Đôi mắt trong bóng tối: Kích thước đồng tử tiết lộ chiến lược củng cố trí nhớ của não bộ như thế nào

Chuối Tiêu Đất

13-04-2025

[…] his eyes were wide open, and a good sleep was nowhere to be seen. That was until he passed out.

In “Bird Village Economics”; Wild Wise Weird [1]

Làm thế nào mà não bộ có thể bảo vệ các ký ức cũ trong khi vẫn tiếp tục hình thành những ký ức mới? Câu hỏi này từ lâu đã khiến giới thần kinh học băn khoăn, đặc biệt khi các mạng nơron nhân tạo hiện đại vẫn đang vật lộn với hiện tượng “quên lãng thảm họa” (catastrophic forgetting)—khi kiến thức mới làm xáo trộn hoặc xoá bỏ thông tin đã học trước đó [2,3]. Một nghiên cứu mới đây của Chang và cộng sự [4] cung cấp những góc nhìn hấp dẫn từ sinh học, tiết lộ rằng các vi cấu trúc đặc thù trong giấc ngủ không chuyển động mắt (non-REM – NREM), được phản ánh qua dao động kích thước đồng tử, có thể là chìa khóa của quá trình này.

Các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng trong khi ngủ NREM, chuột có các chu kỳ co giãn đồng tử theo nhịp điệu, mỗi chu kỳ kéo dài khoảng một phút. Những dao động này tương ứng với các trạng thái phụ (brain substates) trong não có vai trò điều phối xử lý trí nhớ. Bằng cách kết hợp ghi nhận hoạt động thần kinh độ phân giải cao, đo đồng tử (pupillometry) và một hệ thống quang di truyền (optogenetic) vòng kín mới, nhóm nghiên cứu có thể theo dõi và can thiệp vào các hoạt động thần kinh liên quan đến trí nhớ với độ chính xác thời gian đáng kể.

Đặc biệt, nghiên cứu cho thấy rằng việc làm gián đoạn bằng những đợt sóng ngắn (sharp-wave ripples - SWRs) xuất phát từ vùng hồi hải mã và có vai trò quan trọng trong việc "phát lại" ký ức—trong các trạng thái nhỏ đồng tử (small-pupil substates) đã làm suy giảm rõ rệt khả năng ghi nhớ vị trí không gian mới học của chuột. Ngược lại, việc làm gián đoạn SWRs trong trạng thái lớn đồng tử (large-pupil substates) không gây ảnh hưởng đáng kể đến việc truy xuất ký ức. Điều này cho thấy rằng các trạng thái nhỏ đồng tử chuyên biệt cho việc củng cố ký ức mới, trong khi trạng thái lớn đồng tử thiên về tái kích hoạt ký ức xa xưa [4].

Các thí nghiệm tiếp theo xác nhận sự chuyên biệt chức năng này: các trạng thái nhỏ đồng tử hỗ trợ tái kích hoạt các tổ hợp tế bào thần kinh mới hình thành, trong khi trạng thái lớn đồng tử liên quan đến việc tái kích hoạt các mạch ký ức đã được củng cố lâu dài. Những phát hiện này thách thức giả định lâu nay rằng giấc ngủ NREM là một trạng thái đồng nhất, và thay vào đó, định vị kích thước đồng tử như một chỉ báo không xâm lấn đáng tin cậy về động lực nhận thức nội tại.

Phát hiện này mở ra hướng tiếp cận không xâm lấn đầy tiềm năng trong việc tăng cường trí nhớ—ví dụ, sử dụng đo đồng tử để hướng dẫn quá trình tái kích hoạt trí nhớ mục tiêu trong khi ngủ. Nó cũng gợi mở những hướng đi đầy hứa hẹn cho các hệ thống trí tuệ nhân tạo lấy cảm hứng sinh học, có khả năng học thông tin mới mà không “xóa sạch” dữ liệu cũ—một thách thức lớn trong lĩnh vực học máy hiện nay [5].

Ở cấp độ rộng hơn, nghiên cứu này tiết lộ sự hòa phối tinh tế giữa nhịp sinh học tự nhiên và khả năng phục hồi nhận thức. Khả năng của não bộ trong việc lưu giữ quá khứ trong khi thích ứng với hiện tại không diễn ra trong tĩnh lặng, mà thông qua vũ điệu nhịp nhàng của co và giãn đồng tử. Trong điệu nhảy uyển chuyển giữa ánh sáng và bóng tối ấy, tự nhiên ban tặng cho con người không chỉ ký ức, mà còn là sự tiếp nối, trực giác, và trí tuệ được giấu kín trong cấu trúc thầm lặng của giấc ngủ [6,7].

Tài liệu tham khảo

[1] Vuong QH. (2024). Wild Wise Weird. https://www.amazon.com/dp/B0BG2NNHY6/ 

[2] González OC, et al. (2020). Can sleep protect memories from catastrophic forgetting? eLife, 9, e51005. https://doi.org/10.7554/eLife.51005 

[3] McNaughton BL. (2010). Cortical hierarchies, sleep, and the extraction of knowledge from memory. Artificial Intelligence, 174(2), 205-214. https://dx.doi.org/10.1016/j.artint.2009.11.013 

[4] Chang HY, et al. (2025). Sleep microstructure organizes memory replay. Nature, 637(8048), 1161-1169. https://www.nature.com/articles/s41586-024-08340-w 

[5] Chang H, Tang W. (2025). Window to the soul: Pupil dynamics unveil the consolidation of recent and remote memories. Zoological Research, 46(2), 261-262. https://dx.doi.org/10.24272/j.issn.2095-8137.2025.036 

[6] Ho MT, Nguyen DH. (2025). Of Kingfisher and Man. https://philarchive.org/rec/HOOKAW 

[7] Nguyen MH. (2024). How can satirical fables offer us a vision for sustainability? Visions for Sustainability. https://ojs.unito.it/index.php/visions/article/view/11267