Một dấu hiệu phổ quát có thể giúp phẫu thuật an toàn hơn – và hé lộ điều gì giữ ý thức gắn kết.

Hãy hình dung một đại dương phẳng lặng, yên tĩnh, lác đác vô số phao nổi. Một vài chiếc bắt đầu nhấp nhô, làm gợn mặt nước trong vắt. Bất ngờ, những cụm phao khác bật lên và rơi xuống đồng loạt, tạo nên sóng lan tỏa. Rồi nhiều chiếc khác nhập cuộc. Đại dương biến thành một biển sóng cuộn. Có phải đang có một mô hình nào đó?

Bạn nhận ra rằng những con sóng dường như đang ảnh hưởng đến nhịp nhảy điên cuồng của các phao. Sóng do phao tạo ra lại chuyển động có mục đích, như một vũ điệu phối hợp. Nhưng đây không phải bão tố hỗn loạn, mà là một màn múa ứng biến, đầy tri thức.

Giờ hãy tưởng tượng đại dương ấy chính là não bộ của bạn. Những chiếc phao là neuron. Những con sóng là hoạt động điện. Và những chuyển động bí ẩn, có quy luật kia? Đó chính là ý thức.

Khi sóng não có thể là chìa khóa?

Trong nhiều thập kỷ, khoa học thần kinh tập trung vào neuron, vốn được coi là người mang thông tin chính trong não. Nhưng các nhà thần kinh học như Earl K. Miller cho rằng chính các sóng phối hợp trong não mới làm công việc thực sự – mang, kết hợp, biến đổi thông tin – thậm chí có thể tạo ra ý thức.

Nghiên cứu gần đây của Miller đi theo hướng trái trực giác: nghiên cứu cách các loại thuốc mê khác nhau, dù thành phần hóa học khác biệt, lại làm thay đổi sóng não theo cách tương tự, đưa não đến cùng một điểm: vô thức. Hy vọng là bằng cách quan sát cách ý thức tan rã, ta có thể hé lộ điều gì giữ nó gắn kết.

Một trong những bí ẩn lớn nhất của khoa học là tại sao chúng ta lại trải nghiệm thế giới một cách chủ quan. Nhưng Miller, Giáo sư thần kinh học tại MIT, nói rằng ông quan tâm đến cơ chế hơn là triết học: Tôi muốn biết não sản sinh ý thức bằng cách nào – cơ chế và nguyên lý nền tảng của nó.

Để nghiên cứu, nhóm Miller thường thăm dò trạng thái vô thức – vì khi tắt công tắc ý thức, ta có thể hỏi: điều gì đã thay đổi trong não? Và phương tiện đáng tin cậy nhất chính là gây mê. Các thuốc mê như propofol, ketamine, sevoflurane hay dexmedetomidine làm gián đoạn hoạt động não đến mức nó không còn khả năng xử lý và tích hợp thông tin – trải nghiệm chủ quan biến mất.

Trong một nghiên cứu, Miller giải thích propofol khiến ý thức biến mất vì nó phá vỡ sự cân bằng tinh tế của não giữa hưng phấn và hỗn loạn. Nếu não quá ít hưng phấn, các neuron không ảnh hưởng được lẫn nhau. Nếu quá mức, nó rơi vào hỗn loạn. Thuốc mê dường như làm rối loạn vùng lưỡi dao mỏng manh này.

Mới đây, Miller và cộng sự thử ketamine và dexmedetomidine trên khỉ macaque. Dù hai loại thuốc khác nhau, sóng não của khỉ đều dịch chuyển theo cùng một cách khi ý thức tắt. Đây có thể chính là dấu hiệu phổ quát của vô thức – một mô hình thần kinh luôn xuất hiện khi ý thức biến mất.

Ý thức như đại dương sóng

Kết quả củng cố ẩn dụ lâu năm của Miller: não như đại dương, sóng điện não nổi lên, tương tác, dệt nên ý thức. Ông tin rằng sóng não không chỉ phản ánh neuron bắn điện, mà có thể chính là thứ gắn kết ý thức.

Các lý thuyết lớn về ý thức khác nhau nhiều điểm, nhưng đa số đều đồng ý: ý thức xuất hiện khi đủ nhiều vùng vỏ não hòa nhịp cùng nhau. Và sóng não là cách hiệu quả để phối hợp hàng triệu neuron trải rộng khắp vỏ não.

Ngày nay, nghiên cứu cho thấy neuron chỉ dành khoảng 20% thời gian để phát xung (spiking). Thời gian còn lại, chúng vẫn giao tiếp qua những ảnh hưởng điện tinh vi – tức là sóng – di chuyển nhanh gấp 5.000 lần tín hiệu synapse. Ngoài ra, các tế bào hình sao (astrocyte), chiếm tới 40% số tế bào não, cũng dao động và phát tán ảnh hưởng điện, không chỉ đơn thuần là tế bào hỗ trợ.

Khám phá này khiến ta phải định nghĩa lại: ý thức không chỉ là neuron phát xung, mà có thể là mạng lưới dao động đa tầng giữa neuron và tế bào thần kinh đệm.

Não không phải MacBook

Trong nhiều thập kỷ, người ta so sánh não với máy tính số: neuron như 0 và 1. Nhưng Miller cho rằng não hoạt động giống máy tính tương tự hơn – nơi sóng điện đóng vai trò như các mô hình liên tục, tính toán bằng cộng hưởng và triệt tiêu. Điều này vừa giải thích được sự phức tạp khổng lồ của não, vừa giải thích được hiệu suất năng lượng: bộ não chỉ tiêu thụ 20 watt, trong khi siêu máy tính số tiêu thụ hàng triệu watt nhưng vẫn thua kém.

Hiểu cơ chế của ý thức qua gây mê không chỉ mang ý nghĩa khoa học, mà còn đem lại lợi ích thực tế. Cùng với Emery N. Brown (MIT), Miller muốn áp dụng kiến thức này để cải thiện thực hành gây mê.

Hiện nay, bác sĩ gây mê chủ yếu theo dõi nhịp tim, huyết áp và phản ứng vận động, ít khi theo dõi não bằng EEG. Miller lập luận: Ta nên theo dõi chính thứ đang mất đi – đó là não. Nếu xác định được dấu hiệu thần kinh của vô thức, bác sĩ có thể đưa bệnh nhân vào trạng thái gây mê đủ liều – không thừa, không thiếu.

Nhóm ông đã chế tạo nguyên mẫu máy gây mê tự động, điều chỉnh thuốc dựa trên dấu hiệu sóng não, hoạt động rất tốt trên mô hình động vật. Ứng dụng này có thể giảm rủi ro bệnh nhân tỉnh lại giữa ca phẫu thuật (khoảng 1–2 ca trên 1.000). Đồng thời tránh tình trạng quá liều thuốc mê – vốn đặc biệt nguy hiểm cho người già và trẻ nhỏ, gây suy giảm nhận thức, làm trầm trọng thêm Alzheimer, sa sút trí tuệ, và nhiều rối loạn tâm thần.

Daniel Toker (UCLA) nhấn mạnh: mục tiêu cuối cùng không chỉ là hiểu ý thức, mà là giúp bệnh nhân bị rối loạn ý thức – những người sống trong trạng thái thực vật hoặc chỉ còn nhận thức tối thiểu, tỉnh nhưng không biết. Ước tính có khoảng 300.000 người Mỹ bị mắc kẹt trong vùng xám này.

Ông nói: Nếu chúng ta có thể nghiên cứu điều gì sai lệch trong não của họ, nó không chỉ giúp khoa học ý thức, mà có thể giúp một số người tỉnh dậy.