Trí nhớ được lưu trữ và truy xuất như thế nào?

Hiện nay, tất cả những gì chúng ta biết về não bộ là một khối chất thần kinh nằm giữa đôi tai. Khối chất này chứa đựng những hiểu biết về thế giới, về lịch sử nhân loại, tất cả những kỹ năng mà chúng ta đã học được - từ việc đi xe đạp cho đến việc thuyết phục một người đang yêu từ bỏ mối tình của họ. Trí nhớ làm cho mỗi con người là một cá thể duy nhất và tạo ra một dòng chảy liên tục cho cuộc sống của chúng ta. Sự hiểu biết về cách mà ký ức được lưu trữ trong não bộ là một bước quyết định đến quá trình khám phá bản thân con người.

Các nhà thần kinh học đã tiến được những bước dài, đó là xác định được những vùng não chủ chốt và những cơ chế phân tử đầy tiềm năng. Tuy vậy, rất nhiều câu hỏi quan trọng vẫn chưa được giải đáp và còn có một vực sâu ngăn cách giữa những nghiên cứu ở cấp độ phân tử với sự hoạt động của cả bộ não.

Năm 1957, công bố về ca bệnh thần kinh của bệnh nhân H.M đã khai sinh một kỷ nguyên mới trong nghiên cứu trí nhớ. Ở tuổi 27 H.M bị phẫu thuật cắt bỏ những khoanh thuỳ thái dương lớn trong một nỗ lực nhằm chữa trị chứng động kinh mãn tính cho bệnh nhân này. Ca mổ thành công nhưng sau đó H.M không thể nhớ được những gì đã xảy ra cũng như những người anh gặp. Trường hợp này đã chứng minh các thuỳ thái dương trung gian (MTL) mà trong đó có chứa các đồi cá ngựa đóng vai trò thiết yếu trong việc hình thành trí nhớ. Ca bệnh của H.M cũng đưa ra bằng chứng sát thực hơn rằng trí nhớ không phải là một khối cứng nhắc. Trong 3 ngày liên tục họ giao cho H.M ba bài tập vẽ tranh dạng “đánh lừa” với ba đề bài giống hệt nhau. Kết quả là khả năng làm bài của H.M đã tăng lên nhanh chóng và rõ rệt sau mỗi lần làm bài mặc dù anh không hề có chút ký ức nào về bài tập đã làm hôm trước. Trường hợp của H.M đã chứng tỏ ghi nhớ “như thế nào” không giống với ghi nhớ “cái gì”.

Từ những thí nghiệm trên động vật và những tiến bộ trong mô tả não bộ người, các nhà khoa học hiện nay có những hiểu biết thực nghiệm về các dạng trí nhớ tương ứng với các khu vực trong não bộ. Tuy vậy các nhà khoa học vẫn chưa lấp đầy đ

ược những lỗ hổng nhận thức vốn đeo bám dai dẳng từ rất lâu. Mặc dù các thuỳ thái dương trung gian đã được chứng minh là thiết yếu đối với “trí nhớ tường thuật” – là sự thu thập lại các sự kiện thực tế - nhưng ngay chính trong khu vực này vẫn còn những điểm chưa sáng tỏ. Làm thế nào mà các thành phần khác nhau tương tác với nhau trong quá trình mã hoá và truy xuất trí nhớ vẫn còn là một ẩn số. Hơn nữa, các thùy thái dương trung gian không phải là nơi lưu trữ cuối cùng của “trí nhớ tường thuật”. Những trí nhớ tường thuật này dường như được sắp xếp trong vỏ não với mục đích lưu trữ lâu dài, thế nhưng việc này diễn ra như thế nào và trí nhớ được trình bày trong vỏ não ra sao vẫn chưa sáng tỏ.

Hơn một thế kỷ trước nhà giải phẫu thần kinh vĩ đại người Tây Ban Nha Santiago Ramón y Cajal đã cho rằng việc hình thành trí nhớ cần có sự liên kết chặt chẽ giữa các neuron thần kinh với nhau. Tại thời điểm đó người ta vẫn tin rằng các neuron thần kinh không được sinh ra trong não trưởng thành, do vậy Ramón y Cajal đưa ra một giả định khá hợp lý rằng phải có những thay đổi xảy ra giữa cac neuron đang tồn tại. Mãi đến gần đây các nhà khoa học mới có được một vài manh mối để giải thích hiện tượng này có thể diễn ra như thế nào.

Tuy nhiên, từ thập kỷ 70, nghiên cứu trên các phần riêng biệt của hệ mô thần kinh đã xác định được “chủ nhà” trong số các phân tử có liên quan đến sự hình thành trí nhớ. Ở nhiều loài sinh vật khác nhau cùng có rất nhiều các phân tử giống nhau liên quan đến cả hai dạng trí nhớ tường thuật và trí nhớ không tường thuật. Điều này là một bằng chứng nói lên rằng các cơ chế phân tử của trí nhớ có tính bảo thủ trên nhiều đối tượng sinh vật. Cũng từ những nghiên cứu này, một điều rất quan trọng là dạng trí nhớ ngắn (tính bằng phút) bao gồm những biến đổi hoá học có tác dụng làm tăng cường sự chặt chẽ giữa các liên kết đang tồn tại (synapse) của các neuron, trong khi dạng trí nhớ dài (tính bằng ngày và tuần) cần có sự tổng hợp protein và có thể là cả sự tạo thành các synapse mới.

Thách thức lớn hiện nay là làm sao áp dụng những nghiên cứu này cho cả bộ não. Một cầu nối có triển vọng là quá trình với tên gọi LTP - một dạng tăng cường synapse đã được nghiên cứu rất kỹ trên vùng đồi cá ngựa của động vật gặm nhấm. LTP được nhiều người tin rằng là nền tảng sinh lý của trí nhớ. Sẽ là một bước đột phá lớn nếu ai đó có thể minh hoạ mang tính kết luận rằng LTP thực sự là nền tảng cho việc hình thành trí nhớ in vivo.

Trong lúc này các câu hỏi vẫn liên tục xuất hiện. Các nghiên cứu gần đây đã phát hiện một điều là mô hình vận hành thần kinh được ghi nhận khi một con vật học một kỹ năng mới được lặp lại khi con vật này đang ngủ. Liệu điều này có đóng vai trò làm hằn sâu các ký ức? Những nghiên cứu khác lại cho thấy trí nhớ của chúng ta không đáng tin cậy như chúng ta vẫn thường hình dung. Tại sao trí nhớ lại không bền như vậy? Một gợi ý có thể đến từ những nghiên cứu gần đây đã làm sống lại quan điểm gây tranh cãi rằng trí nhớ rất dễ bị tổn thương mỗi khi chúng được tái truy xuất. Sau cùng, vào những năm 1990 người ta ủng hộ mạnh mẽ học thuyết "không có neuron mới". Theo đó, trong số tất cả các vị trí, vùng đồi cá ngựa (hippocampus) là vườn ươm ảo của neuron trong suốt cuộc đời. Làm thế nào các tế bào mới sinh ra tham gia vào việc học tập và ghi nhớ vẫn còn chưa được giải đáp.