"Não bộ là cỗ máy tính lượng tử tự tưởng tượng ra ảo giác về toán học"

Hãy cùng làm một bài thử đơn giản, bạn hãy trả lời thật nhanh những câu hỏi sau đây:

4+5 bằng mấy?

5+4 bằng mấy?

Bịt mắt lại, bạn có thể nhớ câu trả lời cho câu hỏi đầu tiên không?

Nếu câu trả lời vẫn là 9 với mọi câu hỏi trên, thì bạn đã thực hiện thành công một chuỗi những chức năng não phức tạp. Hành động làm toán thông qua thực hiện bài thử tác động tới nhiều phần não cùng lúc, cùng lúc đó bạn thể hiện được khả năng nhớ lại dữ kiện đã nhập trước đó.

Loạt hành động có thể đơn giản tới mức nực cười, nhưng nó vẫn là thành tựu lớn do cỗ máy tính toán phức tạp nhất vũ trụ thực hiện. Và dựa trên một số nghiên cứu mới được nhóm các nhà khoa học tại Đại học Bonn và Đại học Tübingen đăng tải, những phép thử đơn giản bạn mới thực hiện đầu bài viết cho thấy bạn chính là một cỗ máy tính lượng tử, giải được một lục nhiều phép toán “phức tạp”.

Nhiều khả năng, não bạn không sinh ra để làm toán. Tuy nó giải toán rất giỏi, nhưng khái niệm “con số” là khái niệm nhân tạo, và xét tới chiều dài lịch sử, số má và toán học vẫn còn rất mới. Tổ tiên ta rảo bước trên mặt đất suốt 300.000 năm nay, nhưng những con số mới lần đầu tiên xuất hiện tại Lưỡng Hà vào 6.000 năm trước.

Con người tiền sử vẫn cần phải đếm. Rõ ràng, họ không thể quên mất số hậu duệ mình sinh ra chỉ vì không biết thứ tự các chữ số Ả-rập. Họ sở hữu những cách khác để theo dõi số lượng, có thể chỉ đơn giản như việc xòe tay ra đếm ngón. Khi số cần đếm vượt số ngón trên chân tay, một nắm sỏi sẽ có thể đại diện cho tất cả thành viên bộ tộc.

Não bộ chúng ta không quan tâm tới việc ta sử dụng cách đếm gì, khái niệm gì để mô tả số lượng, từ ngữ gì để đại diện cho số nhiều. Nó chỉ biết làm toán, đơn giản vậy thôi.

Lại nói về nghiên cứu của các nhà khoa học tới từ hai trường đại học danh giá. Họ đặt tựa đề cho báo cáo là “Mã neuron thần kinh dùng trong xử lý quy luật số học ở não người”, mô tả một thứ “code” trừu tượng tồn tại bên trong não chúng ta, được dùng để giải quyết phép cộng và phép trừ.

Có thể coi đây là đột phá lớn, khi chúng ta vẫn chưa hiểu não làm toán như thế nào. Quá trình tính toán phức tạp, ẩn trong từng tín hiệu điện nhảy qua lại giữa các synapse, không thiết bị điện não đồ nào đủ tân tiến để đọc được phép tính dù là đơn giản nhất.

Tín hiệu từ máy điện não đồ, hình ảnh từ máy chụp cắt lớp không diễn đạt được phương trình giải toán của não bộ. Bản chất của tính toán lẫn lộn đâu đó giữa những tín hiệu rối rắm, sản sinh từ hoạt động của neuron thần kinh. Toán học diễn ra tại mỗi neuron đơn lẻ, và khi có xấp xỉ 86 tỷ neuron nhấp nháy tính hiệu, khó có thể định hình chính xác dòng suy nghĩ nào mang ý nghĩa gì.

Tiến hành thử nghiệm trên nhóm tình nguyện viên đang có sẵn chip chữa động kinh cấy dưới hộp sọ, các nhà nghiên cứu đã cô lập được những tín hiệu đại diện cho hành động giải toán. Kết quả từ chín tình nguyện viên phù hợp điều kiện nghiên cứu cung cấp cái nhìn đầu tiên vào cách não bộ thực hiện các phép tính toán học.

Đoạn trích dưới đây lấy từ báo cáo nghiên cứu:

*Thùy thái dương là một trong bốn thùy chính của não (màu xanh lá trong hình dưới), giữ trách nhiệm xử lý tín hiệu có liên quan tới hoạt động lưu giữ ký ức hình ảnh, hiểu ngôn ngữ và khống chế cảm xúc.

Các thùy còn lại gồm có thùy trán (xanh dương), thùy đỉnh (vàng) và thùy chẩm (đỏ).

Phần giữa của thùy thái dương (MLT) bao gồm hồi hải mã, hạch hạnh nhân, và vùng gần hồi hải mã, nắm vai trò quan trọng trong xử lý trí nhớ định hình không gian và trí nhớ ngắn hạn. Cơ chế hoạt động của phần giữa này bao gồm các hoạt động xử lý thông tin như mã hóa, thống nhất và gợi ký ức.

Tóm lại, báo cáo cho thấy chỉ nội trên vùng giữa MLT, một phần não cố gắng phân tích vấn đề, một vùng tìm ra giải pháp.

Các nhà nghiên cứu viết:

Dữ liệu ghi lại hoạt động của neuron trên người và linh trưởng, bên cạnh mô hình giả lập bằng máy tính, cho thấy những chức năng nhận thức khác nhau của hai loại mã, tồn tại trong trí nhớ làm việc*: dù mã động dường như đáp ứng việc duy trì lưu giữ thông tin trong trí nhớ, công tác thao túng tư tưởng khốc liệt dùng trong phân tích dữ liệu từ trí nhớ làm việc có thể sẽ cần tới mã tĩnh. 

Dựa theo suy luận này, vùng vỏ não gần thùy thái dương có thể đứng ra chứa trí nhớ ngắn hạn của quy luật tính toán, trong khi hồi hải mã ‘làm toán’, xử lý những con số theo luật số học đã được gợi lại.

Ta đã hiểu được rằng mọi quá trình toán học đều cần tới một quy luật tĩnh - giải pháp đã hằn sâu trong trí nhớ dài hạn, bên cạnh một quy luật động mới lạ. Tất cả hai quy luật trên đều tồn tại nhất thời, một được gọi ra từ kho và một được tạo mới, dựa trên từng khía cạnh toán học não đang cần gợi nhớ.

Đầu bài viết, con số 86 tỷ đã xuất hiện khi nhắc tới số neuron bừng sáng trong não bộ. Phép xử lý toán học đơn giản của 4+5 lẩn khuất đâu đó trong rừng tín hiệu. Rõ ràng, não trải qua một quá trình xử lý phức tạp để thực hiện phép tính trẻ con cũng có thể hoàn thiện.

Báo cáo cho hay:

Hoặc não chúng ta phải vất vả tính toán đến toát mồ hôi, hoặc chúng là hệ thống máy tính lượng tử làm công việc mình thành thạo nhất: tưởng tượng ra ảo giác về một câu trả lời có nghĩa.

Hãy thử nghĩ đến một quả táo. Không, một quả táo nguyên vẹn có màu xanh cơ. Bạn đếm xem có bao nhiêu phép tính cần thực hiện để có được kích thước quả táo đang tồn tại trong đầu bạn, và rồi chỉnh sửa nó khi táo không thỏa mãn yêu cầu tất cả các yêu cầu?

Dù táo có hình dạng nào, não của bạn cũng vừa tự tạo ảo giác về một quả táo không có thực. 

Ta cũng áp dụng quá trình tính toán tương tự trong rèn luyện trí tuệ nhân tạo, những “cỗ não máy” được thiết kế để sản xuất nội dung nguyên bản, dựa trên những phong cách đã được thiết lập sẵn trong bộ nhớ.

Những bộ não máy móc không sử dụng toán học cấp cao để lợi dụng xu hướng cảm nhận nghệ thuật, hình ảnh của con người. Chúng chỉ tuân theo quy luật đơn giản, tổ hợp dữ liệu để sản sinh ra thành phẩm thỏa mãn yêu cầu ban đầu, là tối ưu hóa hiệu quả.

Cách giải toán của não ít nhiều tương tự vậy. Ít nhất, báo cáo nghiên cứu mới khẳng định như thế. Nó sẽ ứng dụng các quy tắc đã biết để tìm ra kết quả có nghĩa nhất. Một phần não thì tìm ra phương án (nó cho là) đúng nhất dựa trên những sự thật bất biến (như 1+1=2), đồng thời phần não khác sử dụng trực giác xác minh liệu kết quả có sản sinh từ trí nhớ không.

Đó cũng là lý do tại sao hai cá nhân với trí tuệ tương đồng và học vấn ngang hàng có thể tiếp cận một vấn đề toán học theo hai hướng. Hãy lấy ví dụ với câu hỏi dưới đây.

Trong lọ có bao nhiêu kẹo?

Quá trình giải thích vấn đề hóc búa vẫn đang diễn ra ngay thời điểm này. Khoa học hiện mới kịp mừng rỡ khi quan sát được những neuron đơn lẻ tham gia quá trình làm toán. Có thể phép tính sẽ kéo dài nhiều năm nữa, khi các nhà nghiên cứu nỗ lực phân tích hoạt động từng neuron.

Nhưng câu hỏi lớn nhất ta có lúc này vẫn là: có phải não bộ con người là máy tính lượng tử?

Nhận định có vẻ có lý, nhất là khi có nghiên cứu đang được đề cập mô tả hoạt động tính toán lượng tử diễn ra trong não chúng ta. Nhưng với những dữ kiện đang có, ta mới chỉ theo dõi và xử lý thông tin của vài trăm neuron một lúc. Công suất này chưa đủ để phân tích hàng chục tỷ neuron cùng sản sinh tín hiệu.

Để tăng tốc quá trình tính toán, nhóm nghiên cứu tạo ra một hệ thống trí tuệ nhân tạo giúp giải thích dữ liệu theo cách một cách súc tích. Nhóm mong muốn kết quả tương lai sẽ giải thích rõ hơn cách não bộ xử lý toán học.

Báo cáo kết luận:

Kết quả nghiên cứu còn mang hàm ý lớn lao hơn thế. Các nhà khoa học không nhắc tới tốc độ phát triển vượt bậc của công nghệ cấy chip trên, cũng như không quy chiếu kết quả dưới góc nhìn của điện toán lượng tử.

Nhưng nếu nghiên cứu mới được đăng tải là đúng, và nếu áp dụng triết lý cho rằng cách giải thích đơn giản hơn thường sẽ đúng, thì não bộ chính là một cỗ máy tính lượng tử. Hoặc là thế, hoặc là thiết kế não bộ chưa được tối ưu.

Cũng như cách tổ tiên chúng ta khắc lên cán công cụ cách đếm riêng của mình, một bộ não nhị phân cũng sẽ dễ dàng xử lý được việc đếm số. Thế thì tại sao não phải tưởng tượng ra nhiều giảo giác của một loạt câu trả lời với sự tham gia của vô vàn neuron thần kinh, trong khi có thể sử dụng từng neuron đơn lẻ làm từng giá trị 0 và 1 như máy tính cổ điển?

Có lẽ, câu trả lời nằm tại bản chất lượng tử của vũ trụ. Khi bạn thực hiện một phép toán, đơn giản như 1+1, não bạn đã mường tượng ra mọi câu trả lời khả thi, cùng lúc đó vừa lục lại ký ức (chắc chắn bạn đã từng làm phép tính này rồi), vừa xử lý dữ liệu (tiến hành cộng 1 với 1).

Nếu như não bộ chúng ta “chạy” hệ nhị phân, có lẽ bạn sẽ phải đợi não thực hiện một loạt phép hoán vị, thay vì tưởng tượng ra mọi phép tính cùng lúc.

Kết quả là đây, câu trả lời đã hiện hữu trong đầu bạn trước cả khi bạn nhận ra bạn đang nghĩ về nó, bởi lẽ hai hoạt động diễn ra cùng lúc. Con mèo sống, đồng thời chết.

Theo Kim