ cuộc phẫu thuật, sau khi bệnh nhân đã được gây mê và một phần của nắp hộp sọ đã được mở ra để tiếp cận khu vực cần phẫu thuật, bác sĩ sẽ đánh thức bệnh nhân trong một thời gian ngắn, khoảng 10 đến 20 phút, và yêu cầu người đó thực hiện một số nhiệm vụ đơn giản cần đến sự hoạt động của phần vỏ não đang mở này.

Trong quá trình thực hiện, bác sĩ phẫu thuật sẽ kích thích vỏ não của bệnh nhân bằng các điện cực nhỏ, không gây đau đớn vì ở não người không có các thụ thể nhận biết cảm giác đau đớn.

Nếu việc kích thích điện tại phần nào đó của vỏ não cản trở việc thực hiện một chức năng chuyên biệt, thì bác sĩ phẫu thuật biết rằng việc cắt đoạn vỏ não đó có thể sẽ gây tổn thương vĩnh viễn cho bệnh nhân, và sẽ đánh giá được là liệu có thể tiến hành phẫu thuật ở một vị trí khác trên não, thay vì là vị trí đã định, hay không.

Bệnh nhân có được một lợi ích vô giá từ trải nghiệm này, và đó là lợi ích mà họ không thể có được từ bất kỳ cách chữa trị nào khác.

Đồng thời, kỹ thuật này cung cấp cho chúng ta cơ hội độc đáo để tìm hiểu về hoạt động của não và thu được dữ liệu cực kỳ quan trọng.

Đầu tiên, bác sĩ phẫu thuật thiết lập vị trí đặt một nút quan trọng của mạng lưới thần kinh liên quan đến một chức năng chuyên biệt nào đó ở bất kỳ bệnh nhân cụ thể nào – điều này hóa giải một trong những trở ngại chính liên quan đến kỹ thuật chụp ảnh hệ thần kinh – thực tế là mỗi bệnh nhân đều có thể có những khác biệt đáng kể so với người khác về vị trí chính xác trong não, nơi một chức năng nhất định được thực hiện.

Bác sĩ phẫu thuật cũng có thể ghi lại hoạt động chính xác của một tế bào thần kinh đơn lẻ – mặc dù mức này chỉ đạt được trong những trường hợp cực kỳ hiếm với công nghệ hiện tại.

Kỹ thuật này ngày càng được sử dụng cho các bệnh lý khác ngoài tổn thương khu trú – ví dụ, các trường hợp động kinh khó chữa về mặt dược lý.

Trong những trường hợp như vậy, bác sĩ phẫu thuật cũng có thể cấy ghép các điện cực tạm thời, để một khi nắp hộp sọ được đóng lại thì các điện cực này sẽ cung cấp thông tin liên tục suốt một thời gian dài trong môi trường sinh hoạt thường nhật, và các thông tin đó sẽ không chỉ giới hạn trong phạm vi phẫu thuật.

Phương pháp đo đạc này đem đến cho chúng ta một bước tiến xa hơn trong việc lĩnh hội các quá trình sinh lý thần kinh diễn ra trong não.

Nó cung cấp một mức độ phân giải không gian chính xác và cụ thể hơn những gì mà kỹ thuật chụp ảnh hệ thần kinh có thể làm được; và cho phép đo đạc cụ thể đối với hoạt động sóng điện từ, vốn không thể đo được bằng các phương tiện đo đạc gián tiếp khác.

Bây giờ, hãy trở lại với thử nghiệm của chúng tôi.

Mười sáu bệnh nhân được yêu cầu đọc to các diễn đạt ngôn ngữ, bằng cách đọc các từ riêng biệt hoặc các câu đầy đủ. Sau đó, chúng tôi so sánh hình dạng của sóng âm thanh với hình dạng của sóng điện từ trong khu vực Broca và quan sát thấy có một mối tương quan (điều không nằm ngoài dự đoán).

Bước thứ hai rất quan trọng.

Chúng tôi yêu cầu bệnh nhân đọc lại các biểu thức ngôn ngữ, nhưng lần này không làm phát ra bất kỳ âm thanh nào – họ chỉ đọc thầm trong đầu mà thôi.

Bằng phép suy đoán, chúng tôi so sánh hình dạng của sóng âm thanh với hình dạng của sóng điện trong vùng Broca.

Tôi cần phải lưu ý rằng ở đây có một tín hiệu thực sự đã đi vào não, nhưng nó không phải là tín hiệu âm thanh – thay vào đó, nó là tín hiệu ánh sáng được truyền bởi sóng điện từ. Hay nói một cách đơn giản hơn, đó là tín hiệu được truyền tải bằng các chữ cái mà chúng ta sử dụng để thể hiện nên các ngôn từ (tức là chữ viết), nhưng chắc chắn đó không phải là một sóng âm thanh.

Đáng chú ý ở đây là chúng tôi phát hiện ra rằng hình dạng của các sóng điện từ được ghi lại trong một vùng không phải vùng phụ trách âm thanh của não khi các biểu thức ngôn ngữ đang được đọc thầm thì có cấu trúc giống như cấu trúc của các sóng âm thanh cơ học của không khí được tạo ra khi những ngôn từ đó được phát ra thành lời.

Hai sóng tương tự nhau, liên quan tới vị trí khu trú thực tế của ngôn ngữ, thì có quan hệ mật thiết với nhau – mật thiết đến mức hai sóng này chống lấn lên nhau một cách độc lập đối với sự hiện diện của âm thanh.

Thông tin âm thanh không phải được cấy ghép thêm vào sau, khi một người cần giao tiếp với người khác, mà nó là một phần của quá trình mã hóa đã được lập trình ngay từ đầu, hoặc ít nhất là trước quá trình tạo lập âm thanh diễn ra.

Nó cũng loại trừ tâm lý cho rằng việc nghe thấy âm thanh trong lúc đọc hoặc nghĩ chỉ là sự ảo giác dựa trên việc hồi tưởng lại những lời nói đã được nói ra thành lời.

Việc phát hiện ra hai sóng độc lập để tạo ra ngôn ngữ về mặt vật lý có tương quan chặt chẽ với nhau – ngay cả trong các khu vực não không phụ trách âm thanh, và không phụ thuộc vào việc các cấu trúc ngôn ngữ đã thực sự được nói ra thành lời hay vẫn nằm trong tâm trí của một cá nhân – cho thấy âm thanh giữ một vai trò trung tâm hơn nhiều trong quá trình xử lý ngôn ngữ so với chúng ta vẫn nghĩ trước đây.

Mối tương quan bất ngờ này có vẻ như đã cung cấp cho chúng ta phần còn thiếu của \”phiến đá Rosetta\” (văn bản chữ viết tượng hình đầu tiên thời Ai cập cổ đại), trong đó hai mã hiệu đã được biết đến – gồm sóng âm thanh và sóng điện từ do âm thanh tạo ra – có thể được sử dụng để giải mã đối với mã hiệu thứ ba, là mã điện từ được tạo ra kể cả khi âm thanh không được phát ra, từ đó hy vọng có thể dẫn đến việc khám phá \”dấu vân tay\” xác định vấn đề ngôn ngữ loài người.

Có một số trong những câu hỏi mà khám phá này đặt ra, chẳng hạn như:

• Loại hoạt động điện từ nào được tạo ra trong mạng lưới ngôn ngữ (bao gồm cả khu vực Broca) ở những người chưa từng nghe được bất kỳ âm thanh nào kể từ khi họ chào đời?
• Liệu chúng ta có thể khai thác thông tin điện vỏ não để tiếp cận tư duy ngôn ngữ của những bệnh nhân khiếm khẩu (những người mà chỉ có cơ quan phát âm bị khiếm khuyết mà thôi) và nghe họ nói lại thông qua một thiết bị nhân tạo không?
• Chúng ta có thể hiểu rõ hơn về ngôn ngữ được sử dụng trong giấc mơ hoặc ở những bệnh nhân đang ở trạng thái sống thực vật không?
• Chúng ta có thể coi tật nói lắp nghiêm trọng là một dạng điều phối sai giữa các hình thực biểu đạt âm thanh khác nhau trong các mạng lưới thần kinh khác nhau, từ đó hy vọng có thể can thiệp và chữa khỏi bệnh này không?
• Liệu những khám phá này có thể dẫn đến việc sử dụng một cách vô đạo đức các thiết bị nhằm đọc và nắm bắt được ý nghĩ của một người khi người đó không chịu nói ra thành lời không?

Thực tế phần lớn giao tiếp của con người diễn ra qua sóng có thể không phải là điều ngẫu nhiên – xét cho cùng, sóng tạo thành hệ thống giao tiếp thuần túy nhất vì chúng chuyển thông tin từ thực thể này sang thực thể khác mà không làm thay đổi cấu trúc hoặc thành phần của các thực thể.

Sóng đi xuyên qua chúng ta và chẳng hề mất mát suy suyển mảy may, nhưng sóng cho phép chúng ta giải thích thông điệp sinh ra bởi những rung động nhất thời của sóng, miễn là chúng ta có chìa khóa để giải mã nó.

Không phải ngẫu nhiên mà thuật ngữ thông tin có nguồn gốc từ gốc tiếng Latin – forma nghĩa là hình dạng – nhằm thể hiện rằng thông tin tức là chia sẻ một hình dạng.

Trong các nghiên cứu triết học của mình, Ludwig Wittgenstein từng nêu câu hỏi: \”Có thể hình dung tới một lúc nào đó con người sẽ không nói ra thành lời nữa, chỉ thầm thì trò chuyện với chính họ trong nội tâm, trong trí tưởng tượng mà thôi?\”

Kết quả của thí nghiệm này bất ngờ làm sống lại câu hỏi tiên tri đódưới một ánh sáng mới, và quan trọng hơn, chúng gợi ý cho những câu hỏi hoàn toàn mới.

Bài viết này đăng lần đầu tiên trên tạp chí The MIT Press Reader, và đã được cho phép đăng lại trên trang BBC. Andrea Moro là Giáo sư Ngôn ngữ tại Đại học University School for Advanced Study (IUSS) ở Pavia, Italy.