Neil Burgess: How your brain tells you where you are

Neil Burgess: Làm thế nào não bộ của bạn cho bạn biết bạn đang ở đâu

Translator: Thong Nguyen Reviewer: Ha Thu Hai

When we park in a big parking lot,

Khi chúng ta đỗ xe trong một bãi đỗ lớn,

how do we remember where we parked our car?

làm sao chúng ta có thể nhớ được là chúng ta đã đỗ xe ở đâu?

Here's the problem facing Homer.

đây chính là vấn đề mà Homer đang đối mặt

And we're going to try to understand

Và chúng ta sẽ cố gắng hiểu

what's happening in his brain.

điều gì đang xảy ra trong đầu anh ta.

So we'll start with the hippocampus, shown in yellow,

Chúng ta sẽ bắt đầu với hippocampus (hồi hải mã-một phần của não trước ), được tô màu vàng,

which is the organ of memory.

đó là bộ phận của trí nhớ.

If you have damage there, like in Alzheimer's,

Nếu bạn bị thương tổn vùng này, như bệnh nhân Alzheimer,

you can't remember things including where you parked your car.

thì bạn không thể nhớ các sự việc bao gồm nơi mà bạn đã đỗ xe.

It's named after Latin for "seahorse,"

Nó được đặt theo tiếng Latin của từ "hải mã",

which it resembles.

vì nó trông giống con hải mã.

And like the rest of the brain, it's made of neurons.

Cũng giống như phần còn lại của bộ não, nó được tạo thành từ các tế bào thần kinh.

So the human brain

Vì vậy bộ não người

has about a hundred billion neurons in it.

có khoảng một trăm tỉ tế bào thần kinh.

And the neurons communicate with each other

Và các tế bào thần kinh trao đổi với nhau

by sending little pulses or spikes of electricity

bằng cách gửi các xung hay tia điện nhỏ

via connections to each other.

thông qua các kết nối đến nhau.

The hippocampus is formed of two sheets of cells,

Hồi hải mã được tạo thành từ hai lớp tế bào,

which are very densely interconnected.

các tế bào đó kết nối cực đậm đặc với nhau.

And scientists have begun to understand

Các nhà khoa học đã bắt đầu hiểu được

how spatial memory works

trí nhớ không gian hoạt động thế nào

by recording from individual neurons

bằng cách ghi lại từ các tế bào thần kinh độc lập

in rats or mice

ở những con chuột

while they forage or explore an environment

trong khi chúng lục lọi hay khám phá một môi trường

looking for food.

để tìm thức ăn.

So we're going to imagine we're recording from a single neuron

Chúng ta sẽ thử tưởng tượng chúng ta đang ghi lại một tế bào thần kinh đơn lẻ

in the hippocampus of this rat here.

trong hồi hải mã của con chuột này.

And when it fires a little spike of electricity,

Khi nó phát ra một xung điện,

there's going to be a red dot and a click.

thì sẽ có một chấm đỏ và một tiếng tách tách.

So what we see

Điều mà chúng ta thấy

is that this neuron knows

là tế bào thần kinh này biết được

whenever the rat has gone into one particular place in its environment.

mỗi khi con chuột đã đi qua một nơi nào đó trong môi trường của nó.

And it signals to the rest of the brain

Nó thông báo cho phần còn lại của bộ não

by sending a little electrical spike.

bằng cách gửi một xung điện nhỏ.

So we could show the firing rate of that neuron

Vì thế chúng ta có thể chỉ ra tốc độ phóng điện của tế bào thần kinh đó

as a function of the animal's location.

như là một hàm của vị trí con vật.

And if we record from lots of different neurons,

Nếu chúng ta ghi lại từ rất nhiều tế bào thần kinh khác nhau,

we'll see that different neurons fire

chúng ta sẽ thấy rằng các tế bào thần kinh khác nhau phóng điện

when the animal goes in different parts of its environment,

khi con vật đi vào những khu vực khác nhau của môi trường

like in this square box shown here.

giống như trong hộp vuông ở đây.

So together they form a map

Như vậy cùng với nhau chúng tạo nên một bản đồ

for the rest of the brain,

cho phần còn lại của bộ não,

telling the brain continually,

nói với bộ não một cách liên tục,

"Where am I now within my environment?"

"Hiện tại tôi đang ở đâu trong môi trường?"

Place cells are also being recorded in humans.

Các tế bào chỉ vị trí cũng được ghi nhận ở con người.

So epilepsy patients sometimes need

Vì thế các bệnh nhân động kinh đôi lúc cần được theo dõi'

the electrical activity in their brain monitoring.

hoạt động điện bên trong não bộ của họ.

And some of these patients played a video game

Vài bệnh nhân trong số đó chơi video game

where they drive around a small town.

trong đó họ lái xe xung quanh một thị trấn nhỏ.

And place cells in their hippocampi would fire, become active,

Các tế bào vị trí trong hồi hải mã sẽ phóng điện, hoạt động,

start sending electrical impulses

và gửi đi các xung điện

whenever they drove through a particular location in that town.

mỗi khi họ đi qua một vị trí nhất định trong thị trấn

So how does a place cell know

Vậy thì làm thế nào mà tế bào vị trí biết được

where the rat or person is within its environment?

con chuột hay người ở đâu trong môi trường?

Well these two cells here

Hai tế bào này

show us that the boundaries of the environment

cho chúng ta thấy rằng các đường biên giới của môi trường

are particularly important.

là đặc biệt quan trọng.

So the one on the top

Vì thế tế bào trên cùng

likes to fire sort of midway between the walls

giống như phóng điện vào giữa các bức tường

of the box that their rat's in.

của cái hộp mà con chuột ở trong đó.

And when you expand the box, the firing location expands.

Khi bạn mở rộng cái hộp, thì vị trí phóng điện cũng mở rộng.

The one below likes to fire

Ở cái hộp dưới này có vẻ như phóng điện

whenever there's a wall close by to the south.

mỗi khi có một sự tiếp cận với bức tường ở phía nam.

And if you put another wall inside the box,

Nếu bạn đặt một bức tường khác trong cái hộp đó,

then the cell fires in both place

thì tế bào thần kinh sẽ phóng điện trong cả hai vị trí

wherever there's a wall to the south

mỗi khi mà có một bức tường ở phía nào

as the animal explores around in its box.

khi mà con vật khám phá xung quanh cái hộp của nó.

So this predicts

Vì vậy điều này dự đoán

that sensing the distances and directions of boundaries around you --

rằng việc cảm nhận khoảng cách và phương hướng của các biên dưới xung quanh bạn --

extended buildings and so on --

các khu nhà xung quanh hay những nơi khác --

is particularly important for the hippocampus.

là cực kỳ quan trọng đối với đồi hải mã

And indeed, on the inputs to the hippocampus,

Thực sự thì, ở phần đầu vào của đồi hải mã,

cells are found which project into the hippocampus,

các tế bào được tìm thấy mà hướng vào đồi hải mã,

which do respond exactly

phản hồi một cách chính xác

to detecting boundaries or edges

để xác định các đường biên hay góc cạnh

at particular distances and directions

tại các khoảng cách và hướng cụ thể

from the rat or mouse

từ con chuột đó

as it's exploring around.

khi mà nó khám phá xung quanh.

So the cell on the left, you can see,

Vì vậy tế bào bên trái, bạn có thể thấy,

it fires whenever the animal gets near

nó phóng điện mỗi khi con vật lại gần

to a wall or a boundary to the east,

bức tường hay một đường biên về phía đông

whether it's the edge or the wall of a square box

khi có một góc hay tường của chiếc hộp vuông

or the circular wall of the circular box

hoặc tường vòng tròn của cái hộp tròn

or even the drop at the edge of a table, which the animals are running around.

hoặc thậm chí là giọt nước tại góc của bàn, tại đó con chuột chạy vòng quanh nó.

And the cell on the right there

Và tế bào bên phải

fires whenever there's a boundary to the south,

phóng điện mỗi khi có một đường biên tới phía nam,

whether it's the drop at the edge of the table or a wall

khi có một giọt nước tại góc bàn hay tường

or even the gap between two tables that are pulled apart.

hoặc ngay cả khi khoảng cách giữa hai bàn được đẩy ra xa.

So that's one way in which we think

Vì thế có một cách mà trong đó chúng ta nghĩ rằng

place cells determine where the animal is as it's exploring around.

các tế bào vị trí xác định con vật đang ở đâu khi nó khám phá xung quanh.

We can also test where we think objects are,

Chúng ta còn có thể kiểm tra việc chúng ta nghĩ các vật ở đâu,

like this goal flag, in simple environments --

giống như cái cột cờ này, trong môi trường đơn giản --

or indeed, where your car would be.

hay thực tế chiếc ô-tô của bạn có thể ở đâu.

So we can have people explore an environment

Vì vậy chúng ta có thể cho một số người khám phá môi trường xung quanh của họ

and see the location they have to remember.

và xem các vị trí mà họ phải ghi nhớ.

And then, if we put them back in the environment,

Và sau đó, nếu chúng ta đặt họ lại môi trường đó,

generally they're quite good at putting a marker down

nói chung thì họ tỏ ra rất tốt trong việc đặt chiếc bút đánh dấu xuống

where they thought that flag or their car was.

nơi mà họ nghĩ là cái cột cờ hay ô tô của họ ở đó.

But on some trials,

Nhưng ở một vài phép thử,

we could change the shape and size of the environment

chúng ta có thể thay đổi hình dạng và kích thước của môi trường

like we did with the place cell.

giống như chúng ta đã làm với tế bào vị trí

In that case, we can see

Trong trường hợp đó, chúng ta có thể biết

how where they think the flag had been changes

nơi mà họ nghĩ cái cột cờ đã ở thay đổi

as a function of how you change the shape and size of the environment.

như là một hàm của việc bạn thay đổi hình dạng và kích thước của môi trường làm sao.

And what you see, for example,

Và như các bạn có thể thấy, chẳng hạn,

if the flag was where that cross was in a small square environment,

nếu cái cột cờ ở tại nơi mà dấu gạch chéo đã ở trong một môi trường hình vuông nhỏ,

and then if you ask people where it was,

và sau đó nếu bạn hỏi họ nó đã ở đâu,

but you've made the environment bigger,

nhưng bạn đã làm cho môi trường rộng ra trước đó,

where they think the flag had been

nơi họ nghĩ cái cột cờ đã ở

stretches out in exactly the same way

rộng ra chính xác cùng một cách

that the place cell firing stretched out.

mà tế bào vị trí phóng điện đã giãn ra.

It's as if you remember where the flag was

Cũng như nếu bạn nhớ nơi cái cột cờ đã ở

by storing the pattern of firing across all of your place cells

bằng cách lưu lại mẫu của sự phóng điện qua tất cả các tế bào vị trí của bạn

at that location,

tại vị trí đó,

and then you can get back to that location

và sau đó bạn có thể quay lại được vị trí đó

by moving around

bằng cách di chuyển xung quanh

so that you best match the current pattern of firing of your place cells

từ đó bạn khớp mẫu phóng điện hiện tại của các tế bào vị trí

with that stored pattern.

với mẫu đã lưu lại.

That guides you back to the location that you want to remember.

Điều đó hướng dẫn cho bạn quay lại vị trí mà bạn muốn nhớ.

But we also know where we are through movement.

Nhưng chúng ta còn biết chúng ta ở đâu nhờ sự di chuyển.

So if we take some outbound path --

Vì vậy nếu chúng ta đi ra bên ngoài --

perhaps we park and we wander off --

có thể là chúng ta đỗ xe và đi loanh quanh đâu đó --

we know because our own movements,

chúng ta biết được vì đó là những sự di chuyển của chính chúng ta,

which we can integrate over this path

mà chúng ta có thể tích hợp vào đường này

roughly what the heading direction is to go back.

một cách xấp xỉ với đường đi là quay trở lại.

And place cells also get this kind of path integration input

Các tế bào vị trí còn có thể nhận được loại đầu vào là tuyến đường tích hợp

from a kind of cell called a grid cell.

từ một loại tế bào gọi là tế bào lưới.

Now grid cells are found, again,

Các tế bào lưới một lần nữa được tìm thấy

on the inputs to the hippocampus,

tại đầu vào của hồi hải mã,

and they're a bit like place cells.

và chúng hao hao giống các tế bào vị trí.

But now as the rat explores around,

Nhưng bây giờ khi con chuột khám phá xung quanh

each individual cell fires

mỗi tế bào riêng lẻ phóng điện

in a whole array of different locations

trong toàn bộ một dãy các vị trí khác nhau

which are laid out across the environment

mà được bố trí dọc theo môi trường

in an amazingly regular triangular grid.

trong một mạng lưới tam giác đều đáng kinh ngạc.

And if you record from several grid cells --

Nếu bạn ghi lại từ vài tế bào lưới --

shown here in different colors --

được chỉ ra ở đây theo những màu sắc khác nhau --

each one has a grid-like firing pattern across the environment,

mỗi tế bào có một mẫu phóng điện giống như mạng lưới dọc theo môi trường,

and each cell's grid-like firing pattern is shifted slightly

và mỗi mẫu phóng điện giống-mạng-lưới của tế bào được dịch chuyển đôi chút

relative to the other cells.

tương xứng với các tế bào khác.

So the red one fires on this grid

Vì thế các điểm phóng điện màu đỏ trong mạng lưới này

and the green one on this one and the blue on on this one.

và mạng lưới màu xanh ở đây và mạng lưới màu xanh ở đây.

So together, it's as if the rat

Vậy là cùng với nhau, giống như nếu con chuột

can put a virtual grid of firing locations

có thể đặt vào một mạng lưới ảo các vị trí phóng điện

across its environment --

dọc theo môi trường của nó --

a bit like the latitude and longitude lines that you'd find on a map,

hơi giống với các đường kinh tuyến và vĩ tuyến mà bạn thấy trên bản đồ

but using triangles.

nhưng dùng các tam giác.

And as it moves around,

Và khi nó di chuyển xung quanh,

the electrical activity can pass

thì hoạt động điện có thể đi qua

from one of these cells to the next cell

từ một trong số những tế bào này tới tế bào kế tiếp

to keep track of where it is,

để lần theo nơi nó đang ở,

so that it can use its own movements

vì thế nó có thể dùng chuyển động của chính nó

to know where it is in its environment.

để biết được nó đang ở đâu trong môi trường

Do people have grid cells?

Vậy con người có các tế bào lưới không?

Well because all of the grid-like firing patterns

Bởi vì tất cả các mẫu phóng điện giống-mạng-lưới

have the same axes of symmetry,

có cùng một trục đối xứng,

the same orientations of grid, shown in orange here,

cùng hướng của mạng lưới, được biễu diễn bằng màu vàng cam ở đây,

it means that the net activity

điều đó có nghĩa là hoạt động thực

of all of the grid cells in a particular part of the brain

của tất cả các tế bào mạng lưới trong một phần cụ thể của não bộ

should change

nên thay đổi

according to whether we're running along these six directions

tùy theo chúng ta đi dọc theo sáu hướng này

or running along one of the six directions in between.

hay đi theo một trong sáu hướng ở giữa.

So we can put people in an MRI scanner

Chúng ta có thể đưa mọi người vào một máy quét MRI

and have them do a little video game

và cho họ chơi video game

like the one I showed you

giống như người mà tôi đã giới thiệu với các bạn

and look for this signal.

và tìm tín hiệu này

And indeed, you do see it in the human entorhinal cortex,

Thực sự thì, bạn thấy nó trong võ não nội khứu (entorhinal cortex) của con người,

which is the same part of the brain that you see grid cells in rats.

đó là phần giống với phần bộ não mà bạn thấy các tế bào lưới ở những con chuột.

So back to Homer.

Quay lại với anh chàng Homer.

He's probably remembering where his car was

Có thể anh ta nhớ được chiếc xe của anh ta ở đâu

in terms of the distances and directions

liên hệ với khoảng cách và hướng

to extended buildings and boundaries

tới các tòa nhà và đường biên

around the location where he parked.

xung quanh vị trí mà anh ta đã đỗ xe.

And that would be represented

Và điều đó có thể được biễu diễn

by the firing of boundary-detecting cells.

bằng sự phóng điện của các tế bào xác định đường biên.

He's also remembering the path he took out of the car park,

Anh ta còn nhớ được con đường mà anh đã đi ra khỏi bãi đỗ xe,

which would be represented in the firing of grid cells.

mà có thể được biễu diễn theo sự phóng điện của các tế bào lưới.

Now both of these kinds of cells

Cả hai loại tế bào đó

can make the place cells fire.

đều có thể làm cho các tế bào vị trí phóng điện

And he can return to the location where he parked

Khi anh ta quay lại vị trí mà anh ta đã đỗ xe

by moving so as to find where it is

bằng cách di chuyển như vậy để tìm vị trí của nó

that best matches the firing pattern

mà phù hợp nhất với mẫu phóng điện

of the place cells in his brain currently

của các tế bào vị trí trong bộ não của anh ta hiện tại

with the stored pattern where he parked his car.

với mẫu đã lưu tại nơi anh ta đã đỗ chiếc xe.

And that guides him back to that location

Và điều đó dẫn anh ta quay lại vị trí đó

irrespective of visual cues

mà không quan tâm đến các dấu hiệu hình ảnh

like whether his car's actually there.

giống như việc xe của anh ta có thực sự ở đó không.

Maybe it's been towed.

Có thể nó đã bị kéo đi.

But he knows where it was, so he knows to go and get it.

Nhưng anh ta biết nó ở đâu, vì thế anh ta biết đi đâu và tìm thấy nó.

So beyond spatial memory,

Vượt ra khỏi trí nhớ không gian,

if we look for this grid-like firing pattern

nếu chúng ta tìm kiếm mẫu phóng điện giống-mạng-lưới này

throughout the whole brain,

qua toàn bộ bộ não,

we see it in a whole series of locations

chúng ta sẽ thấy nó trong toàn bộ một chuỗi các vị trí

which are always active

mà luôn luôn tích cực

when we do all kinds of autobiographical memory tasks,

khi chúng ta làm tất cả các loại nhiệm vụ trí nhớ tự luyện,

like remembering the last time you went to a wedding, for example.

như việc nhớ lần cuối cùng bạn tới một đám cưới chẳng hạn.

So it may be that the neural mechanisms

Vì thế có thể là các cơ chế thần kinh

for representing the space around us

cho việc biễu diễn không gian xung quanh chúng ta

are also used for generating visual imagery

cũng được dùng cho việc tạo ra hình ảnh ảo

so that we can recreate the spatial scene, at least,

nên ít ra chúng ta có thể tái tạo khung cảnh không gian

of the events that have happened to us when we want to imagine them.

của các sự kiện đã xảy ra với chúng ta khi chúng ta muốn tưởng tượng chúng.

So if this was happening,

Nếu điều này xảy ra,

your memories could start by place cells activating each other

thì các ký ức của bạn có thể khởi động bằng cách các tế bào vị trí kích hoạt lẫn nhau

via these dense interconnections

qua những kết nối dày đặc này

and then reactivating boundary cells

và sau đó kích hoạt lại các tế bào đường biên

to create the spatial structure

để tạo ra cấu trúc không gian

of the scene around your viewpoint.

của bối cảnh xung quanh điểm quan sát của bạn.

And grid cells could move this viewpoint through that space.

Các tế bào lưới có thể dịch chuyển điểm quan sát này qua không gian đằng kia.

Another kind of cell, head direction cells,

Một loại tế bào khác nữa, các tế bào dẫn hướng,

which I didn't mention yet,

mà tôi chưa nhắc đến,

they fire like a compass according to which way you're facing.

chúng phóng điện giống như một chiếc la bàn tùy theo việc bạn đang đi theo đường nào

They could define the viewing direction

Chúng có thể định nghĩa hướng quan sát

from which you want to generate an image for your visual imagery,

từ điểm mà bạn muốn tạo ra một bức ảnh cho hình ảnh tưởng tượng của bạn,

so you can imagine what happened when you were at this wedding, for example.

vì thế bạn có thể tưởng tượng điều gì đã xảy ra khi bạn ở đám cưới này chẳng hạn.

So this is just one example

Đây chỉ là một ví dụ

of a new era really

của một kỷ nguyên mới

in cognitive neuroscience

trong thần kinh học nhận thức

where we're beginning to understand

trong đó chúng ra bắt đầu hiểu ra

psychological processes

các quá trình tâm lý học

like how you remember or imagine or even think

giống như làm cách nào mà bạn có thể nhớ hay tưởng tượng hay thậm chí nghĩ

in terms of the actions

theo những hành động

of the billions of individual neurons that make up our brains.

của hàng tỷ tế bào thần kinh riêng biệt mà làm nên bộ não của bạn.

Thank you very much.

Cảm ơn các bạn rất nhiều.

(Applause)

(Vỗ tay)