[Sách dịch] Bộ Não tự thay đổi chính nó (Chương 3)

sach-dich-bo-nao-tu-thay-doi-chinh-no-chuong-3

Chương 3. Một nhà khoa học thay đổi bộ não để tăng cường nhận thức và trí nhớ, tăng tốc độ suy nghĩ và chữa lành các vấn đề học tập

Bộ Não tự thay đổi chính nó

THE BRAIN THAT CHANGES ITSELF

Tác giả: Norman Doidge

Năm xuất bản: 2007

Độ dài: 11 chương. 

Dịch bởi: TLHTP

 

Chương 3.
Thiết kế lại bộ não

Một nhà khoa học thay đổi bộ não để tăng cường nhận thức và trí nhớ, tăng tốc độ suy nghĩ và chữa lành các vấn đề học tập

Michael Merzenich là một tác nhân đằng sau hàng loạt sáng kiến ​​về tính dẻo thần kinh và những phát minh thực tiễn, và tôi đang trên đường đến Santa Rosa, California, để gặp ông ấy. Ông ấy là cái tên được ca ngợi thường xuyên nhất bởi các nhà phẫu thuật thần kinh khác, và ông ấy là người khó theo dõi nhất. Chỉ khi tôi phát hiện ra ông ấy sẽ có mặt tại một hội nghị ở Texas, tôi đi đến đó và ngồi xuống bên cạnh ông ấy, cuối cùng tôi đã hẹn được một cuộc gặp ở San Francisco."Hãy dùng địa chỉ e-mail này," ông nói. "Và nếu anh lại không hồi âm thư?" "Hãy kiên nhẫn." Vào phút cuối, ông ấy chuyển cuộc gặp của chúng tôi đến biệt thự của ông ở Santa Rosa. Merzenich là người đáng bỏ công ra tìm kiếm.

Michael Merzenich

Nhà khoa học thần kinh người Ireland Ian Robertson đã mô tả ông là "nhà nghiên cứu hàng đầu thế giới về tính dẻo của não". Chuyên môn của Merzenich là cải thiện khả năng suy nghĩ và nhận thức của mọi người bằng cách thiết kế lại bộ não bằng cách đào tạo các khu vực xử lý cụ thể, được gọi là bản đồ não, để họ làm được nhiều việc trí óc hơn. Ông đã thể hiện một cách chi tiết khoa học cách thức các vùng xử lý của não bộ thay đổi nhiều hơn bất kỳ nhà khoa học nào.

Biệt thự ở vùng đồi Santa Rosa này là nơi Merzenich sống chậm lại và đổi mới bản thân. Không khí này, những cái cây này, những vườn nho này, có vẻ giống như một mảnh đất của người Ả Rập được cấy vào Bắc Mỹ. Tôi qua đêm ở đây với ông và gia đình ông ấy, rồi sáng hôm sau, chúng tôi đi đến phòng thí nghiệm của ông ở San Francisco.

Những người làm việc với ông ta gọi ông là "Merz", để gieo vần với "whirs" và "khuấy động". Khi ông ấy lái chiếc xe mui trần nhỏ của mình đến các cuộc họp —mái tóc màu xám của ông bay bay trong gió, và ông kể với tôi rằng nhiều ký ức sống động nhất trong nửa sau của cuộc đời ông ấy— năm nay ông sáu mươi mốt tuổi— là những cuộc trò chuyện về ý tưởng khoa học. Tôi nghe ông ấy nói về chúng qua điện thoại, bằng giọng nói giòn giã. Khi chúng tôi đi qua một trong những cây cầu vinh quang của San Francisco, ông đã trả một khoản phí mà ông được miễn nộp chỉ vì ông qua mải mê với những ý tưởng mà chúng tôi đang thảo luận. Ông có hàng tá cuộc hợp tác và thí nghiệm đang tiến hành cùng một lúc và thành lập nhiều công ty. Ông mô tả bản thân là "điên khùng." Ông ấy không điên khùng, mà ông ấy là một sự pha trộn thú vị giữa sự dữ dội và thân mật. Ông ấy sinh ra ở Lebanon, Oregon, gốc Đức và nói giọng West Coast, là người dễ tính, sống thực tế. 

Trong số các nhà phẫu thuật thần kinh có giấy phép hành nghề khoa học uy tín, chính Merzenich là người đưa ra những tuyên bố đầy tham vọng nhất cho lĩnh vực này: rằng các bài tập não bộ có thể hữu ích như thuốc để điều trị các bệnh nghiêm trọng như tâm thần phân liệt; tính dẻo dai của não tồn tại từ lúc chúng ta sinh ra cho đến khi xuống mồ; và những cải tiến căn bản trong hoạt động nhận thức - cách chúng ta học tập, suy nghĩ, nhận thức và ghi nhớ-có thể xảy ra ngay cả ở người cao tuổi. Bằng sáng chế mới nhất của ông là dành cho các kỹ thuật hứa hẹn cho phép người lớn học các kỹ năng ngôn ngữ, mà không cần nỗ lực ghi nhớ. Merzenich lập luận rằng việc thực hành một kỹ năng mới, trong những điều kiện phù hợp, có thể thay đổi hàng trăm triệu và có thể là hàng tỷ kết nối giữa các tế bào thần kinh trong bản đồ não của chúng ta. 

Nếu bạn hoài nghi về những tuyên bố ngoạn mục như vậy, thì hãy nhớ rằng chúng đến từ một người đàn ông đã chữa khỏi một số rối loạn từng được cho là khó chữa. Thuở ban đầu của sự nghiệp mà Merzenich phát triển cùng với nhóm của mình, thiết kế được sử dụng phổ biến nhất cho ốc tai điện tử, cho phép trẻ em khiếm thính bẩm sinh nghe được. Nghiên cứu về tính dẻo hiện tại của ông giúp học sinh khuyết tật học tập cải thiện nhận thức và tri giác của chúng. Những kỹ thuật này — loạt chương trình máy tính của ông dựa trên tính dẻo của não bộ, Fast ForWord—đã giúp hàng trăm ngàn người. Fast ForWord được ngụy trang như một trò chơi của trẻ em. Điều bất ngờ về nó là sự thay đổi diễn ra rất nhanh. Trong một số trường hợp, những người gặp khó khăn về nhận thức kéo dài suốt đời đã trở nên tốt hơn chỉ sau ba mươi đến sáu mươi giờ điều trị. Điều bất ngờ là chương trình cũng giúp được cho một số trẻ mắc tự kỷ. Merzenich cho rằng khi việc học diễn ra theo cách phù hợp với các quy luật chi phối tính dẻo của não, thì "bộ máy" tinh thần của não có thể được cải thiện để chúng ta học và nhận thức với độ chính xác, tốc độ và khả năng duy trì tốt hơn. 

Rõ ràng là khi chúng ta học tập, chúng ta tăng cường vốn hiểu biết của mình. Nhưng Merzenich cho rằng chúng ta cũng có thể thay đổi chính cấu trúc của bộ não và tăng cường khả năng học hỏi. Không giống như một chiếc máy tính, bộ não liên tục tự thích nghi.

"Vỏ não," ông ấy nói về lớp mỏng bên ngoài của não, "trên thực tế cải tiến có chọn lọc những khả năng xử lý của nó để phù hợp với từng nhiệm vụ trong tay." Nó không chỉ đơn giản là học; nó luôn luôn "học cách để học." Bộ não mà Merzenich mô tả không phải là một con tàu vô tri vô giác mà chúng ta lấp đầy; đúng hơn, nó giống như một sinh vật sống với sự thèm ăn, một loài có thể phát triển và tự thay đổi bằng cách nuôi dưỡng và tập thể dục đúng cách. Trước công trình nghiên cứu của Merzenich, bộ não được coi là một cỗ máy phức tạp, có những giới hạn không thể thay đổi được về trí nhớ, tốc độ xử lý và trí thông minh. Merzenich đã chỉ ra mỗi giả định này đều sai lầm. Merzenich không định tìm hiểu cách não bộ thay đổi.

Ông chỉ tình cờ nhận ra não bộ có thể tự tổ chức lại các bản đồ não của nó. Và mặc dù ông không phải là nhà khoa học đầu tiên chứng minh tính dẻo dai của thần kinh, nhưng thông qua các thí nghiệm ông làm trong buổi đầu sự nghiệp, các nhà khoa học thần kinh chính thống dần chấp nhận tính dẻo của não bộ. 

Để hiểu làm thế nào bản đồ não có thể được thay đổi, trước tiên chúng ta cần phải có một bức tranh của chúng. Lần đầu tiên chúng được làm sống động ở người bởi bác sĩ phẫu thuật thần kinh, Tiến sĩ Wilder Penfield tại Viện Thần kinh Montreal vào những năm 1930. Theo Penfield, "lập bản đồ" bộ não của một bệnh nhân có nghĩa là tìm thấy những phần khác nhau của cơ thể được thể hiện ở đâu trong não bộ và các hoạt động của chúng được xử lý— một dự án của người theo chủ nghĩa cục bộ. Những người theo chủ nghĩa cục bộ phát hiện ra thùy trán là chỗ của hệ thống vận động của não bộ, khởi đầu và điều phối sự chuyển động của cơ bắp chúng ta. Ba thùy phía sau thùy trán, thùy thái dương, thùy chẩm và thùy đỉnh, bao gồm hệ thống cảm giác của não, xử lý các tín hiệu gửi đến não từ các thụ thể cảm giác của chúng ta - mắt, tai, xúc giác, v.v. 

Wilder Penfield

Penfield đã dành nhiều năm trời để lập bản đồ các bộ phận cảm giác và vận động của não bộ, trong khi thực hiện phẫu thuật não cho các bệnh nhân bị ung thư và động kinh, những người vẫn duy trì được sự tỉnh táo trong suốt thời gian làm phẫu thuật bởi vì trong não của họ không có các thụ thể cảm nhận cơn đau. Cả hai bản đồ cảm giác và vận động đều là một phần của vỏ não, nằm trên bề mặt của não và do đó có thể dễ dàng tiếp cận bằng đầu dò. Penfield khám phá ra khi ông chạm vào bản đồ não cảm giác của bệnh nhân bằng một đầu dò điện, nó kích hoạt các cảm giác mà bệnh nhân cảm nhận được trong cơ thể. Ông đã sử dụng đầu dò điện để giúp ông phân biệt các mô khỏe mạnh mà ông muốn giữ lại khỏi các khối u không lành mạnh hoặc mô bệnh lý mà ông cần phải loại bỏ. 

Thông thường, khi tay của một người được chạm vào, tín hiệu điện truyền đến tủy sống và lên não, nơi nó bật các tế bào trong bản đồ khiến bàn tay có cảm giác được chạm vào. Penfield phát hiện thấy ông cũng có thể khiến bệnh nhân cảm thấy bàn tay của mình bị chạm vào bằng cách bật khu vực bàn tay của bản đồ não bằng điện. Khi ông ta kích thích một phần khác của bản đồ, bệnh nhân có thể cảm thấy cánh tay của mình bị chạm vào; rồi một phần khác, là khuôn mặt của anh. Mỗi lần ông ta kích thích một khu vực, ông ta hỏi bệnh nhân họ cảm thấy gì, để đảm bảo rằng ông không cắt đi những mô khỏe mạnh. Sau nhiều ca phẫu thuật như vậy, ông có thể chỉ ra vị trí trên bản đồ cảm giác của não bộ, nơi tất cả các phần trên bề mặt của cơ thể được thể hiện. 

Ông ta cũng làm như vậy đối với bản đồ vận động, phần não điều khiển vận động. Bằng cách chạm vào các phần khác nhau của bản đồ này, ông ta có thể kích hoạt các cử động ở chân, cánh tay, mặt và các cơ bắp khác của bệnh nhân.

Một trong những khám phá tuyệt vời mà Penfield đã thực hiện là các bản đồ não cảm giác và vận động, giống như bản đồ địa lý, là bản đồ địa hình, có nghĩa là các khu vực liền kề nhau trên bề mặt cơ thể thường liền kề nhau trên bản đồ não. Ông ta cũng phát hiện ra khi ông chạm vào một số phần của bộ não, ông ta đã kích hoạt những ký ức thời thơ ấu đã biến mất từ ​​lâu hoặc những cảnh kỳ diệu như mơ - ngụ ý rằng các hoạt động tinh thần cao hơn cũng được ánh xạ trong não bộ. 

Bản đồ Penfield định hình quan điểm về bộ não kéo dài suốt nhiều thế hệ. Nhưng bởi vì các nhà khoa học tin rằng bộ não không thể thay đổi, nên họ đã giả định và dạy rằng các bản đồ não là cố định, bất biến và phổ quát - giống nhau trong mỗi chúng ta — dù bản thân Penfield chưa bao giờ  đưa ra tuyên bố như vậy.

Merzenich phát hiện ra những bản đồ này không phải là bất biến trong một bộ não hay mang tính phổ quát ai cũng như ai, mà chúng khác nhau về kích thước và ranh giới giữa người này với người khác. Trong một loạt các thí nghiệm xuất sắc, ông đã chỉ ra rằng hình dạng bản đồ não của chúng ta thay đổi tùy thuộc vào những gì chúng ta làm trong suốt cuộc đời. Nhưng để chứng minh điểm này, ông ta cần một công cụ tốt hơn nhiều so với các điện cực của Penfield, một công cụ có thể phát hiện ra những thay đổi ngay tức khắc chỉ trong một vài tế bào thần kinh. 

Khi còn là sinh viên tại Đại học Portland, Merzenich và một người bạn đã sử dụng thiết bị điện tử của phòng thí nghiệm để chứng minh cơn bão của hoạt động điện trong các tế bào thần kinh của côn trùng. Những thí nghiệm này đã thu hút sự chú ý của một giáo sư, người ngưỡng mộ tài năng và óc tò mò của Merzenich và đề nghị anh ta học cao học tại cả Harvard và Johns Hopkins. Cả hai trường đều nhận ông. Merzenich đã chọn Hopkins để theo học chương trình tiến sỹ sinh lý học dưới sự hướng dẫn của một trong những nhà thần kinh học vĩ đại của thời đại, Vernon Mountcastle, người vào những năm 1950 đã chứng minh rằng sự tinh tế của kiến trúc não bộ có thể được khám phá bằng cách nghiên cứu hoạt động điện của các tế bào thần kinh bằng một kỹ thuật mới: lập vi bản đồ (micromapping) với các vi điện cực hình viên pin. 

Các vi điện cực nhỏ và nhạy đến mức chúng có thể được đưa vào bên trong hoặc bên cạnh một tế bào thần kinh đơn lẻ và có thể phát hiện khi một tế bào thần kinh riêng lẻ phát tín hiệu điện của nó sang các nơ-ron khác. Tín hiệu của tế bào thần kinh truyền từ vi điện cực đến một bộ khuếch đại và sau đó đến một màn hình hiện song, nơi nó xuất hiện dưới dạng một mũi nhọn. Merzenich sẽ thực hiện hầu hết các khám phá lớn của mình với các vi điện cực.

Phát minh quan trọng này cho phép các nhà khoa học thần kinh giải mã sự giao tiếp/liên lạc của các tế bào thần kinh, trong đó não người trưởng thành có khoảng 100 tỷ. Sử dụng các điện cực lớn như Penfield đã làm, các nhà khoa học có thể quan sát hàng ngàn tế bào thần kinh bắn (điện) ra cùng một lúc. Với các vi điện cực, các nhà khoa học có thể "lắng nghe" một hoặc một số tế bào thần kinh ngay lập tức khi chúng liên lạc với nhau. Lập Vi bản đồ (Micromapping) vẫn chính xác hơn khoảng một nghìn lần so với thế hệ máy quét não hiện tại, giúp phát hiện các đợt hoạt động kéo dài trong một giây ở hàng ngàn tế bào thần kinh. Nhưng tín hiệu điện của một tế bào thần kinh thường kéo dài trong một phần nghìn giây, vì vậy quét não sẽ bỏ lỡ một lượng thông tin đặc biệt. Nhưng vi bản đồ không thể thay thế được cho quét não vì nó đòi hỏi một loại phẫu thuật cực kỳ tẻ nhạt, được thực hiện dưới kín hiển vi cùng với các dụng cụ vi phẫu thuật.

Merzenich đã sử dụng công nghệ này ngay lập tức. Để lập bản đồ khu vực não xử lý cảm giác từ bàn tay, Merzenich sẽ cắt một mảnh sọ khỉ trên vỏ não giác quan, để lộ một dải não từ 1 đến 2 milimet, sau đó chèn một vi điện cực bên cạnh một tế bào thần kinh cảm giác. Tiếp theo, ông ta sẽ chạm vào bàn tay của con khỉ cho đến khi chạm vào một phần - giả sử là đầu ngón tay - khiến tế bào thần kinh đó bắn một tín hiệu điện vào vi điện cực. Ông ta sẽ ghi lại vị trí của tế bào thần kinh đại diện cho đầu ngón tay, thiết lập điểm đầu tiên trên bản đồ. Sau đó, ông ta sẽ lấy vi điện cực ra, lại đặt nó gần một tế bào thần kinh khác và chạm vào các phần khác nhau của bàn tay, cho đến khi ông ta tìm thấy phần bật lên tế bào thần kinh đó. Ông ta làm việc này cho đến khi lập được bản đồ của toàn bộ bàn tay. Một bản đồ duy nhất có thể cần năm trăm lần chèn và mất vài ngày. Merzenich và các đồng nghiệp của ông đã thực hiện hàng ngàn ca phẫu thuật tốn nhiều công sức này để thực hiện những khám phá của họ. 

David Hubel và Torsten Wiesel

Vào khoảng thời gian này, một khám phá quan trọng khác đã được thực hiện sẽ mãi mãi ảnh hưởng đến công việc của Merzenich. Vào những năm 1960, khi Merzenich bắt đầu sử dụng các vi điện cực trên não, hai nhà khoa học khác, người cũng từng làm việc tại Johns Hopkins với Mountcastle, đã phát hiện ra rằng bộ não ở động vật nhỏ (động vật sơ sinh) thì có tính dẻo. David Hubel và Torsten Wiesel đã lập vi bản đồ vỏ não thị giác để tìm hiểu cách thị giác được xử lý ra sao. Họ đã chèn các vi điện cực vào vỏ não thị giác của mèo con và phát hiện ra rằng các phần khác nhau của vỏ não đã xử lý các đường, định hướng và các chuyển động của các vật thể cảm nhận bằng mắt. Họ cũng phát hiện ra có một "giai đoạn quan trọng", từ tuần thứ ba đến tuần thứ tám của cuộc đời, khi bộ não của mèo con mới sinh phải nhận được sự kích thích thị giác để phát triển bình thường. Trong thí nghiệm quan trọng Hubel và W Diesel đã khâu kín một mí của một con mèo con trong giai đoạn quan trọng của nó, vì vậy mắt không nhận được kích thích thị giác. Khi họ mở mắt nhắm này, họ thấy rằng các khu vực thị giác trong bản đồ não thường xử lý thông tin đầu vào từ mắt nhắm đã không phát triển, khiến mắt đó của mèo con bị mù suốt đời. Rõ ràng bộ não của mèo con trong thời kỳ quan trọng là có tính dẻo, cấu trúc của chúng được định hình theo nghĩa đen bởi kinh nghiệm. 

 

Khi Hubel và Wiesel kiểm tra bản đồ não của con mắt bị mù đó, họ đã có thêm một phát hiện bất ngờ về tính dẻo. Phần não của mèo con không nhận được kích thích từ đôi mắt bị khâu đã không ngủ yên. Nó bắt đầu xử lý thông tin thị giác đến từ con mắt mở bên kia, như thể bộ não không muốn lãng phí bất kỳ “bất động sản vỏ não” nào và đã tìm ra cách để tự xây dựng lại bản thân — một dấu hiệu khác cho thấy bộ não có tính dẻo trong giai đoạn quan trọng. Hubel và Wiesel đã nhận được giải thưởng Nobel nhờ công trình nghiên cứu này. Mặc dù họ đã khám phá ra tính dẻo trong thời thơ ấu, họ vẫn là những người theo chủ nghĩa cục bộ, bảo vệ quan điểm cho rằng bộ não của người trưởng thành is hardwired khi kết thúc giai đoạn thơ ấu để thực hiện các chức năng ở những vị trí cố định. 

Việc khám phá ra giai đoạn quan trọng đã trở thành một trong những khám phá nổi tiếng nhất trong ngành sinh học nửa sau thế kỷ 20. Các nhà khoa học sớm cho thấy các hệ thống não bộ khác cần có kích thích từ môi trường để phát triển. Dường như mỗi hệ thống thần kinh có một giai đoạn quan trọng khác nhau, hay còn gọi là cửa sổ thời gian, mà trong suốt giai đoạn đó nó đặc biệt dẻo dai và nhạy cảm với môi trường, và trong khoảng thời gian đó nó có sự phát triển nhanh chóng. Chẳng hạn như, phát triển ngôn ngữ có một giai đoạn quan trọng bắt đầu từ thời thơ ấu và kết thúc vào giữa năm tám tuổi đến tuổi dậy thì. Sau khi giai đoạn quan trọng này kết thúc, khả năng học ngoại ngữ thứ hai của một người bị hạn chế. Trên thực tế, các ngôn ngữ thứ hai học được sau giai đoạn quan trọng không được xử lý trong cùng một phần não bộ như ngôn ngữ bản địa. 

Quan điểm về các giai đoạn quan trọng cũng hỗ trợ cho quan sát của nhà đạo đức học Konrad Lorenz rằng những con ngỗng con nếu được tiếp xúc với con người trong một khoảng thời gian ngắn, từ mười lăm giờ đến ba ngày sau khi sinh, thì chúng sẽ gắn bó với người đó thay vì với ngỗng mẹ, trong suốt cuộc đời. Để chứng minh cho điều đó, ông đã khiến những con ngỗng con gắn bó với ông và đi theo ông khắp nơi. Ông gọi quá trình này là "dấu ấn." Trên thực tế, phiên bản tâm lý của giai đoạn quan trọng giống với quan điểm của Freud. Ông cho rằng chúng ta trải qua các giai đoạn phát triển là những cửa sổ thời gian ngắn ngủi, trong suốt giai đoạn đó chúng ta phải có được những trải nghiệm nhất định để có tâm lý khỏe mạnh; nhưng giai đoạn đó có tính chất định hình, ông nói, và định hình chúng ta cho đến cuối đời.

Konrad Lorenz

Tính dẻo trong-giai đoạn-quan trọng làm thay đổi thực hành y khoa. Nhờ khám phá của Hubel và Wiesel, những trẻ em bị đục thủy tinh thể bẩm sinh không còn phải chịu cảnh mù lòa nữa. Bây giờ chúng đã được làm phẫu thuật chỉnh sửa khi còn sơ sinh, trong giai đoạn-quan trọng của chúng để bộ não của chúng có thể nhận được ánh sáng cần thiết để hình thành các kết nối quan trọng. Các vi điện cực đã chỉ ra rằng tính dẻo là một thực tế không thể chối cãi của thời thơ ấu. Và họ dường như cũng cho thấy rằng, giống như thời thơ ấu, giai đoạn mềm dẻo của bộ não này là ngắn ngủi. 

Ý niệm lờ mờ đầu tiên của Merzenich về tính dẻo của người trưởng thành chỉ là sự tình cờ. Vào năm 1968, sau khi hoàn thành chương trình tiến sĩ, ông đã đi làm nghiên cứu sinh với bà Clinton Woolsey, một nhà nghiên cứu ở Madison, Wisconsin, và là đồng nghiệp của Penfield. Woolsey yêu cầu Merzenich giám sát hai bác sĩ phẫu thuật thần kinh, đó là Tiến sĩ Ron Paul và Herbert Goodman. Cả ba quyết định quan sát những gì xảy ra trong não khi một trong những dây thần kinh ngoại biên trong tay bị cắt và sau đó bắt đầu tái tạo. 

Điều quan trọng là phải hiểu rằng hệ thần kinh được chia thành hai phần. Phần đầu tiên là hệ thần kinh trung ương (não và tủy sống), là trung tâm chỉ huy và kiểm soát của hệ thống; nó được cho là thiếu tính dẻo. Phần thứ hai là hệ thống thần kinh ngoại biên, đưa các thông điệp từ các thụ thể cảm giác đến tủy sống và não và mang thông điệp từ não và tủy sống đến các cơ và các tuyến. Hệ thần kinh ngoại biên từ lâu đã được biết đến là có tính dẻo dai; nếu bạn cắt một dây thần kinh trong tay, nó có thể "tái sinh" hoặc tự chữa lành. 

Mỗi tế bào thần kinh có ba phần. Các sợi nhánh là các nhánh có thể nhận thông tin đầu vào từ các tế bào thần kinh khác. Những sợi nhánh này dẫn vào cơ thể tế bào, duy trì sự sống của tế bào và chứa DNA của nó. Cuối cùng là sợi trục, một sợi cáp sống có độ dài khác nhau (từ độ dài siêu nhỏ trong não, đến một số sợi có thể chạy xuống chân và dài tới sáu feet). Sợi trục thường được so sánh với các sợi dây điện vì chúng có thể mang theo các xung điện với tốc độ rất cao (từ 2 đến 200 dặm một giờ) đến các sợi nhánh của các tế bào thần kinh lân cận. 

Một tế bào thần kinh có thể nhận được hai loại tín hiệu: những tín hiệu kích thích nó và những tín hiệu ức chế nó. Nếu một tế bào thần kinh nhận đủ tín hiệu kích thích từ các tế bào thần kinh khác, nó sẽ bắn ra tín hiệu của chính nó. Khi nó nhận đủ tín hiệu ức chế, nó sẽ ít bắn tín hiệu đi. Các sợi trục không chạm vào các sợi nhánh lân cận. Chúng được ngăn cách bởi một không gian siêu nhỏ gọi là khớp thần kinh. Khi một tín hiệu điện đến cuối sợi trục, nó sẽ kích hoạt giải phóng một chất truyền tin hóa học, được gọi là chất dẫn truyền thần kinh, vào khớp thần kinh. Hóa chất truyền tin nổi lên trên sợi nhánh của tế bào thần kinh lân cận, kích thích hoặc ức chế nó. 

Khi chúng tôi nói rằng các nơ-ron "tự tái tạo" bản thân chúng, chúng tôi muốn nói rằng sự thay đổi xảy ra ở khớp thần kinh, tăng cường và gia tăng hoặc làm suy yếu và làm giảm, số lượng kết nối giữa các nơ-ron. 

Merzenich, Paul và Goodman muốn kiểm tra một tương tác phổ biến nhưng bí ẩn giữa các hệ thống thần kinh ngoại biên và trung ương. Khi một dây thần kinh ngoại biên lớn (bao gồm nhiều sợi trục) bị cắt, đôi khi trong quá trình tái tạo, "dây bị đứt". Khi các sợi trục gắn sai vào các sợi trục của dây thần kinh, người đó có thể gặp "sự định vị sai", dẫn đến một cái chạm vào ngón trỏ nhưng lại được cảm nhận ở ngón tay cái. Các nhà khoa học cho rằng sự định vị sai này xảy ra do quá trình tái tạo "làm xáo trộn" các dây thần kinh, gửi tín hiệu từ ngón trỏ đến bản đồ não của ngón tay cái. 

Mô hình mà các nhà khoa học có về bộ não và hệ thần kinh đó là mỗi điểm trên bề mặt cơ thể có một dây thần kinh truyền tín hiệu trực tiếp đến một điểm cụ thể trên bản đồ não, tự động được cài đặt ngay từ khi sinh ra. Do đó, một nhánh thần kinh cho ngón tay cái luôn truyền tín hiệu của nó trực tiếp đến vị trí trên bản đồ não về cảm giác cho ngón tay cái. Merzenich và nhóm đã chấp nhận mô hình "điểm-đến-điểm" này của bản đồ não và vô tình ghi lại những gì đã xảy ra trong não trong suốt quá trình xáo trộn các dây thần kinh này. 

Họ lập vi bản đồ tay trong bộ não của nhiều con khỉ vị thành niên, cắt một dây thần kinh ngoại biên vào bàn tay và ngay lập tức khâu hai đầu bị đứt lại gần nhau nhưng không chạm vào nhau, kỳ vọng rằng nhiều sợi trục trong dây thần kinh sẽ cắt ngang/băng qua khi dây thần kinh tự tái tạo chính nó. Sau bảy tháng, họ vẽ lại lại bản đồ bộ não. Merzenich cho rằng họ sẽ nhìn thấy một bản đồ não bộ cực kỳ hỗn loạn, lộn xộn. Vì nếu các dây thần kinh của ngón cái và ngón trỏ giao nhau/bắt chéo nhau, ông kỳ vọng rằng việc chạm vào ngón trỏ sẽ tạo ra hoạt động trong khu vực bản đồ não của ngón tay cái. Nhưng ông chẳng nhìn thấy gì cả. Bản đồ gần như bình thường. 

"Những gì chúng tôi đã thấy," Merzenich nói, "thật đáng kinh ngạc. Tôi không thể hiểu được nó." Nó được sắp xếp theo địa hình như thể bộ não đã xáo trộn các tín hiệu từ các dây thần kinh chéo.

Tuần lễ đột phá này đã thay đổi cuộc sống của Merzenich. Ông nhận ra rằng ông và khoa học thần kinh chính thống, về cơ bản đã hiểu sai về cách bộ não con người hình thành các bản đồ để đại diện cho cơ thể và thế giới. Nếu bản đồ não có thể bình thường hóa cấu trúc của nó để đáp ứng với thông tin đầu vào bất thường, thì quan điểm phổ biến cho rằng chúng ta được sinh ra với một hệ thống được lập trình sẵn để vận hành theo một cách cố định không thể thay đổi được là sai lầm. Não bộ phải có tính dẻo dai.  

Làm thế nào bộ não có thể làm điều đó? Thêm nữa, Merzenich cũng quan sát thấy rằng các bản đồ địa hình mới đang hình thành ở những nơi hơi khác so với trước đây. Quan điểm của chủ nghĩa cục bộ cho rằng mỗi chức năng trí tuệ luôn được xử lý ở cùng một vị trí trong não, nhất định là sai lầm hoặc chưa đầy đủ. Merzenich đã làm gì với nó?

Ông đã quay trở lại thư viện để tìm kiếm bằng chứng mâu thuẫn với chủ nghĩa cục bộ. Ông phát hiện thấy vào năm 1912 Graham Brown và Charles Sherrington chỉ ra việc kích thích một điểm trong vỏ não vận động có thể khiến con vật cong chân trong một khoảng thời gian và duỗi thẳng chân vào lúc khác. Trong thí nghiệm này, đã bị thất lạc trong các tài liệu khoa học, ngụ ý rằng không có mối quan hệ điểm-đến-điểm giữa bản đồ vận động của não bộ và một cử động nào đó. Năm 1923 Karl Lashley, sử dụng thiết bị thô sơ hơn rất nhiều so với các vi điện cực, đã mở vỏ não của một con khỉ, kích thích vào một vị trí cụ thể trên não và quan sát những chuyển động. Sau đó anh khâu sọ não khỉ lại. Sau một thời gian, ông lặp lại thí nghiệm đó, kích thích vào cùng vị trí đó của não khỉ, nhưng phát hiện thấy các chuyển động được tạo ra thường thay đổi. Nhà tâm lý học vĩ đại Edwin G. Boring, nói rằng "Bản đồ não bộ vẽ ngày hôm nay sẽ không còn đúng vào ngày mai.”

Bản đồ não rất năng động và luôn thay đổi. 

Merzenich ngay lập tức nhìn thấy những ý nghĩa mang tính cách mạng của những thí nghiệm đó. Anh ấy đã thảo luận về thí nghiệm Lashley với Vernon Mountcastle, một người theo chủ nghĩa cụ bộ, người mà Merzenich đã nói với tôi, "đã thực sự bị làm phiền bởi thí nghiệm của Lashley. Mountcastle không muốn tin vào tính dẻo. Ông ta muốn mọi thứ ở đúng vị trí của nó, mãi mãi. Và Mountcastle biết rằng thí nghiệm này đại diện cho một thách thức quan trọng trong cách bạn nghĩ về bộ não. 

Mountcastle nghĩ rằng Lashley là một kẻ bốc phét ngông cuồng. "Các nhà thần kinh học sẵn sàng chấp nhận khám phá của Hubel và W Diesel rằng sự dẻo dai tồn tại trong giai đoạn tuổi thơ ấu, vì họ chấp nhận rằng não bộ của trẻ sơ sinh đang ở giai đoạn phát triển. Nhưng họ bác bỏ khám phá của Merzenich rằng tính dẻo dai vẫn tiếp tục ở người trưởng thành.

Merzenich ngả người ra sau với vẻ mặt buồn bã và nhớ lại: "Tôi có tất cả những lý do tại sao tôi muốn tin rằng bộ não không có tính dẻo theo cách này và chúng đã bị ném đi trong một tuần.”

Merzenich giờ phải tìm những người cố vấn của mình trong số những hồn ma của các nhà khoa học đã chết, như Sherrington và Lashley. Ông ấy đã viết một bài báo về thí nghiệm thần kinh bị xáo trộn, và trong phần thảo luận, ông ấy đã lập luận dài nhiều trang rằng bộ não người lớn là nilong/dẻo - mặc dù ông ấy đã không sử dụng từ này.

Nhưng bài thảo luận đó không bao giờ được công bố. Clinton Woolsey, người giám sát của ông, đã viết một chữ X lớn trên đó, nói rằng nó chỉ là phỏng đoán và Merzenich đang đi quá xa dữ liệu. Khi bài báo được xuất bản, không đề cập đến bộ não có tính dẻo, và chỉ nhấn mạnh ở mức tối thiểu để giải thích cho các tổ chức địa hình mới. Merzenich lùi bước trước phe đối lập, ít nhất là trong bản in. Rốt cuộc, anh vẫn là một tiến sỹ làm việc trong phòng thí nghiệm của một người đàn ông khác.

Nhưng ông ta đã tức giận, và tâm trí ông bị xáo động. Ông bắt đầu cho rằng tính dẻo có thể là một thuộc tính cơ bản của bộ não đã tiến hóa để mang lại cho con người một lợi thế cạnh tranh và đó có thể là "một điều tuyệt vời.” 

Năm 1971 Merzenich trở thành giáo sư tại Đại học California ở San Francisco, thuộc khoa tai mũi họng và sinh lý học, chuyên nghiên cứu các bệnh về tai. Bây giờ là ông là ông chủ của chính mình, ông bắt đầu một loạt các thí nghiệm sẽ chứng minh sự tồn tại của tính dẻo là điều chắc chắn. Bởi vì lĩnh vực này vẫn còn gây tranh cãi, ông đã thực hiện các thí nghiệm về tính dẻo của mình trong vỏ bọc của nghiên cứu dễ được chấp nhận hơn. Do đó, ông đã dành phần lớn những năm đầu thập niên 1970 để lập bản đồ vỏ não thính giác của các loài động vật khác nhau và ông đã giúp những người khác phát minh và hoàn thiện công nghệ cấy ốc tai điện tử.

Ốc tai là micro bên trong tai của chúng ta. Nó nằm bên cạnh bộ máy tiền đình xử lý cảm giác về vị trí và đã bị tổn thương ở Cheryl, bệnh nhân của Bach-y-Rita. Khi thế giới bên ngoài tạo ra âm thanh, các tần số khác nhau làm rung các tế bào lông nhỏ khác nhau trong ốc tai. Có ba ngàn tế bào lông như vậy, chuyển đổi âm thanh thành các mẫu tín hiệu điện truyền xuống dây thần kinh thính giác vào vỏ não thính giác. Các micromappers phát hiện ra rằng trong vỏ não thính giác, tần số âm thanh được vẽ bản đồ "phân bố vùng." Đó là, chúng được tổ chức giống như một cây đàn piano: tần số âm thanh thấp hơn ở một đầu, ở đầu kia là những tần số âm thanh cao hơn. 

Cấy ốc tai điện tử không phải là máy trợ thính. Máy trợ thính khuếch đại âm thanh cho những người bị mất thính lực một phần, do ốc tai hoạt động đủ tốt để phát hiện một số âm thanh. Cấy ốc tai dành cho những người bị điếc vì ốc tai bị tổn thương sâu sắc. Bộ cấy thay thế ốc tai, biến âm thanh lời nói thành các xung điện, rồi gửi đến não. Bởi vì Merzenich và các đồng nghiệp của ông không thể hy vọng thiết bị này sánh được với sự phức tạp của một cơ quan tự nhiên với ba nghìn tế bào tóc, nên câu hỏi là, liệu bộ não đã tiến hóa từ việc giải mã các tín hiệu phức tạp đến từ rất nhiều tế bào tóc, đển giải mã các xung điện từ một thiết bị đơn giản hơn rất nhiều? Nếu có thể, điều đó có nghĩa là vỏ não thính giác là có tính dẻo, có khả năng tự sửa đổi để đáp ứng với (thông tin) đầu vào nhân tạo. Bộ cấy bao gồm một máy thu âm thanh, bộ chuyển đổi chuyển âm thanh thành các xung điện và một điện cực được các bác sĩ phẫu thuật đưa vào các dây thần kinh chạy từ tai đến não. 

Vào giữa những năm 1960, một số nhà khoa học đã tỏ ra thù địch với ý tưởng cấy ốc tai điện tử. Một số người nói rằng dự án này là bất khả thi. Những người khác cho rằng họ sẽ khiến bệnh nhân điếc có nguy cơ bị tổn hại thêm. Bất chấp rủi ro, các bệnh nhân đã tình nguyện làm cấy ghép. Lúc đầu một số bệnh nhân chỉ nghe thấy tiếng ồn; những người khác chỉ nghe thấy một vài âm thanh, tiếng rít và âm thanh bắt đầu và dừng lại.

Đóng góp của Merzenich là sử dụng những gì ông đã học được từ việc lập bản đồ vỏ não thính giác để xác định kiểu đầu vào mà bệnh nhân cần từ cấy ghép để có thể giải mã lời nói và nơi cấy điện cực. Ông làm việc với các kỹ sư truyền thông để thiết kế ra một thiết bi có thể truyền lời nói phức tạp trên một số lượng nhỏ các kênh băng thông và vẫn có thể hiểu được. Họ đã phát triển một thiết bị cấy ghép đa kênh có độ chính xác cao cho phép người khiếm thính nghe được và thiết kế đã trở thành nền tảng cho một trong hai thiết bị cấy ốc tai điện tử chính hiện nay.

Tất nhiên, điều mà Merzenich mong muốn nhất là kiểm tra độ dẻo một cách trực tiếp. Cuối cùng, ông quyết định thực hiện một thí nghiệm đơn giản, triệt để, trong đó ông sẽ cắt bỏ tất cả các đầu vào cảm giác vào bản đồ não và xem nó phản ứng như thế nào. Ông đến gặp bạn mình và nhà thần kinh học đồng nghiệp Jon Kaas, thuộc Đại học Vanderbilt ở Nashville, người đã làm việc với những con khỉ trưởng thành. Bàn tay của một con khỉ, giống như con người, có ba dây thần kinh chính: dây thần kinh quay, dây thần kinh trung tuyến và dây thần kinh trụ. Dây thần kinh trung tuyến truyền tải cảm giác chủ yếu từ giữa bàn tay, hai dây thần kinh còn lại từ hai bên bàn tay. Merzenich cắt dây thần kinh trung tuyến ở một trong những con khỉ để xem bản đồ não của dây thần kinh trung tuyến sẽ phản ứng như thế nào khi tất cả đầu vào bị cắt. Anh quay trở lại San Francisco và chờ đợi. 

Hai tháng sau, ông trở lại Nashville. Khi ông vẽ bản đồ cho con khỉ, ông thấy, đúng như dự đoán, phần bản đồ não phục vụ dây thần kinh trung tuyến không có hoạt động nào khi ông chạm vào phần giữa của bàn tay. Nhưng ông bị sốc bởi một thứ khác.

Khi ông vuốt ve mặt ngoài của bàn tay khỉ — những khu vực gửi tín hiệu của chúng qua các dây thần kinh quay và dây thần kinh trụ — bản đồ dây thần trung tuyến sáng lên! Các bản đồ não cho các dây thần kinh quay và dây thần kinh trụ có kích thước gần gấp đôi và xâm chiếm những gì từng là bản đồ dây thần kinh trung tuyến. Và những bản đồ mới này là bản đồ địa hình. Lần này, ông và Kaas, viết ra những phát hiện, gọi những thay đổi này là "ngoạn mục" và sử dụng từ "dẻo" để giải thích sự thay đổi, mặc dù họ đã đặt nó trong dấu ngoặc kép. 

Thí nghiệm cho thấy nếu dây thần kinh trung tuyến bị cắt, thì những dây thần kinh khác vẫn tràn đầy đầu vào điện, sẽ chiếm không gian bản đồ không sử dụng để xử lý (thông tin) đầu vào của chúng. Khi nói đến việc phân bổ năng lượng xử lý não, bản đồ não bị chi phối bởi sự cạnh tranh về tài nguyên quý giá và nguyên tắc ‘sử dụng hoặc mất nó.’ 

Bản chất cạnh tranh của tính dẻo ảnh hưởng đến tất cả chúng ta. Có một cuộc chiến vô tận của các dây thần kinh đang diễn ra bên trong mỗi bộ não của chúng ta. Nếu chúng ta ngừng thực hiện các kỹ năng trí óc/tinh thần của mình, chúng ta sẽ không chỉ quên chúng: không gian bản đồ não dành cho những kỹ năng đó sẽ được chuyển sang cho các kỹ năng chúng ta thực hành. Bạn đã bao giờ tự hỏi mình rằng, “Tôi phải thực hành môn tiếng Pháp, hoặc luyện đàn ghita, hoặc làm toán thường xuyên như thế nào để luôn đặt nó lên hàng đầu?" thì chính là bạn đang đặt ra câu hỏi về tính dẻo cạnh tranh. Bạn đang hỏi về tần suất mà bạn phải luyện tập một hoạt động nào đó để đảm bảo cho không gian trên bản đồ não của nó không bị hoạt động khác chiếm mất

Tính dẻo cạnh tranh ở những người trường thành thậm chí còn lý giải được một số hạn chế của chúng ta. Hãy nghĩ về sự khó khăn mà đa số người trưởng thành gặp phải khi học một ngoại ngữ thứ hai. Quan điểm thông thường hiện giờ cho rằng khó khăn nảy sinh vì giai đoạn quan trọng cho việc học ngôn ngữ đã kết thúc, để lại cho chúng ta một bộ não quá cứng nhắc, khó thay đổi cấu trúc của nó trên quy mô lớn. Nhưng phát hiện về tính dẻo cạnh tranh còn chỉ ra nhiều điều về nó. Khi chúng ta già đi, chúng ta càng dùng ngôn ngữ mẹ đẻ của mình thì nó càng chiếm ưu thế trong không giản bản đồ ngôn ngữ của chúng ta. Bởi vì bộ não của chúng ta là nilong/có tính dẻo— và vì tính dẻo lại cạnh tranh— nên rất khó để học một ngôn ngữ mới và chấm dứt sự chuyên chế của tiếng mẹ đẻ. 

Nhưng tại sao, nếu điều này là đúng, thì việc học ngôn ngữ thứ hai có dễ dàng hơn không khi chúng ta đang còn nhỏ? Khi ấy không có sự cạnh tranh sao? Không hẳn vậy. Nếu hai ngôn ngữ được học cùng một lúc, trong suốt giai đoạn quan trọng, thì cả hai đều có chỗ đứng. Merzenich nói, quét não cho thấy ở một đứa trẻ song ngữ, mọi âm thanh của hai ngôn ngữ của nó cùng chia sẻ một bản đồ não rộng lớn, một thư viện âm thanh từ cả hai ngôn ngữ. 

Tính dẻo cạnh tranh cũng giải thích tại sao rất khó phá bỏ hoặc “quên đi” những thói quen xấu của chúng ta. Đa số chúng ta nghĩ về bộ não như một vật chứa và học hỏi khi đặt một thứ gì đó vào trong não. Khi chúng ta cố gắng phá bỏ một thói quen xấu, chúng ta nghĩ giải pháp chính là đưa một điều gì đó mới mẻ vào trong vật chứa. Nhưng khi chúng ta học được một thói quen xấu, nó xâm chiếm một bản đồ não bộ, và mỗi lần chúng ta lặp lại nó, nó đòi hỏi quyền kiểm soát bản đồ não đó và ngăn chặn việc dùng không gian đó cho những thói quen “tốt”. Đó là lý do tại sao việc “quên đi” thường khó khăn hơn rất nhiều so với học một điều mới, và tại sao giáo dục mầm non lại cực kỳ quan trọng—tốt nhất là nên học điều đúng đắn ngay từ nhỏ, trước khi “thói quen xấu” giành được lợi thế cạnh tranh. 

Thí nghiệm khôn khéo tiếp theo của Merzenich là làm cho tính dẻo thần kinh được nhiều nhà khoa học thần kinh biết đến và cuối cùng là đập tan mọi nghi ngờ hơn bất kỳ thí nghiệm về tính dẻo nào trước đây. 

Ông vẽ bản đồ tay của một con khỉ trong não. Sau đó ông cắt cụt ngón tay giữa của khỉ. Vài tháng sau, ông vẽ lại bản đồ não của khỉ và phát hiện thấy bản đồ não cho ngón tay bị cắt cụt đã biến mất và phần bản đồ cho những ngón tay liền kề đã phát triển và chiếm lấy không gian ban đầu dành cho bản đồ của ngón tay giữa. Đây là minh chứng rõ ràng nhất cho thấy bản đồ não là năng động, thay đổi, và có một cuộc cạnh tranh để giành ‘bất động sản vỏ não’ và các tài nguyên não bộ được phân bổ theo nguyên tắc ‘dùng nó hay mất nó’. 

Merzenich cũng nhận thấy những động vật cùng loài có thể có những bản đồ não tương tự nhau, nhưng chúng không bao giờ giống hệt nhau. Lập vi bản đồ cho phép ông nhìn thấy những điểm khác biệt mà Penfield, với các điện cực lớn, không thể nhìn ra. Ông cũng phát hiện thấy cứ mỗi vài tuần bản đồ của những phần cơ thể bình thường lại thay đổi. Mỗi lần ông lập bản đồ khuôn mặt của một con khỉ bình thường, nó lại có khác biệt rõ rệt. Tính dẻo không cần bạn khiêu khích nó bằng cách cắt dây thần kinh hay cắt cụt. Tính dẻo là một hiện tượng bình thường, và các bản đồ não bộ liên tục thay đổi. Khi ông viết về thí nghiệm mới này, Merzenich cuối cùng đã bỏ dấu ngoặc kép ra khỏi từ “tính dẻo”. Tuy nhiên bất chấp sự tao nhã của thí nghiệm này, những ý kiến phản đối Merzenich không biến mất sau một đêm. 

Ông bật cười khi nói về nó. "Để tôi kể cho anh nghe chuyện gì xảy ra khi tôi bắt đầu tuyên bố rằng bộ não có tính dẻo dai. Tôi vấp phải sự chống đối, thù địch từ nhiều người. Tôi phải nghe những lời đánh giá như ‘Điều này nghe thật thú vị nếu nó đúng là sự thật, nhưng không thể nào là sự thật đâu.’ Cứ như thể tôi đã ngụy tạo điều đó.’ 

Vì Merzenich đã lập luận rằng các bản đồ não có thể thay đổi ranh giới và vị trí của chúng cũng như thay đổi các chức năng của chúng khi đến tuổi trưởng thành, những người theo chủ nghĩa cục bộ đã phản đối ông. Ông nói "Hầu như những người tôi biết trong khoa học thần kinh chính thống đều nghĩ rằng đây là trò đùa cợt nhả— rằng thí nghiệm này làm cẩu thả, rằng các hiệu ứng được mô tả là không chắc chắn. Nhưng trên thực tế, thí nghiệm đã được thực hiện đủ số lần, khiến tôi nhận ra quan điểm của số đông là kiêu ngạo và không thể chứng minh được.” 

Một nhân vật quan trọng đã lên tiếng nghi ngờ là Torsten Wiesel. Mặc dù Wiesel chính là người đã chứng minh rằng tính dẻo thực sự tồn tại trong giai đoạn quan trọng, nhưng ông vẫn chống lại quan điểm cho rằng nó cũng tồn tại ở những người trưởng thành, và viết rằng ông và Hubel "tin chắc rằng một khi các kết nối ở vỏ não đã được thiết lập ở dạng trưởng thành của chúng thì chúng sẽ ở mãi vị trí đó.” Ông quả thực đã giành được giải Nobel cho việc xác định được nơi xảy ra quá trình xử lý hình ảnh, một phát hiện được xem là một trong những thắng lợi lớn nhất của chủ nghĩa cụ bộ. Bây giờ Wiesel đã chấp nhận quan điểm về tính dẻo ở người trưởng thành và nhẹ nhàng thừa nhận trên báo in rằng ông đã sai lầm trong một thời gian dài và những thí nghiệm tiên phong của Merzemch cuối cùng đã khiến ông và các đồng nghiệp của ông thay đổi quan điểm. Những nhà cục bộ cứng đầu cũng chú ý khi thấy một người đàn ông tầm cỡ như Wiesel thay đổi quan điểm của mình. 

Điều gây thất vọng nhất là," Merzenich nói, "là tôi nhận thấy tính dẻo thần kinh có ý nghĩa tiềm năng cho trị liệu y khoa – để giải thích cho các loại bệnh lý thần kinh và tâm thần ở con người. Và chẳng có ai thèm chú ý.” 

Vì sự thay đổi tính dẻo là một quá trình, Merzenich nhận thấy ông chỉ có thể hiểu được nó nếu ông nhìn thấy nó xuất hiện trong não bộ theo thời gian. Ông đã cắt dây thần kinh trung tuyến của một con khỉ và sau đó nhiều lần lập bản đồ não trong vài tháng. 

Bản đồ đầu tiên, ngay sau khi ông cắt dây thần kinh, cho thấy đúng như ông dự đoán, bản đồ não cho dây thần kinh trung tuyến hoàn toàn im lặng khi vuốt nhẹ vào giữa bàn tay khỉ. Nhưng khi ông vuốt ve phần bàn tay được phục vụ bởi các dây thần kinh bên ngoài, thì dây thần kinh trung tuyến im lặng trên bản đồ bật sáng ngay lập tức. Bản đồ của các dây thần kinh bên ngoài, là dây thần kinh quay và dây thần kinh trụ, hiện đã xuất hiện trong không gian bản đồ của dây thần kinh trung tuyến. Những bản đồ này xuất hiện rất nhanh, cứ như thể chúng đã ẩn nấp ở đó sẵn rồi, và bây giờ chúng “lộ diện”. 

Vào ngày thứ hai mươi hai Merzenich lập lại bản đồ não khỉ. Các bản đồ của dây thần kinh quay và dây thần kinh trụ, từng bị thiếu chi tiết khi lần đầu chúng xuất hiện, giờ đã trở nên tinh tế và chi tiết hơn và mở rộng chiếm gần như toàn bộ bản đồ của dây thần kinh trung tuyến. (Một bản đồ lúc đầu bị thiếu chi tiết; một bản đồ đã cải tiến có nhiều chi tiết hơn và nhờ đó truyền tải được nhiều thông tin hơn). Đến ngày thứ 144, toàn bộ bản đồ đã có mọi chi tiết như một bản đồ bình thường. Bằng cách lập nhiều bản đồ não theo thời gian, Merzenich quan sát thấy các bản đồ mới đang thay đổi ranh giới của chúng, có nhiều chi tiết hơn và thậm chí di chuyển xung quanh não. Trong một trường hợp, ông thậm chí còn thấy một bản đồ biến mất hoàn toàn, giống như Atlantis. 

Có vẻ hợp lý khi cho rằng nếu các bản đồ hoàn toàn mới đang hình thành, thì các kết nối mới phải được hình thành giữa các tế bào thần kinh. Để giúp bạn hiểu được quá trình này, Merzenich đã viện dẫn những ý tưởng của Donald O. Hebb, một nhà tâm lý học hành vi người Canada, từng làm việc với Penfield. Năm 1949 Hebb cho rằng việc học tập đã liên kết các tế bào thân kinh theo những cách mới mẻ. Ông cũng cho rằng khi hai tế bào thần kinh liên tục bắn ra cùng một lúc (hoặc khi một tế bào bắn ra, khiến tế bào khác cũng bắn theo) thì những thay đổi hóa học xảy ra ở cả hai tế bào thần kinh, khiến hai tế bào có xu hướng kết nối với nhau mạnh hơn. Quan điểm của Hebb- trên thực tế từng được nêu ra bởi Freud 60 năm trước- đã được tóm tắt bởi nhà khoa học thần kinh Carla Shatz: Neurons that fire together wire together. (Những tế bào thần kinh nào dùng sóng điện liên lạc với nhau sẽ kết hợp và tăng cường cho nhau). 

Do đó, lý thuyết của Hebb cho rằng cấu trúc tế bào thần kinh có thể thay đổi được bởi kinh nghiệm. Theo Hebb, lý thuyết mới của Merzenich là các tế bào thần kinh trong bản đồ não phát triển các kết nối mạnh mẽ với nhau khi chúng được kích hoạt cùng một lúc. Và Merzenich nghĩ, nếu bản đồ có thể thay đổi, thì có lý do để hy vọng rằng những người sinh ra có vấn đề trong các khu vực xử lý-bản đồ não— những người gặp vấn đề về học tập, các vấn đề tâm lý, đột quỵ hoặc chấn thương não - có thể hình thành bản đồ mới nếu ông ta có thể giúp họ hình thành các kết nối tế bào thần kinh mới, bằng cách khiến các tế bào thần kinh khỏe mạnh của họ bắn điện cùng nhau và kết nối với nhau.

Bắt đầu từ cuối những năm 1980, Merzenich đã thiết kế hoặc tham gia vào các nghiên cứu xuất sắc để kiểm tra xem bản đồ não có dựa trên thời gian hay không và liệu các ranh giới và chức năng của chúng có thể được điều khiển bằng cách "chơi" với thời gian nhập liệu vào chúng hay không. 

Trong một thí nghiệm tài tình, Merzenich đã lập bản đồ bàn tay của một con khỉ bình thường, sau đó khâu hai ngón tay của con khỉ lại với nhau, để cả hai ngón tay di chuyển như một. Sau vài tháng cho phép con khỉ sử dụng các ngón tay bị khâu lại đó, ông lập lại bản đồ não của khỉ. Hai bản đồ của các ngón tay riêng biệt ban đầu giờ đã hợp nhất thành một bản đồ. Nếu những người làm thí nghiệm chạm vào bất kỳ điểm nào ở một trong hai ngón tay, bản đồ đơn mới này sẽ sáng lên. Bởi vì tất cả các chuyển động và cảm giác trong những ngón tay đó luôn luôn xảy ra đồng thời, nên chúng đã tạo thành cùng một bản đồ. Thí nghiệm cho thấy rằng thời gian của đầu vào các tế bào thần kinh trong bản đồ là chìa khóa để hình thành nó - các tế bào thần kinh bắn cùng lúc theo thời gian sẽ kết nối với nhau để tạo thành một bản đồ. 

Các nhà khoa học khác đã kiểm tra các phát hiện của Merzenich trên con người. Một số người được sinh ra với các ngón tay dính vào nhau, một tình trạng được gọi là syndactyly hay "hội chứng ngón tay có màng." Khi họ lập bản đồ não của hai người mắc tình trạng này, quét não phát hiện thấy mỗi người có một bản đồ lớn cho các ngón tay dính vào nhau thay vì hai bản đồ riêng biệt. 

Sau khi các bác sỹ phẫu thuật tách các ngón tay có màng ra, bộ não của các đối tượng lại được vẽ bản đồ não lại, và hai bản đồ riêng biệt đã xuất hiện cho hai ngón tách biệt. Vì các ngón tay có thể cử động độc lập, nên các tế bào thần kinh không còn bắn điện ra cùng một lúc như trước nữa. Điều này minh họa cho một nguyên tắc khác của tính dẻo: nếu bạn tách các tín hiệu đến các tế bào thần kinh kịp thời thì bạn sẽ tạo được các bản đồ não riêng biệt. Trong khoa học thần kinh, phát hiện này được tóm tắt như sau: Các tế bào thần kinh bắn điện riêng thì có những liên kết riêng (Neurons that fire apart wire apart)— hoặc các tế bào thần kinh không đồng bộ hóa thì không liên kết với nhau.

Trong thí nghiệm tiếp theo theo trình tự, Merzenich tạo ra một bản đồ cho một ngón tay không tồn tại chạy vuông góc với các ngón tay khác. Nhóm nghiên cứu đã kích thích đồng thời cả năm ngón tay của một con khỉ, 500 lần một ngày trong hơn một tháng, ngăn chặn con khỉ sử dụng các ngón tay của nó one at a time. Chẳng mấy chốc bản đồ não của khỉ đã có một bản đồ ngón tay mới, bị kéo dài, trong đó cả năm ngón tay nhập lại với nhau. Bản đồ mới này chạy vuông góc với các ngón tay khác, và tất cả các đầu ngón tay là một phần của nó, thay vì là một phần của các bản đồ ngón tay riêng lẻ của chúng, đã bắt đầu biến mất do không dùng đến. 

Trong thí nghiệm cuối cùng và xuất sắc nhất, Merzenich và nhóm của ông đã chứng minh rằng các bản đồ không thể dựa trên giải phẫu. Họ lấy một miếng da nhỏ từ một ngón tay, và - đây là điểm mấu chốt - với dây thần kinh đi đến bản đồ não của nó vẫn gắn vào, phẫu thuật ghép da vào một ngón tay bên cạnh. Bây giờ mảnh da và dây thần kinh của nó đã được kích thích mỗi khi ngón tay mà nó được gắn vào được di chuyển hoặc chạm vào trong quá trình sử dụng hàng ngày. Theo mô hình giải phẫu cứng, các tín hiệu vẫn phải được gửi từ da dọc theo dây thần kinh của nó đến bản đồ não cho ngón tay mà da và dây thần kinh ban đầu xuất phát. Thay vào đó, khi nhóm nghiên cứu kích thích các mảng da, bản đồ của ngón tay mới của nó đã phản hồi. Bản đồ cho miếng vá da di chuyển từ bản đồ não của ngón tay ban đầu sang ngón tay mới, bởi vì cả miếng vá và ngón tay mới đều được kích thích đồng thời. 

Trong một vài năm ngắn ngủi, Merzenich đã phát hiện ra rằng bộ não người trưởng thành là có tính dẻo, đã thuyết phục những người hoài nghi trong cộng đồng khoa học, và chứng minh rằng kinh nghiệm làm thay đổi bộ não. Nhưng ông vẫn chưa lý giải được một bí ẩn quan trọng: làm thế nào các bản đồ tự tổ chức lại bản thân chúng để trở thành (bản đồ) địa hình và hoạt động theo một cách có lợi cho chúng ta. 

Khi chúng tôi nói một bản đồ não được tổ chức theo địa hình, chúng tôi đang muốn nói rằng bản đồ được sắp xếp theo như thứ tự cơ thể. Chẳng hạn, ngón giữa của chúng ta nằm giữa ngón trỏ và ngón đeo nhẫn. Điều tương tự cũng đúng với bản đồ não của chúng ta: bản đồ cho ngón giữa nằm giữa bản đồ cho ngón trỏ và ngón đeo nhẫn của chúng ta.

Tổ chức địa hình là hiệu quả, bởi vì điều đó có nghĩa là các phần của bộ não thường hoạt động cùng nhau nằm gần nhau trong bản đồ não, do đó tín hiệu không phải đi xa trong bộ não.

Câu hỏi đặt ra cho Merzenich là, làm thế nào trật tự địa hình này xuất hiện trong bản đồ não? Câu trả lời mà ông và nhóm của ông đưa ra thật tài tình. Một trật tự địa hình xuất hiện bởi vì nhiều hoạt động hàng ngày của chúng tôi liên quan đến việc lặp đi lặp lại các chuỗi theo một trật tự cố định.

Khi chúng ta nhặt một vật có kích thước bằng quả táo hoặc bóng chày, chúng ta thường nắm chặt nó trước bằng ngón tay cái và ngón trỏ, sau đó quấn từng ngón tay còn lại xung quanh nó. Vì ngón tay cái và ngón trỏ thường chạm vào gần như cùng một lúc, gửi tín hiệu của chúng đến não gần như đồng thời, bản đồ ngón tay cái và bản đồ ngón trỏ có xu hướng hình thành gần nhau trong não. (Neurons that fire together wire together.) Khi chúng ta tiếp tục quấn tay quanh vật thể, ngón tay giữa của chúng ta sẽ chạm vào cạnh ngón tay trỏ, do đó bản đồ não của nó sẽ có xu hướng nằm bên cạnh ngón trỏ và cách xa ngón tay cái. Khi trình tự nắm phổ biến này – đầu tiên là ngón cái, ngón trỏ thứ hai, ngón giữa thứ ba - được lặp đi lặp lại hàng ngàn lần, nó dẫn đến một bản đồ não trong đó bản đồ ngón tay cái nằm cạnh bản đồ ngón trỏ, bản đồ ngón trỏ nằm cạnh bản đồ ngón giữa, vân vân… Các tín hiệu có xu hướng đến vào những thời gian riêng biệt, như ngón tay cái và ngón út, có bản đồ não ở xa hơn, bởi vì các tế bào thần kinh bắn xa nhau thì có dây thần kinh cách xa nhau.  

Hầu như tất cả bản đồ não hoạt động bằng cách nhóm các sự kiện xảy ra cùng nhau. Như chúng ta đã thấy, bản đồ thính giác được sắp xếp giống như một cây đàn piano, với các vùng bản đồ cho các nốt thấp ở một đầu và những nốt cao ở đầu khác. Tại sao nó có trật tự như vậy? Bởi vì các tần số thấp của âm thanh có xu hướng đi cùng với nhau trong tự nhiên. Khi chúng ta nghe một người có tông giọng trâm, hầu hết các tần số đều thấp, vì vậy chúng được nhóm lại với nhau. Sự xuất hiện của Bill Jenkins tại phòng thí nghiệm của Merzenich đã mở ra một giai đoạn nghiên cứu mới giúp Merzenich phát triển các ứng dụng thực tế cho những khám phá của ông. Jenkins, được đào tạo như một nhà tâm lý học hành vi, đặc biệt quan tâm đến việc hiểu cách chúng ta học tập. Ông đề nghị họ dạy động vật học các kỹ năng mới, để quan sát việc học ảnh hưởng đến các tế bào thần kinh và bản đồ não của chúng như thế nào. 

Trong một thí nghiệm cơ bản, họ đã lập bản đồ vỏ não giác quan của một con khỉ. Sau đó, họ huấn luyện nó chạm vào một đĩa quay bằng đầu ngón tay, với áp lực vừa phải trong mười giây để có được phần thưởng là một miếng chuối sấy. Điều này đòi hỏi khỉ phải hết sức chú ý, học cách chạm vào đĩa rất nhẹ và phán đoán thời gian chính xác. Sau hàng ngàn lần thử nghiệm, Merzenich và Jenkins đã lập lại bản đồ bộ não của con khỉ và thấy rằng khu vực lập bản đồ đầu ngón tay của con khỉ đã mở rộng khi con khỉ đã học cách chạm vào đĩa với áp lực phù hợp. Thí nghiệm cho thấy rằng khi một động vật được thúc đẩy để học tập, não sẽ phản ứng lại một cách dẻo dai.

Thí nghiệm cũng cho thấy rằng khi bản đồ não trở nên lớn hơn, các tế bào thần kinh riêng lẻ sẽ hoạt động hiệu quả hơn trong hai giai đoạn. Lúc đầu, khi khỉ được huấn luyện, bản đồ cho đầu ngón tay phát triển, chiếm nhiều không gian hơn. Nhưng sau một thời gian, các tế bào thần kinh riêng lẻ trong bản đồ trở nên hiệu quả hơn, và cuối cùng cần ít tế bào thần kinh hơn để thực hiện nhiệm vụ.

Khi một đứa trẻ lần đầu tiên học chơi piano, nó có xu hướng sử dụng toàn bộ phần thân trên của mình - cổ tay, cánh tay, vai - để chơi từng nốt nhạc. Ngay cả cơ mặt cũng thắt lại thành một cái nhăn mặt. Với sự tập luyện, nghệ sĩ piano tài năng ngừng sử dụng các cơ không liên quan và chỉ sử dụng ngón tay chính xác để chơi nốt nhạc. Anh ta phát triển một "cú chạm nhẹ hơn" và nếu anh ta trở nên khéo léo, anh ta sẽ phát triển "vẻ khoan thai, thanh nhã" và sự thư thái khi chơi đàn. Nguyên nhân là do đứa trẻ đi từ việc sử dụng một số lượng lớn tế bào thần kinh đến chỉ cần một số ít tế bào thần kinh thích hợp, phù hợp với nhiệm vụ. Việc sử dụng tế bào thần kinh hiệu quả hơn này xảy ra bất cứ khi nào chúng ta trở nên thông thạo một kỹ năng và nó giải thích lý do tại sao chúng ta không nhanh chóng dùng hết không gian bản đồ não khi chúng ta thực hành hoặc thêm các kỹ năng vào bộ sưu tập của mình. 

Merzenich và Jenkins cũng chỉ ra rằng các tế bào thần kinh riêng lẻ trở nên chọn lọc hơn khi tập luyện. Mỗi tế bào thần kinh trong bản đồ não cho cảm giác chạm có một "trường tiếp nhận", một phân đoạn trên bề mặt da "thông báo" với nó. Khi những con khỉ được huấn luyện để cảm nhận đĩa, các trường tiếp nhận của từng nơ-ron riêng lẻ trở nên nhỏ hơn, chỉ bắn khi các phần nhỏ của đầu ngón tay chạm vào đĩa. Do đó, mặc dù thực tế là kích thước của bản đồ não tăng lên, mỗi tế bào thần kinh trong bản đồ chịu trách nhiệm cho một phần nhỏ hơn của bề mặt da, cho phép động vật có khả năng phân biệt về xúc giác tốt hơn. Nhìn chung, bản đồ trở nên chính xác hơn.

 Merzenich và Jenkins cũng nhận thấy khi các tế bào thần kinh được đào tạo và trở nên hiệu quả hơn, thì chúng có thể xử lý nhanh hơn. Điều này có nghĩa là tốc độ mà chúng ta thường nghĩ, bản thân nó là tính dẻo dai. Tốc độ của suy nghĩ là điều thiết yếu cho sự sinh tồn của chúng ta. Các sự kiện thường xảy ra nhanh chóng và nếu bộ não suy nghĩ chậm chạp, nó có thể bỏ lỡ thông tin quan trọng. Trong một thí nghiệm, Merzenich và Jenkins đã huấn luyện thành công những con khỉ phân biệt được các âm thanh trong khoảng thời gian ngắn hơn. Các tế bào thần kinh được đào tạo đã bắn ra nhanh hơn để đáp ứng với các âm thanh, xử lý chúng trong thời gian ngắn hơn và cần ít thời gian hơn để "nghỉ ngơi" giữa các lần bắn điện. Các tế bào thần kinh nhanh hơn cuối cùng dẫn đến suy nghĩ nhanh hơn - không phải là vấn đề nhỏ - bởi vì tốc độ suy nghĩ là một thành phần quan trọng của trí thông minh. Các bài kiểm tra IQ, giống như cuộc sống, không chỉ đo xem bạn có thể có câu trả lời đúng hay không mà còn bạn mất bao lâu để bạn có được câu trả lời đúng.

Họ cũng phát hiện thấy khi họ huấn luyện một kỹ năng cho một con vật, các tế bào thần kinh của nó không chỉ bắn nhanh hơn, mà bởi vì chúng bắn nhanh hơn nên tín hiệu của chúng rõ ràng hơn. Các tế bào thần kinh nhanh hơn có khả năng bắn điện đồng bộ với nhau - trở thành những người nhóm chơi tốt hơn - kết nối với nhau nhiều hơn và tạo thành các nhóm tế bào thần kinh phát ra tín hiệu rõ ràng và mạnh hơn. Đây là một điểm rất quan trọng, bởi vì một tín hiệu mạnh mẽ có tác động lớn hơn đến não. Khi chúng ta muốn nhớ một điều gì đó mà chúng ta đã nghe, chúng ta phải nghe nó thật rõ, bởi vì một bộ nhớ có thể chỉ rõ ràng như tín hiệu ban đầu của nó.

Cuối cùng, Merzenich phát hiện ra rằng chú ý kỹ lưỡng là điều cần thiết để thay đổi tính dẻo về lâu về dài. Trong nhiều thí nghiệm, ông thấy rằng những thay đổi lâu dài chỉ xảy ra khi những chú khỉ của ông chú ý kỹ lưỡng. Khi động vật thực hiện các nhiệm vụ một cách tự động mà không tập trung chú ý, chúng đã thay đổi bản đồ não của chúng, nhưng những thay đổi không kéo dài. Chúng tôi thường ca ngợi "khả năng đa nhiệm". Mặc dù bạn có thể học khi bạn phân chia sự chú ý của mình, nhưng sự chú ý bị phân tán đó không dẫn đến việc thay đổi bản đồ não của bạn.

Khi Merzenich còn là một cậu bé, người em họ đầu tiên của mẹ ông, là một giáo viên tiểu học ở Wisconsin, đã được chọn là giáo viên của năm trên toàn nước Mỹ. Sau buổi lễ tại Nhà Trắng, cô đến thăm gia đình Merzenich ở Oregon.

Ông nhớ lại, “Mẹ tôi đã hỏi một câu ngớ ngẩn mà bạn thường hỏi khi trò chuyện:

'Nguyên tắc quan trọng nhất của em trong dạy học là gì?' Và em họ của mẹ đã trả lời: 'Chà, chị kiểm tra học sinh khi chúng đến trường, và chị xác định xem liệu chúng có thông minh không. Và nếu chúng thông minh, chị sẽ chú ý đến chúng và chị sẽ không lãng phí thời gian cho những học sinh kém thông minh.' Đó là những gì cô ấy nói. Và bạn biết đấy, bằng cách này hay cách khác, điều đó thể hiện qua cách mọi người đối xử với những đứa trẻ khác biệt, mãi mãi. Thật là tàn khốc khi tưởng tượng rằng tài nguyên thần kinh của bạn là điều gì đó vĩnh viễn và lâu dài và không thể được cải thiện và thay đổi đáng kể.”

Merzenich giờ đã lưu tâm đến công việc của Paula Tallal tại Rutgers, người đã bắt đầu phân tích lý do tại sao trẻ em gặp khó khăn trong việc học đọc. Đâu đó khoảng 5 đến 10 phần trăm trẻ em mẫu giáo bị khuyết tật ngôn ngữ khiến chúng khó đọc, viết hoặc thậm chí làm theo hướng dẫn. Đôi khi những đứa trẻ này được cho là mắc chứng khó đọc (dyslexic).

Các bé bắt đầu nói chuyện bằng cách thực hành kết hợp phụ âm-nguyên âm, đọc "da, da, da" và "ba, ba, ba." Trong nhiều ngôn ngữ, những từ đầu tiên của chúng thường bao gồm những kết hợp như vậy. Trong tiếng Anh, những từ đầu tiên của bé thường là "mama" và "dada", "pee pee", v.v. Nghiên cứu của Tallal cho thấy những trẻ em bị khuyết tật ngôn ngữ thì có vấn đề về xử lý thính giác với các tổ hợp nguyên âm phụ âm phổ biến được nói nhanh và được gọi là "những phần nói nhanh của lời nói". Những đứa trẻ gặp khó khăn khi nghe chúng một cách chính xác và kết quả là đọc lại chúng một cách (thiếu) chính xác.

Merzenich tin rằng các tế bào thần kinh ở vỏ não thính giác của những đứa trẻ này bắn ra quá chậm, vì vậy chúng không thể phân biệt giữa hai âm thanh rất giống nhau hoặc chắc chắn, nếu hai âm thanh xảy ra gần nhau, thì đâu là âm đầu tiên và đâu là âm thứ hai.

Thường thì chúng không nghe được những phần đầu của âm tiết của những thay đổi âm thanh trong âm tiết. Thông thường tế bào thần kinh, sau khi chúng xử lý một âm thanh, thì sẵn sàng bắn lại sau khoảng 30 mili giây. 80% trẻ em bị khiếm khuyết ngôn ngữ mất ít nhất ba lần khoảng thời gian đó, do đó chúng bị mất một lượng lớn thông tin ngôn ngữ. Khi kiểm tra những kiểu bắn của nơ-ron của chúng thì thấy các tín hiệu không rõ ràng. 

Nghe không đúng dẫn đến những yếu kém trong tất cả các nhiệm vụ về ngôn ngữ. Chúng yếu về từ vựng, hiểu, đọc, nói và viết. Bởi vì chúng tốn quá nhiều năng lượng để giải mã các từ ngữ, nên chúng có xu hướng sử dụng các câu ngắn hơn và không thể vận dụng trí nhớ của chúng cho các câu dài hơn.

Việc xử lý ngôn ngữ của chúng giống trẻ con hơn hoặc "bị chậm" và chúng vẫn cần thực hành phân biệt "da, da, da" và "ba, ba, ba.

Khi Tallal lần đầu phát hiện ra vấn đề của chúng, cô sợ rằng "những đứa trẻ này đã bị 'hỏng' và “bạn không thể làm gì được" để sửa chữa những khiếm khuyết não bộ cơ bản của chúng. Nhưng đó là trước khi cô và Merzenich hợp tác với nhau.

Năm 1996 Merzenich, Paula Tallal, Bill Jenkins, và một trong những đồng nghiệp của Tallal, nhà tâm lý học Steve Miller, đã thành lập trung tâm Science Learning dành cho việc vận dụng nghiên cứu về tính dẻo thần kinh để giúp mọi người điều chỉnh lại bộ não.

Trụ sở chính ở Rotunda, một kiệt tác nghệ thuật Beaux với mái vòm bằng kính hình elip, cao 120 feet, các cạnh được sơn bằng lá vàng 24 karat, nằm ngay trung tâm thành phố Oakland, California. Khi bạn bước vào đó, bạn như đi vào một thế giới khác. Các nhân viên của Science Learning bao gồm các nhà tâm lý học trẻ em, các nhà nghiên cứu về tính dẻo não bộ, các chuyên gia về động lực của con người, các nhà nghiên cứu các bệnh về lời nói, các kỹ sư, lập trình viên và các nhà làm phim hoạt hình. Bàn làm việc của các nhà nghiên cứu đó được tắm trong ánh sáng tự nhiên, có thể nhìn lên mái vòm tuyệt đẹp.

Fast ForWord là tên của chương trình đào tạo mà họ đã phát triển cho trẻ em bị khiếm khuyết về ngôn ngữ và học tập. Chương trình thực hiện mọi chức năng não bộ cơ bản liên quan đến ngôn ngữ, từ việc giải mã âm thanh đến đọc hiểu - một loại đào tạo chéo.

Chương trình cung cấp bảy bài tập dành cho não bộ. Một người dạy các em cải thiện khả năng phân biệt các âm ngắn và dài. Một con bò bay ngang qua màn hình máy tính, tạo ra một loạt âm thanh moo moo. Đứa trẻ phải bắt con bò bằng con trỏ máy tính và giữ nó bằng cách ấn nút chuột. Sau đó, đột nhiên độ dài của âm thanh moo thay đổi tinh tế. Lúc này đứa trẻ phải thả con bò ra và để nó bay đi. Một đứa trẻ thả cho bò bay đi ngay sau khi âm thanh thay đổi điểm số. Trong một trò chơi khác, trẻ học cách xác định các tổ hợp nguyên âm phụ âm dễ nhầm lẫn, chẳng hạn như "ba" và "da", đầu tiên ở tốc độ chậm hơn so với chúng được nói trong ngôn ngữ bình thường, và sau đó với tốc độ ngày càng nhanh hơn. Một trò chơi khác dạy cho trẻ em nghe lướt nhanh hơn (âm thanh như "whooooop"). Một người khác dạy chúng nhớ và kết hợp âm thanh. "Những Phần được nói nhanh của lời nói" được sử dụng trong suốt các bài tập nhưng được điều chỉnh chậm lại với sự trợ giúp của máy tính, để những đứa trẻ bị khiếm khuyết ngôn ngữ có thể nghe được chúng và phát triển bản đồ rõ ràng cho chúng; sau đó dần dần, qua các bài tập, chúng được tăng tốc. Bất cứ khi nào đạt được mục tiêu, một thứ gì đó vui nhộn xảy ra: nhân vật trong phim hoạt hình ăn câu trả lời, bị khó tiêu, trên khuôn mặt của nó bộc lộ vẻ hài hước, hoặc làm một số động tác tát khiến khiến trẻ chú ý. "Phần thưởng" này là một tính năng quan trọng của chương trình, bởi vì mỗi lần đứa trẻ được thưởng, não của nó sẽ tiết ra các chất dẫn truyền thần kinh như dopamine và acetylcholine, giúp củng cố những thay đổi bản đồ não mà nó vừa thực hiện. (Dopamine củng cố phần thưởng và acetylcholine giúp não "điều chỉnh" và tăng cường trí nhớ.) Trẻ em gặp vấn đề nhẹ hơn thường làm việc với chương trình Fast ForWord một giờ bốn mươi phút mỗi ngày, năm ngày một tuần, kéo dài trong vài tuần, và những trẻ gặp khó khăn nghiêm trọng làm trong tám đến mười hai tuần. 

Kết quả nghiên cứu đầu tiên, được báo cáo trên tạp chí Science vào tháng 1 năm 1996, rất đáng chú ý. Trẻ em bị khiếm khuyết ngôn ngữ được chia thành hai nhóm, một nhóm thực hiện Fast ForWord và nhóm kiểm soát thực hiện một trò chơi trên máy tính tương tự nhưng không đào tạo quá trình thời gian hoặc sử dụng lời nói được sửa đổi. Hai nhóm có độ tuổi, IQ và kỹ năng xử lý ngôn ngữ tương đương. Những đứa trẻ làm Fast ForWord đã đạt được tiến bộ đáng kể trong các bài kiểm tra nói, ngôn ngữ và xử lý-thính giác tiêu chuẩn, kết thúc với điểm số ngôn ngữ bình thường hoặc tốt hơn-bình thường và giữ được thành tích khi được kiểm tra lại sáu tuần sau khi đào tạo.

Chúng đã tiến bộ hơn nhiều so với những trẻ trong nhóm kiểm soát. Nghiên cứu sâu hơn đã theo dõi năm trăm trẻ em tại ba mươi lăm địa điểm - bệnh viện, nhà ở và phòng khám.

Tất cả đều được làm test kiểm tra ngôn ngữ theo tiêu chuẩn trước và sau khi đào tạo Fast ForWord. Nghiên cứu cho thấy khả năng hiểu được ngôn ngữ của đa số trẻ được bình thường trở lại sau khi làm Fast ForWord. Trong nhiều trường hợp, khả năng hiểu của chúng tăng lên trên mức bình thường.

Một đứa trẻ trung bình tham gia chương trình đã tiến lên 1,8 năm phát triển ngôn ngữ trong sáu tuần, tiến bộ nhanh đáng kể. Một nhóm Stanford đã quét não của hai mươi đứa trẻ mắc chứng khó đọc, trước và sau khi tham gia Fast ForWord. Các lần quét não ban đầu cho thấy  trẻ sử dụng các phần khác nhau trong não để đọc hơn những đứa trẻ bình thường. Sau khi tham gia Fast ForWord, quét não cho thấy bộ não của chúng đã bắt đầu bình thường lại. (Chẳng hạn, hoạt động ở vỏ não thái dương trái đạt mức trung bình, và hình ảnh quét não của chúng bắt đầu cho thấy các mô hình tương tự như những đứa trẻ không gặp vấn đề về đọc.)

Willy Arbor là một đứa trẻ bảy tuổi sống ở Tây Virginia. Cậu có mái tóc đỏ và mặt đầy tàn nhang, thuộc nhóm Hướng đạo sinh, thích đến trung tâm mua sắm, và mặc dù chỉ cao hơn bốn feet nhưng lại rất thích môn đấu vật. Cậu ta vừa trải qua chương trình Fast ForWord và đã thay đổi. "Vấn đề chính của Willy là nghe rõ lời nói của người khác", mẹ cậu cho biết. "Gỉa sử tôi nói từ 'copy' và thằng bé sẽ nghĩ tôi nói ‘coffee’. Nếu có tiếng động nào xung quanh thì thằng bé sẽ rất khó nghe. Nó bị trầm uất khi đi học mẫu giáo. Bạn có thể nhìn thấy sự lo lắng của thằng bé. Nó có những thói quen thường thấy khi căng thẳng như nhai quần áo, hoặc tay áo, bởi vì các bạn khác đều trả lời đúng, còn thằng bé thì không. Giáo viên đã khuyên là nên cho thằng bé học lại lớp một. Vì "Willy gặp khó khăn khi đọc.” 

"Willy," mẹ bé tiếp tục, "không thể nghe được sự thay đổi về cao độ giọng nói một cách chính xác. Vì vậy, thằng bé không thể biết được khi nào một người đang kêu lên hay chỉ là một câu nói chung chung, và thằng bé đã không nắm bắt được những lời nói suông. Thật khó để nó đọc được cảm xúc của mọi người. Không nhận ra âm vực cao và thấp của giọng nói, thằng bé không nghe được tiếng wow khi mọi người phấn khích. Với thằng bé, mọi thứ đều giống nhau.”

Willy được đưa đến gặp một chuyên gia về thính giác, người đã chẩn đoán "vấn đề thính giác" của cậu là do một chứng rối loạn xử lý thính giác bắt nguồn từ bộ não. Cậu gặp khó khăn trong việc ghi nhớ các chuỗi từ vì hệ thống thính giác của cậu rất dễ bị quá tải. "Nếu bạn đưa cho cậu ấy nhiều hơn ba chỉ dẫn, chẳng hạn như 'vui lòng đặt giày lên gác - cất chúng vào tủ - sau đó xuống ăn tối', thì cậu ấy sẽ quên chúng. Cậu ấy sẽ tháo giày ra, bước xuống lầu và hỏi 'Mẹ muốn con làm gì?' Giáo viên thường xuyên phải lặp lại hướng dẫn. "Mặc dù cậu ta có vẻ là một đứa trẻ có năng khiếu – cậu ta giỏi toán - những vấn đề của cậu ta cũng giữ cậu lại trong vùng đó.”

Mẹ cậu đã phản đối việc cho Willy học lại lớp một và suốt mùa hè bà đã gửi cậu đến học chương trình Fast ForWord trong tám tuần.

"Trước khi thằng bé làm Fast ForWord," mẹ cậu nhớ lại, "người ta đã đặt thằng bé ngồi trước máy tính, và thằng bé đã rất căng thẳng. Tuy nhiên, với chương trình này, thằng bé đã dành một trăm phút mỗi ngày trong 8 tuần cho máy tính. Thằng bé thích làm điều đó và thích cách tính điểm bởi vì nó có thể thấy mình ngày càng tiến bộ, "mẹ cậu nói. Khi thằng bé tiến bộ, nó có thể nhận thức được sự thay đổi trong lời nói, đọc cảm xúc của người khác tốt hơn và ít lo lắng hơn. "Rất nhiều thay đổi đến với thằng bé. Khi nó mang bài thi giữa kỳ về nhà, nó nói: 'Điểm tốt hơn năm ngoái, mẹ ạ.' Thằng bé bắt đầu mang về nhà điểm A và B trên bài thi của mình nhiều hơn- một sự khác biệt đáng chú ý ... Bây giờ, Con có thể làm điều này. Đây là điểm số của con. Con có thể đạt điểm cao hơn.' Tôi cảm thấy như lời cầu nguyện của mình được đáp lại, Thật tuyệt vời. " Một năm sau thằng bé tiếp tục tiến bộ.

Nhóm của Merzenich bắt đầu nghe rằng Fast ForWord đang có một số hiệu ứng lan tỏa. Chữ viết tay của trẻ được cải thiện. Nhiều phụ huynh báo cáo rằng con họ đã bắt đầu tập trung và chú ý bền vững hơn. Merzenich cho rằng những lợi ích đáng ngạc nhiên này đã xảy ra vì Fast ForWord đưa đến những tiến bộ trong hoạt động trí óc.

Một trong những hoạt động quan trọng nhất của não bộ - một hoạt động mà chúng ta thường không nghĩ tới - là xác định thời gian mọi việc diễn ra mất bao lâu hoặc xử lý thời gian. Bạn không thể di chuyển đúng, nhận thức đúng hoặc dự đoán đúng nếu bạn không thể xác định các sự việc kéo dài bao lâu. Merzemch phát hiện ra rằng khi bạn huấn luyện mọi người phân biệt các rung động xảy ra rất nhanh trên da, chỉ kéo dài 75 mili giây, những người này cũng có thể phát hiện ra âm thanh kéo dài 75 mili giây. Dường như Fast ForWord đang cải thiện khả năng chung của bộ não để nhận biết thời gian. Đôi khi những tiến bộ này cũng xảy đến với việc xử lý hình ảnh/thị giác. Trước Fast ForWord, khi Willy được cho làm một trò chơi hỏi những vật phẩm nào đặt không đúng chỗ - một chiếc ủng trên cây, hoặc một hộp thiếc trên mái nhà - đôi mắt cậu ta nhảy khắp trang. Cậu ấy đã cố gắng để nhìn toàn bộ trang thay vì nhìn một phần nhỏ tại một thời điểm. Ở trường, cậu bỏ qua những dòng chữ khi đọc. Sau Fast ForWord, đôi mắt cậu không còn nhảy khắp trang, và cậu có thể tập trung sự chú ý thị giác của mình.

Một số trẻ tham gia các bài kiểm tra tiêu chuẩn ngay sau khi hoàn thành chương trình Fast ForWord cho thấy những tiến bộ không chỉ về ngôn ngữ, nói và đọc, mà cả về toán học, khoa học và nghiên cứu xã hội. Có lẽ những đứa trẻ này đã nghe bài giảng ở lớp tốt hơn hoặc có thể đọc tốt hơn - nhưng Merzenich nghĩ rằng điều đó có thể phức tạp hơn thế.

"Bạn biết đấy," ông nói, "IQ tăng lên. Chúng tôi đã sử dụng bài kiểm tra ma trận, đó là phép đo IQ dựa trên hình ảnh - và IQ tăng lên.”

Việc một thành phần trực quan của IQ tăng lên có nghĩa là những cải thiện về IQ không đơn giản vì Fast ForWord đã cải thiện khả năng đọc các câu hỏi kiểm tra của trẻ em. Hoạt động trí tuệ của chúng nhìn chung được cải thiện, có lẽ vì khả năng xử lý về thời gian của chúng đã tiến bộ. Và có những lợi ích bất ngờ khác. Một số trẻ tự kỷ bắt đầu có một số tiến bộ chung. 

Bí ẩn của bệnh tự kỷ - bộ óc của một người không thể hình dung được những bộ óc khác - là một trong những điều phức tạp và sâu sắc nhất trong tâm thần học và là một trong những rối loạn phát triển nghiêm trọng nhất của thời thơ ấu. Nó được gọi là "rối loạn phát triển lan tỏa", bởi vì rất nhiều khía cạnh của sự phát triển bị xáo trộn: trí thông minh, nhận thức, các kỹ năng xã hội, ngôn ngữ và cảm xúc.

Đa số trẻ tự kỷ có chỉ số IQ dưới 70. Chúng gặp khó khăn lớn khi kết nối xã hội với người khác và trong các trường hợp nghiêm trọng, chúng có thể đối xử với mọi người như những vật vô tri vô giác, không chào đón họ cũng như không thừa nhận họ là con người. Đôi khi dường như trẻ tự kỷ không có cảm giác rằng "những tâm trí khác" đang tồn tại trên thế giới. Chúng cũng có những khó khăn trong quá trình nhận thức và do đó thường quá nhạy cảm với âm thanh và xúc giác, dễ bị quá tải bởi sự kích thích. (Đó có thể là một lý do khiến trẻ tự kỷ thường tránh giao tiếp bằng mắt: sự kích thích từ mọi người, đặc biệt là khi đến từ nhiều giác quan khác cùng một lúc, quá mãnh liệt.) Mạng lưới thần kinh của chúng dường như hoạt động quá mức, và nhiều trẻ trong số này bị động kinh.

Bởi vì rất nhiều trẻ tự kỷ bị khiếm khuyết ngôn ngữ nên các bác sĩ lâm sàng bắt đầu đề xuất chương trình Fast ForWord dành cho chúng. Họ không dự đoán được điều gì có thể xảy ra. Cha mẹ của những trẻ tự kỷ đã tham gia Fast ForWord nói với Merzenich rằng con cái họ trở nên kết nối hơn về mặt xã hội. Ông bắt đầu hỏi, có phải những đứa trẻ chỉ đơn giản là được đào tạo để trở thành người biết chú tâm lắng nghe không? Và ông ta hứng thú trước thực tế là với Fast ForWord các triệu chứng ngôn ngữ và các triệu chứng tự kỷ dường như đang dần biến mất. Điều này có nghĩa là các vấn đề về ngôn ngữ và tự kỷ là những biểu hiện khác nhau của một vấn đề chung?

Hai nghiên cứu về trẻ tự kỷ đã xác nhận những gì Merzenich đã được nghe. Một, một nghiên cứu về ngôn ngữ cho thấy Fast ForWord đã nhanh chóng đưa trẻ tự kỷ từ khiếm khuyết ngôn ngữ nghiêm trọng sang dạng bình thường. Nhưng một nghiên cứu thí điểm khác về một trăm trẻ tự kỷ cho thấy Fast ForWord cũng có tác động đáng kể đến các triệu chứng tự kỷ của chúng. Khoảng chú ý của trẻ được cải thiện. Khiếu hài hước của chúng tăng lên. Chúng kết nối với mọi người nhiều hơn. Chúng đã phát triển khả năng giao tiếp bằng mắt tốt hơn, bắt đầu chào hỏi mọi người và gọi họ bằng tên, nói chuyện với họ và nói lời tạm biệt khi kết thúc cuộc gặp gỡ của họ. Dường như những đứa trẻ bắt đầu trải nghiệm thế giới chứa đựng những con người có tâm trí khác.

Lauralee, một cô bé tự kỷ tám tuổi, được chẩn đoán mắc chứng tự kỷ dạng nhẹ khi cô bé lên ba tuổi. Dù đã tám tuổi, nhưng cô bé hiếm khi sử dụng ngôn ngữ. Cô bé không đáp lại khi người khác gọi tên cô, và tên cha mẹ cô, dường như cô bé không nghe thấy.

Đôi lúc cô bé sẽ nói, nhưng khi cô ấy nói, "cô bé có thứ ngôn ngữ riêng của mình", mẹ cô cho hay, "thường khó hiểu," Nếu cô bé muốn uống nước ép trái cây, cô bé không yêu cầu nó. Cô sẽ làm những cử chỉ và kéo bố mẹ đến tủ lạnh để lấy nước cho cô.

Cô bé có các triệu chứng tự kỷ khác, trong số đó có các động tác lặp đi lặp lại mà trẻ tự kỷ làm để cố gắng kiềm chế cảm giác bị choáng ngợp. Theo mẹ cô, Lauralee có "tất cả các triệu chứng như - vỗ tay, đi nhón chân, nhiều năng lượng, cắn. Và con bé không thể nói cho tôi biết cảm giác của nó.”

Cô bé rất gắn bó với cây. Khi bố mẹ cô đưa cô đi dạo vào buổi tối để tiêu bớt năng lượng, cô bé thường dừng lại, chạm vào một cái cây, ôm nó và nói chuyện với nó.

Lauralee rất nhạy cảm với âm thanh. "Nó có đôi tai sinh học," mẹ cô nói. "Khi con bé còn nhỏ, nó thường bịt tai lại. Nó không chịu được một vài loại nhạc trên đìa phát thanh, như nhạc cổ điển hay nhạc chậm.” Ở phòng khám nhi khoa, nó nghe được những âm thanh ở trên lầu mà người khác không nghe thấy. Ở nhà, nó thích đến chỗ bồn rửa mặt, mở nước cho chảy đầy bồn rồi sau đó xả nước, ôm lấy cái ống dẫn nước và nghe tiếng nước chảy qua ống.

Cha của Lauralee ở trong hải quân và phục vụ cuộc chiến ở Iraq năm 2003. Khi gia đình chuyển đến California, Lauralee đã được ghi danh vào một trường công lập với một lớp học đặc biệt sử dụng chương trình Fast For-Word. Cô bé mất khoảng hai giờ mỗi ngày trong 8 tuần để hoàn thành chương trình.

Khi cô bé hoàn thành xong chương trình, “cô bé đã có sự bùng nổ trong ngôn ngữ”, mẹ cô cho biết, “bắt đầu nói nhiều hơn và nói các câu hoàn chỉnh. Con bé có thể kể cho tôi biết một ngày học ở trường của nó. Trước đây tôi chỉ hỏi ‘Ngày hôm nay của con là một ngày tốt đẹp hay tồi tệ?’ Bây giờ thì con bé có thể kể cho tôi biết những việc nó đã làm, và nó nhớ được các chi tiết. Nếu con bé gặp phải chuyện tệ hại, nó có thể kể cho tôi và tôi không cần phải gợi ý để con bé kể ra được. Con bé cũng dễ ghi nhớ mọi thứ hơn.” Lauralee luôn thích đọc sách, giờ con bé đang đọc những cuốn sách dài hơn, phi hư cấu và bách khoa toàn thư. Con bé đang nghe những âm thanh nhỏ hơn và có thể chịu đựng được những âm thanh khác nhau từ đài phát thanh", mẹ cô nói. Đây là một sự thức tỉnh đối với con bé. Và với sự giao tiếp tốt hơn, và tất cả chúng tôi đã có sự thức tỉnh. Nó là một phước lành lớn lao.”

Merzenich quyết định rằng để hiểu sâu hơn về chứng tự kỷ và những sự chậm phát triển của nó, ông cần phải quay lại phòng thí nghiệm. Ông nghĩ cách hay nhất để hiểu về bệnh tự kỷ là trước tiên cần tạo ra một “động vật bị tự kỷ” — một con vật cũng có nhiều sự chậm phát triển như đứa trẻ mắc tự kỷ. Khi ấy ông mới có thể nghiên cứu về nó và tìm cách chữa trị. 

Khi Merzenich bắt đầu suy nghĩ về điều mà ông gọi là "thảm họa sơ sinh" của bệnh tự kỷ, ông linh cảm rằng có điều gì đó sai sai có thể đã xảy ra trong tuổi sơ sinh, khi đây là giai đoạn quan trọng nhất, độ dẻo dai của não bộ ở mức cao nhất, và sự phát triển ở mức độ lớn cần phải xảy ra. Nhưng bệnh tự kỷ phần lớn là tình trạng do di truyền. Nếu một người sinh đôi bị tự kỷ thì 80 đến 90 phần trăm khả năng người sinh đôi còn lại cũng sẽ bị tự kỷ. Trong các trường hợp sinh đôi khác trứng, trong đó một người mắc tự kỷ, người sinh đôi không mắc tự kỷ kia thường sẽ gặp một số vấn đề về ngôn ngữ và xã hội. 

Tuy nhiên, tỷ lệ mắc bệnh tự kỷ đã tăng lên với tốc độ đáng kinh ngạc mà không thể giải thích được bằng một mình  sự di truyền. Khi bệnh tự kỷ lần đầu tiên được xông nhận cách đây hơn bốn mươi năm, khoảng một trong 5.000 người mắc bệnh, bây giờ là 15 trong 5.000. Con số đó đã tăng lên một phần vì bệnh tự kỷ được chẩn đoán thường xuyên hơn và bởi vì một số trẻ em được dán nhãn là tự kỷ nhẹ để nhận được tiền tài trợ cho điều trị. "Nhưng" theo Merzenich, "ngay cả khi tất cả những số liệu được thay đổi bới các nhà dịch tễ học khó tính, có vẻ như nó tăng gấp ba lần trong mười lăm năm qua. Có một tình trạng khẩn cấp trên thế giới liên quan đến các yếu tố nguy cơ dẫn đến bệnh tự kỷ.” 

Ông đã nghĩ rằng có khả năng một yếu tố môi trường ảnh hưởng đến các mạch thần kinh ở những đứa trẻ này, buộc các giai đoạn quan trọng phải chấm dứt sớm, trước khi các bản đồ não được phân hóa hoàn toàn. Khi chúng ta được sinh ra, bản đồ não bộ của chúng ta thường là "những bản phác thảo thô" hoặc phác họa, thiếu chi tiết, hoàn toàn giống nhau. Trong giai đoạn quan trọng, khi cấu trúc bản đồ não của chúng ta được định hình theo nghĩa đen bởi những trải nghiệm đầu tiên của chúng ta về thế giới, bản phác thảo thô thường trở nên chi tiết và khác biệt, Merzenich và nhóm của ông sử dụng vi bản đồ để chỉ ra bản đồ não của chuột sơ sinh được hình thành trong giai đoạn quan trọng như thế nào. Ngay sau khi sinh, vào đầu giai đoạn quan trọng, bản đồ thính giác hoàn toàn giống nhau, cùng một kiểu, chỉ có hai vùng rộng ở vỏ não. Một nửa bản đồ phản ứng với âm thanh tần số cao. Nửa còn lại phản ứng với âm thanh tần số thấp. 

Khi con vật được tiếp xúc với một tần số cụ thể trong giai đoạn quan trọng, bản đồ đơn giản đó đã thay đổi. Nếu con vật liên tục tiếp xúc với nốt C cao, sau một thời gian chỉ có một vài tế bào thần kinh bật sáng,  giờ trở thành chọn lọc cho nốt C cao. Điều tương tự sẽ xảy ra khi con vật tiếp xúc với D, E, F, v.v.

Bây giờ bản đồ, thay vì chỉ có hai khu vực rộng lớn, đã có nhiều khu vực khác nhau, mỗi khu vực đáp ứng với các nốt âm thanh khác nhau. Bây giờ nó đã được phân biệt.

Điều đáng chú ý về vỏ não trong giai đoạn quan trọng là nó dẻo đến mức có thể thay đổi cấu trúc của nó bằng cách cho nó tiếp xúc với kích thích mới. Sự nhạy cảm đó cho phép trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ trong giai đoạn phát triển ngôn ngữ quan trọng có thể tiếp thu những âm thanh và từ ngữ mới một cách dễ dàng, chỉ đơn giản bằng cách nghe cha mẹ nói; sự tiếp xúc đơn thuần làm cho bản đồ não của chúng thay đổi. Sau giai đoạn quan trọng, trẻ lớn hơn và người trưởng thành dĩ nhiên có thể học ngôn ngữ, nhưng họ thực sự phải nỗ lực để tập trung chú ý. Theo Merzenich, sự khác biệt giữa tính dẻo dai của giai đoạn-quan trọng và tính dẻo dai ở người trưởng thành là trong giai đoạn quan trọng, bản đồ não bộ có thể thay đổi chỉ đơn giản bằng cách tiếp xúc với thế giới vì “cỗ máy học hỏi liên tục hoạt động.” 

Nguyên nhân sinh học của “cỗ máy” liên tục hoạt động này là vì trẻ sơ sinh không thể biết điều gì là quan trọng trong cuộc sống, vì vậy chúng chú ý đến tất cả mọi thứ. Chỉ có một bộ não đã được tổ chức mới có thể phân loại được thứ gì là đáng chú ý. 

Manh mối tiếp theo Merzenich cần để hiểu về bệnh tự kỷ xuất phát từ một dòng nghiên cứu bắt nguồn từ Thế chiến thứ hai, ở Phát xít Ý, bởi một phụ nữ trẻ người Do Thái, Rita Levi-Montalcini, trong khi đang ẩn náu. 

Levi-Montalcini sinh năm 1909 ở Turin và theo học trường y ở đó. Năm 1938, khi Mussolini cấm người Do Thái hành nghề y và làm nghiên cứu khoa học, cô trốn sang Brussels để tiếp tục các nghiên cứu của cô; khi phát xít Đức đe dọa Bỉ, cô quay trở lại Torino và xây dựng một phòng thí nghiệm bí mật trong phòng ngủ của mình, để nghiên cứu cách thức các dây thần kinh hình thành, rèn các thiết bị vi phẫu thuật từ cây kim khâu. Khi quân Đồng minh ném bom thành phố Torino năm 1940, cô chạy trốn đến Piedmont. Một ngày nọ vào năm 1940, cô đi đến một ngôi làng nhỏ ở miền bắc nước Ý trên một chiếc xe chở gia súc được chuyển thành tàu chở khách, cô ngồi xuống sàn và đọc một bài báo khoa học của Viktor Hamburger, người đang tiên phong nghiên cứu sự phát triển tế bào thần kinh bằng cách nghiên cứu phôi gà. Cô quyết định lặp lại và mở rộng thí nghiệm của ông ấy, làm việc trên một cái bàn ở một ngôi nhà trên núi với những quả trứng của một nông dân địa phương. Khi cô hoàn thành mỗi thí nghiệm, cô ăn trứng. Sau chiến tranh, Hamburger đã mời Levi-Montalcini tham gia cùng với ông và các nhà nghiên cứu của ông ta ở St. Louis để khám phá ra rằng các sợi thần kinh của gà con phát triển nhanh hơn khi có khối u từ chuột. Levi-Montalcini suy đoán rằng khối u có thể đang tiết ra một chất để thúc đẩy sự phát triển thần kinh. Với nhà hóa sinh Stanley Cohen, bà đã phân tách được protein chịu trách nhiệm và gọi đó là yếu tố tăng trưởng thần kinh, hay NGF. Levi-Montalcini và Cohen đã được trao giải thưởng Nobel vào năm 1986. 

Công trình nghiên cứu của Levi-Montalcini đã dẫn đến việc phát hiện ra một số yếu tố tăng trưởng thần kinh, một trong số đó, yếu tố hướng thần kinh có nguồn gốc từ não, hay BDNF, đã thu hút sự chú ý của Merzenich. 

BDNF đóng một vai trò quan trọng trong việc củng cố những thay đổi tính dẻo gây ra trong não trong giai đoạn quan trọng. Theo Merzenich, nó thực hiện điều này theo bốn cách khác nhau.

Khi chúng ta thực hiện một hoạt động đòi hỏi các nơ-ron cụ thể bắn điện cùng nhau, chúng sẽ giải phóng BDNF. Yếu tố tăng trưởng này củng cố các kết nối giữa các tế bào thần kinh đó và giúp kết nối chúng lại với nhau để chúng tin cậy bắn điện cùng nhau trong tương lai. BDNF cũng thúc đẩy sự phát triển của lớp mỡ mỏng xung quanh mỗi tế bào thần kinh, nhờ đó tăng tốc độ truyền tín hiệu điện. Trong giai đoạn quan trọng, BDNF bật hạt nhân basalis, phần não cho phép ta tập trung sự chú ý - và giữ nó trong suốt giai đoạn quan trọng. Sau khi bật, hạt nhân basalis không chỉ giúp chúng ta tập trung chú ý mà còn nhớ lại được những gì chúng ta đang trải qua. Nó cho phép sự phân hóa và thay đổi bản đồ não diễn ra một cách dễ dàng. Merzenich nói với tôi, "Nó giống như một giáo viên trong bộ não đang nói rằng, 'Bây giờ điều này thực sự quan trọng – đây là thứ bạn phải biết cho kỳ thi của cuộc sống.' Merzenich gọi hạt nhân basalis và hệ thống chú ý là "hệ thống kiểm soát độ dẻo" - hệ thống hóa học thần kinh, khi được bật lên, đưa não vào trạng thái cực kỳ dẻo dai. Cách thứ tư và cuối cùng mà BDNF thực hiện - khi nó đã hoàn thành việc tăng cường các kết nối chính - là để giúp chấm dứt giai đoạn quan trọng. Một khi các kết nối nơ-ron chính được đặt xuống, cần có sự ổn định và do đó ít tính dẻo hơn trong hệ thống. Khi BDNF được phóng thích đủ số lượng, nó sẽ tắt hạt nhân basalis và kết thúc kỷ nguyên kỳ diệu của việc học tập không biết mệt mỏi. Do đó, hạt nhân chỉ có thể được kích hoạt khi có điều gì đó quan trọng, đáng ngạc nhiên hoặc sự mới lạ xảy ra hoặc nếu chúng ta nỗ lựctập trung chú ý. 

Nghiên cứu của Merzenich về giai đoạn quan trọng và BDNF giúp ông phát triển một lý thuyết nhằm giải thích rất nhiều vấn đề khác nhau có thể chỉ là một phần của bệnh tự kỷ. Ông cho rằng trong suốt giai đoạn quan trọng, một số tình huống kích thích quá mức các tế bào thần kinh ở đứa trẻ có gen khiến chúng dễ mắc tự kỷ, dẫn đến việc phóng thích BDNF sớm và quá nhiều. Thay vì củng cố các kết nối quan trọng thì nó lại củng cố tất cả các kết nối. Quá nhiều BDNF được phóng thích khiến nó chấm dứt giai đoạn quan trọng quá sớm, niêm phong tất cả các kết nối này, và để lại cho đứa trẻ những bản đồ não chưa được phân hóa và do đó dẫn đến chứng rối loạn phát triển lan tỏa (tự kỷ). Bộ não của chúng là quá dễ kích thích và quá nhạy cảm. Nếu chúng nghe thấy một tần số âm thanh thì toàn bộ vỏ não thính giác của chúng bắt đầu bắn điện. Đây có vẻ là những gì đang diễn ra ở Lauralee, cô bé đã phải bịt lỗ tai lại khi nghe nhạc. Những trẻ tự kỷ khác thì quá nhạy cảm khi đụng chạm và cảm thấy như bị tra tấn khi cái nhãn gắn trên quần áo chạm vào da chúng. Lý thuyết của Merzenich cũng giải thích về tỷ lệ mắc động kinh cao ở trẻ tự kỷ: vì sự phóng thích BDNF, những bản đồ não phân hóa kém, và vì quá nhiều kết nối trong bộ não được củng cố một cách bừa bãi, khi một vài tế bào thần kinh bắt đầu bắn điện thì toàn bộ não bộ có thể bị kích thích. Nó cũng lý giải tại sao trẻ tự kỷ có bộ não lớn hơn— chất làm tăng lớp mỡ bao quanh các tế bào thần kinh.

Nếu việc phóng thích BDNF là yếu tố góp phần gây ra tự kỷ và các vấn đề về ngôn ngữ, Merzenich cần hiểu được điều gì có thể khiến những tế bào thần kinh non trẻ “bị kích thích quá mức” và phóng thích quá nhiều hóa chất. 

Một số nghiên cứu đã cảnh báo ông về yếu tố môi trường có thể là một trong các nguyên nhân gây ra tự kỷ. Một nghiên cứu đáng lo ngại cho thấy những đứa trẻ càng sống gần sân bay ồn ào ở Frankfurt, Đức thì trí thông minh của chúng càng thấp. Một nghiên cứu tương tự trên trẻ em sống ở chung cư cao tầng tại đường cao tốc Dan Ryan ở Chicago, thấy rằng tầng của chúng càng gần đường cao tốc, trí thông minh của chúng càng thấp. Vì vậy, Merzenich bắt đầu băn khoăn về vai trò của một yếu tố-nguy cơ-môi trường có thể ảnh hưởng đến tất cả mọi người nhưng lại có tác động nghiêm trọng hơn đối với trẻ em có có yếu tố di truyền khiến dễ bị mắc bệnh tự kỷ; tiếng ồn liên tục xung quanh từ máy móc, đôi khi được gọi là tiếng ồn trắng. Tiếng ồn trắng bao gồm nhiều tần số và rất Kích thích đối với vỏ não thính giác. 

"Trẻ sơ sinh được nuôi dưỡng trong môi trường ồn ào, ầm ĩ liên tục,” ông nói. Bây giờ Tiếng ồn trắng có ở khắp mọi nơi, nó đến từ các quạt trong thiết bị điện tử, điều hòa không khí, máy sưởi và động cơ xe hơi của chúng tôi. Merzenich tự hỏi loại tiếng ồn này ảnh hưởng như thế nào đến bộ não đang phát triển? Để kiểm tra giả thuyết này, nhóm của ông đã cho những con chuột con tiếp xúc với tiếng ồn trắng trong suốt giai đoạn quan trọng của chúng và phát hiện thấy vỏ não của chuột con bị hủy hoại. 

"Mỗi lần bạn nghe một tần số âm thanh," Merzenich nói, "bạn đang kích thích mọi thứ trong vỏ não thính giác— mọi tế bào thần kinh." Quá nhiều nơ ron bắn điện, làm phóng thích nhiều BDNF. Và đúng như dự đoán của mô hình của ông, sự tiếp xúc này làm cho giai đoạn quan trọng bị kết thúc quá sớm, để lại cho con vật bản đồ bộ não không phân hóa và những tế bào thần kinh bật lên bừa bãi trước bất kỳ tần số âm thanh nào. 

Merzenich phát hiện ra rằng những con chuột con này, giống như trẻ tự kỷ, dễ mắc bệnh động kinh, và tiếp xúc với lời nói bình thường cũng làm chúng lên cơn động kinh. (Những người bị động kinh phát hiện thấy ánh sáng nhấp nháy ở những buổi trình diễn nhạc rock gây ra cơn động kinh của họ. Đèn chớp là những xung phát ánh sáng trắng và bao gồm nhiều tần số.) Hiện tại Merzenich đã có mô hình động vật để nghiên cứu bệnh tự kỷ. Những nghiên cứu quét não hiện tại đã xác nhận rằng trẻ tự kỷ xử lý âm thanh theo cách bất thường. Merzenich cho rằng võ não chưa phân hóa giúp lý giải tại sao chúng gặp khó khăn trong học tập, vì một đứa trẻ với vỏ não chưa phân hóa sẽ thấy khó tập trung chú ý. Khi được yêu cầu tập trung vào một thứ, những đứa trẻ này trải qua sự bùng nổ, ầm ĩ— một lý do tại sao trẻ tự kỷ thường thu mình khỏi thế giới và phát triển một vỏ bọc. Merzenich nghĩ rằng vấn đề tương tự, ở dạng nhẹ hơn, có thể góp phần vào các rối loạn chú ý phổ biến hơn.

Bây giờ câu hỏi đặt ra cho Merzenich là, chúng ta có thể làm gì để bình thường hóa bản đồ não chưa phân hóa sau giai đoạn quan trọng? Nếu ông ấy và nhóm của ông có thể làm được thì họ có thể mang lại hy vọng cho trẻ tự kỷ.

 

 

Sử dụng tiếng ồn trắng, trước tiên họ xóa bỏ sự phân hóa bản đồ thính giác của chuột. Sau khi gây ra tổn thương cho bản đồ não, rồi họ lại làm nó bình thường và phân hóa trở lại bằng cách dùng những nốt âm rất đơn giản, một lúc một nốt. Với sự huấn luyện, trên thực tế họ đã làm cho bản đồ não đạt trên mức-bình thường. “Và đó chính xác là những gì chúng tôi đang cố gắng thực hiện ở những đứa trẻ bị tự kỷ”, Merzenich cho biết. Ông hiện đang phát triển một chương trình ForWord được sử đổi dành cho trẻ tự kỷ, một bản cải tiến của chương trình đã từng hỗ trợ cho Lauralee. 

Điều gì sẽ xảy ra nếu có thể mở lại tính dẻo trong giai đoạn quan trọng, để những người trưởng thành cho thể tiếp thu ngôn ngữ giống như cách của trẻ em, là chỉ cần tiếp xúc với chúng? Merzenich từng chứng minh rằng tính dẻo kéo dài tới tuổi trưởng thành, và với hoạt động – bằng cách tập trung chú ý kỹ - chúng ta có thể điều chỉnh bộ não của mình. Nhưng bây giờ ông ấy được hỏi là, liệu khoảng thời gian quan trọng của sự học tập dễ dàng có thể kéo dài được không? 

Việc học tập trong giai đoạn quan trọng luôn dễ dàng vì trong suốt giai đoạn đó, hạt nhân basalis luôn được bật. Vì vậy, Merzenich và đồng nghiệp trẻ Michael Kilgard đã thiết lập một thí nghiệm trong đó họ dùng cách nhân tạo để bật hạt nhân basalis ở chuột trưởng thành và giao cho chúng những nhiệm vụ học tập mà chúng không cần phải chú ý mới học được và sẽ không nhận được phần thưởng cho việc học. Họ chèn các vi điện cực vào các hạt nhân basalis và sử dụng một dòng điện để giữ cho nó được bật. Sau đó, họ cho những con chuột tiếp xúc với tần số âm thanh 9 Hz để xem liệu chúng có thể dễ dàng phát triển một vị trí bản đồ não cho nó hay không, như cách mà những con chuột con làm trong giai đoạn quan trọng. Sau một tuần, Kilgard và Merzenich nhận thấy họ có thể mở rộng bản đồ não cho tần số âm thanh đó. Họ đã tìm ra một cách nhân tạo để mở lại giai đoạn quan trọng ở người trưởng thành. 

Sau đó, họ đã sử dụng kỹ thuật tương tự để khiến bộ não tăng tốc thời gian xử lý. Thông thường tế bào thần kinh thính giác của một con chuột trưởng thành chỉ có thể đáp ứng với âm ở mức tối đa 12 xung mỗi giây. Bằng cách kích thích các hạt nhân basalis, có thể "giáo dục" các tế bào thần kinh để đáp ứng với các đầu vào nhanh hơn bao giờ hết.

Công việc này mở ra triển vọng học tập-tốc độ cao sau này. Các hạt nhân basalis có thể được bật bằng một điện cực, bằng cách tiêm một số hóa chất, hoặc bằng thuốc. Thật khó để tưởng tượng rằng mọi người sẽ không bị lôi cuốn vào một công nghệ khiến cho việc tinh thông các kiến thức về khoa học, lịch sử hoặc một nghề nghiệp một cách dễ dàng chỉ bằng cách tiếp xúc với chúng trong thời gian ngắn.

Hãy tưởng tượng những người nhập cư đến một quốc gia mới, bây giờ có thể chọn ngôn ngữ mới của họ, một cách dễ dàng và không có khẩu âm, trong vài tháng. Hãy tưởng tượng cuộc sống của những người lớn tuổi bị sa thải khỏi công việc có thể được thay đổi như thế nào, nếu họ có thể học được một kỹ năng mới với sự hoạt bát, nhanh nhẹn mà họ từng có trong thời thơ ấu. Những kỹ thuật như vậy chắc chắn sẽ được sử dụng bởi các học sinh trung học và đại học trong các nghiên cứu của họ và trong các kỳ thi tuyển sinh. (Có nhiều học sinh không bị chứng rối loạn thiếu tập trung đã sử dụng chất kích thích để học.) Tất nhiên, những can thiệp mạnh mẽ như vậy có thể không lường trước được, để lại những ảnh hưởng xấu đến não bộ — chưa nói đến khả năng tự kỷ luật bản thân của chúng ta— nhưng chúng có thể sẽ được tiên phong thực hiện trong những trường hợp cần can thiệp y khoa, khi người ta sẵn sàng chấp nhận rủi ro. Bật các hạt nhân basalis có thể giúp cho những bệnh nhân bị chấn thương não, vì vậy mà nhiều người trong số họ không thể học lại những chức năng đã đánh mất như đọc, nói, viết hoặc đi bộ vì họ không thể có sự chú ý đúng mức. 

Merzenich đã thành lập một công ty mới, tên là Posit Science, nhằm giúp mọi người bảo tồn tính dẻo của bộ não khi họ già đi và kéo dài tuổi thọ tinh thần. Ông đã sáu mươi mốt tuổi nhưng không ngần ngại gọi mình là người già. "Tôi yêu người già. Tôi luôn yêu người già. Có lẽ người tôi yêu thích là ông nội tôi, một trong ba hoặc bốn người thông minh và thú vị nhất tôi từng gặp trong đời." Ông nội của Merzenich đến Đức năm lên chín tuổi trên một trong những con thuyền cuối cùng. Ông tự học, là một kiến ​​trúc sư và một nhà thầu xây dựng. Ông sống đến bảy mươi chín tuổi, vào thời điểm tuổi thọ trung bình của mọi người là gần bốn mươi.

"Ước tính đến lúc một người 65 tuổi chết, tuổi thọ trung bình sẽ là cuối tám mươi. Chà, khi bạn tám mươi lăm tuổi, có 47% khả năng bạn sẽ mắc bệnh Alzheimer." Ông cười. "Chúng ta phải làm gì đó với tuổi thọ trí óc, để kéo dài nó ra và chuyển vào tuổi thọ của cơ thể.”

Merzenich nghĩ rằng việc chúng ta bỏ bê việc học tập chuyên sâu khi chúng ta già đi dẫn đến các hệ thống trong não điều chỉnh, sắp xếp và kiểm soát tính dẻo bị phí hoài. Để đáp lại, ông đã phát triển các bài tập não cho sự suy giảm nhận thức liên quan đến tuổi - sự suy giảm phổ biến về trí nhớ, tư duy và tốc độ xử lý.

Cách chống lại chứng suy giảm trí tuệ của Merzenich mâu thuẫn với khoa học thần kinh chính thống. Hàng chục ngàn bài báo viết về những thay đổi vật lý và hóa học xảy ra trong bộ não lão hóa, mô tả các quá trình xảy ra khi tế bào thần kinh chết đi. Có rất nhiều loại thuốc trên thị trường để ngăn chặn các quá trình này và tăng mức độ hóa chất bị sụt giảm trong não. Tuy nhiên, Merzenich cho rằng những loại thuốc trị giá hàng tỷ đồng này chỉ đem lại sự tiến bộ trong khoảng bốn đến sáu tháng.

"Và có một điều gì đó thực sự không đúng," ông nói. "Tất cả đều bỏ qua vai trò của những gì cần thiết để duy trì các kỹ năng và khả năng bình thường ... Cứ như thể các kỹ năng và khả năng của bạn có được trong não bộ khi còn trẻ, chỉ bị hủy hoại khi bộ não vật lý trở nên suy yếu.” Ông cho rằng cách tiếp cận chính thống không dựa trên sự hiểu biết đích thực về những gì cần thiết để phát triển một kỹ năng mới trong não bộ, chưa nói đến việc duy trì nó. "Hãy tưởng tượng" ông nói "rằng nếu bạn kiểm soát được nồng độ chất dẫn truyền thần kinh thích hợp... trí nhớ sẽ được khôi phục và nhận thức sẽ hữu dụng, và bạn sẽ lại bắt đầu di chuyển như một con linh dương.”

Cách tiếp cận chủ đạo không tính đến những gì cần thiết để duy trì trí nhớ sắc bén. Một lý do chính khiến mất trí nhớ xảy ra khi chúng ta già là ta gặp khó khăn khi ghi những sự kiện mới vào hệ thần kinh của mình, vì tốc độ xử lý chậm lại, do đó độ chính xác, sức mạnh và sự sắc sảo mà chúng ta ghi nhận về sự kiện sẽ giảm. Nếu bạn không thể ghi một thứ gì đó vào tâm trí rõ ràng thì bạn sẽ không thể nhớ nó được tốt. 

Hãy lấy ví dụ một trong những vấn đề phổ biến nhất của lão hóa, đó là khó tìm từ ngữ. Merzenich nghĩ rằng vấn đề này thường xảy ra vì hệ thống chú ý của bộ não và hạt nhân basalis dần dần bị sao lãng và teo đi. Mà hệ thống chú ý và hạt nhân basalis lại cần hoạt động để dẫn đến sự thay đổi tính dẻo. Sự thoái hóa này dẫn tới việc chúng ta hình dung lời nói bằng những “dấu vết ký ức mờ nhạt trong não bộ,” có nghĩa là sự hình dung các âm thanh hay từ ngữ không còn chính xác nữa vì các nơ-ron giải mã những dấu vết ký ức mờ nhạt trong não bộ này không được tổ chức một cách nhanh chóng cần thiết để gửi đi một tín hiệu mạnh mẽ sắc nét. Vì các nơ-ron diễn giải lời nói đưa ra những tín hiệu mơ hồ tới tất cả các nơ-ron bên dưới nó (“đầu vào mù mờ, đầu ra cũng mù mờ”) chúng ta cũng gặp phải vấn đề trong việc ghi nhớ, tìm kiếm và sử dụng từ ngữ. Nó tương tự như vấn đề chúng ta thấy xảy ra trong não của những đứa trẻ bị khiếm khuyết ngôn ngữ, chúng cũng có "bộ não ồn ào.

Khi bộ não của chúng ta "ồn ào", tín hiệu cho một ký ức mới không thể cạnh tranh lại với hoạt động điện nền của não, gây ra "vấn đề nhiễu oạn tín hiệu”.

Merzenich nói rằng hệ thống trở nên ồn ào hơn vì hai lý do. Đầu tiên bởi vì như mọi người đều biết, "mọi thứ đang dần dần chết đi". Nhưng "lý do chính khiến nó trở nên ồn ào hơn là nó không được luyện tập một cách thích hợp." Hạt nhân basalis, hoạt động bằng cách tiết ra acetylcholine - như chúng ta đã nói, giúp bộ não "điều chỉnh" và hình thành những ký ức sắc nét – đã bị bỏ bê hoàn toàn. Ở một người bị suy giảm nhận thức nhẹ, acetylcholine được sản xuất trong hạt nhân basalis thậm chí không thể đo được. 

“Chúng ta từng có khoảng thời gian học tập căng thẳng thời thơ ấu. Mỗi ngày ta đều học được những điều mới mẻ. Và sau đó, trong giai đoạn đầu làm việc, chúng ta tăng cường học hỏi và tiếp thu các kỹ năng và khả năng mới. Và khi chúng ta ngày càng tiến bộ trong cuộc sống, chúng ta giống như những người sử dụng thông thạo các kỹ năng và khả năng.” 

Về mặt tâm lý, tuổi trung niên thường là một khoảng thời gian thú vị bởi vì, tất cả mọi thức đều như nhau, nó có thể là một giai đoạn tương đối điềm tĩnh so với những gì đã xảy đến trước đây. Cơ thể chúng ta không thay đổi như khi còn ở tuổi thiếu niên; chúng ta có cảm nhận vững chắc hơn về bản thân mình và có kỹ năng trong một công việc. Chúng ta vẫn xem bản thân mình là người năng động, nhưng chúng ta có xu hướng tự lừa mình khi nghĩ rằng chúng ta vẫn đang học tập như trước đây. Chúng ta hiếm khi tham gia vào các nhiệm vụ mà chúng ta phải tăng cường tập trung chú ý giống như hồi còn trẻ, cố gắng học một từ vựng mới hoặc làm chủ các kỹ năng mới. Những hoạt động như đọc báo, thực hành một nghề trong nhiều năm và nói ngôn ngữ của mình chủ yếu là lặp lại những kỹ năng mà ta đã thông thạo, đó không phải là học tập. Khi ta chạm đến tuổi bảy mươi, chúng ta có thể không tham gia vào các hệ thống não bộ điều chỉnh tính dẻo dai trong năm mươi năm. 

Đó là lý do tại sao việc học một ngôn ngữ mới ở tuổi già rất tốt để cải thiện và duy trì trí nhớ nói chung. Bởi vì nó đòi hỏi sự tập trung cao độ, việc nghiên cứu một ngôn ngữ mới sẽ bật hệ thống điều khiển về tính dẻo và giữ cho nó ở trạng thái tốt để ghi lại mọi ký ức sắc nét. Không còn nghi ngờ gì nữa, Fast ForWord chịu trách nhiệm cho rất nhiều cải tiến chung về tư duy, một phần vì nó kích thích hệ thống kiểm soát tính dẻo để theo kịp việc sản xuất acetylcholine và dopamine. Bất cứ điều gì đòi hỏi sự chú ý tập trung cao độ sẽ giúp hệ thống đó— học các hoạt động thể chất mới đòi hỏi sự tập trung, giải các câu đố thách thức hoặc thay đổi công việc đòi hỏi bạn phải thành thạo các kỹ năng và tài liệu mới. Bản thân Merzenich là người ủng hộ việc học một ngôn ngữ mới khi về già. "Bạn sẽ dần dần mài giũa lại mọi thứ và điều đó sẽ rất có lợi cho bạn.” 

Điều tương tự cũng áp dụng cho sự vận động. Chỉ thực hiện các điệu nhảy mà bạn đã học cách đây nhiều năm sẽ không giúp vỏ não vận động của bạn được khỏe mạnh. Để giữ cho tâm trí sống động, đòi hỏi bạn phải học một cái gì đó thực sự mới mẻ với sự tập trung cao độ. Đó là thứ sẽ cho phép bạn vừa ghi những ký ức mới vào tâm trí và có một hệ thống có thể dễ dàng truy cập và lưu giữ những cái cũ.

Ba mươi sáu nhà khoa học tại công ty Posit Science đang làm việc trên năm lĩnh vực có xu hướng thoái hóa khi chúng ta già đi. Chìa khóa trong việc phát triển các bài tập là cung cấp cho não bộ các kích thích phù hợp, theo đúng thứ tự, với thời gian thích hợp để thúc đẩy thay đổi tính dẻo. Một phần của thách thức khoa học là tìm ra cách hiệu quả nhất để rèn luyện não bộ, bằng cách tìm các chức năng trí tuệ để đào tạo áp dụng vào cuộc sống thực. 

Merzenich nói với tôi, "Mọi thứ mà anh thấy xảy ra trong một bộ não người trẻ đều có thể xảy ra ở bộ não người già". Yêu cầu duy nhất là người đó phải có đủ phần thưởng, hoặc hình phạt, để tiếp tục chú ý vào một thứ gì đó từ đầu đến cuối, có thể là một buổi đào tạo nhàm chán. Nếu vậy, ông nói, "những thay đổi có thể tuyệt vời như những thay đổi ở trẻ sơ sinh.”

Posit Science có các bài tập để ghi nhớ các từ vựng và ngôn ngữ, sử dụng các bài tập nghe và trò chơi trên máy tính giống như Fast ForWord cho bộ nhớ thính giác được thiết kế riêng cho người lớn. Thay vì đưa cho những người với trí nhớ đang sa sút danh sách các từ vựng cần ghi nhớ, như lời khuyên của nhiều sách self-help, những bài tập này xây dựng lại khả năng xử lý âm thanh cơ bản của não, bằng cách khiến mọi người nghe những âm thanh lời nói chậm, đã được điều chỉnh. Merzenich không tin rằng bạn có thể cải thiện một trí nhớ sa sút bằng cách yêu cầu người ta làm những việc họ không thể làm.

"Chúng ta không muốn làm đi làm lại một việc vô ích bằng cách huấn luyện," ông nói. Những người trưởng thành làm các bài tập điều chỉnh lại khả năng nghe của họ theo cách mà họ chưa từng làm bao giờ kể từ khi họ còn đang nằm trong cũi, cố gắng tách giọng nói của Mẹ khỏi những tiếng ồn xung quanh. Các bài tập tăng tốc độ xử lý và làm cho các tín hiệu cơ bản mạnh hơn, sắc nét hơn và chính xác hơn, đồng thời kích thích bộ não sản xuất dopamine và acetylcholine. 

Nhiều trường đại học hiện đang thử nghiệm các bài tập về trí nhớ, sử dụng các bài kiểm tra trí nhớ được chuẩn hóa và Posit Science đã công bố nghiên cứu kiểm soát đầu tiên trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, Hoa Kỳ. Những người lớn trong độ tuổi sáu mươi đến tám mươi bảy được đào tạo về chương trình trí nhớ thính giác một giờ mỗi ngày, năm ngày một tuần, trong tám đến mười tuần - tổng cộng bốn mươi đến năm mươi giờ tập luyện. Trước khi được huấn luyện, chức năng trí nhớ của các đối tượng về trung bình hoạt động như những người bảy mươi tuổi điển hình theo các bài kiểm tra trí nhớ tiêu chuẩn. Sau huấn luyện, họ hoạt động như những người ở độ tuổi 40 đến 60. Do đó, nhiều người đã quay ngược đồng hồ bộ nhớ của họ từ mười năm trở lên và một số cá nhân đã quay ngược lại khoảng hai mươi lăm năm. Những sự cải thiện này được theo dõi trong ba tháng. Một nhóm tại Đại học California tại Berkeley, do William Jagust dẫn đầu, đã thực hiện chụp cắt lớp PET “trước” và “sau khi” những người đã trải qua huấn luyện và phát hiện thấy bộ não của họ không có các dấu hiệu của “suy giảm trao đổi chất”- các tế bào thần kinh dần trở nên kém hoạt động- thường gặp ở những người ở độ tuổi của họ. Nghiên cứu cũng so sánh các đối tượng bảy mươi mốt tuổi sử dụng chương trình bộ nhớ thính giác với những người cùng tuổi dành thời gian đọc báo, nghe audiobook hoặc chơi game trên máy tính. Những người không sử dụng chương trình bộ nhớ thính giác có dấu hiệu tiếp tục “suy giảm trao đổi chất” ở thùy trán của họ, trong khi những người sử dụng chương trình này thì không. Thay vào đó, những người sử dụng chương trình cho thấy hoạt động trao đổi chất tăng lên ở thùy phải của họ và ở một số vùng não khác, tương quan với thành tích của họ trong các bài kiểm tra trí nhớ và chú ý tốt hơn. Những nghiên cứu này cho thấy các bài tập não không chỉ làm chậm sự suy giảm nhận thức liên quan đến tuổi tác mà còn có thể cải thiện chức năng trí tuệ. Và hãy nhớ rằng những thay đổi này đã được nhìn thấy chỉ với bốn mươi đến năm mươi giờ tập thể dục não; có thể khi tập luyện nhiều hơn thì có thể đem lại sự thay đổi to lớn hơn. 

Merzenich nói rằng họ đã có thể quay ngược đồng hồ chức năng nhận thức của con người để làm cho trí nhớ, khả năng giải quyết vấn đề và kỹ năng ngôn ngữ của họ trở nên trẻ trung hơn một lần nữa. "Chúng tôi mang đến cho mọi người những khả năng như một người trẻ tuổi--đảo ngược lại 20 hoặc 30 năm. Một người tám mươi tuổi đang hoạt động giống như họ 50 hoặc 60 tuổi," Những bài tập này hiện đã có sẵn trong ba mươi cộng đồng độc lập và cho các cá nhân thông qua trang web Posit Science.  

Posit Science cũng đang làm việc với quá trình xử lý thị giác. Khi chúng ta già đi, chúng ta không nhìn thấy rõ ràng, không chỉ vì đôi mắt chúng ta bị yếu mà vì các bộ xử lý thị giác trong não suy yếu. Người cao tuổi dễ bị phân tâm hơn và dễ bị mất kiểm soát đối với "sự chú ý trực quan" của họ. Posit Science đang phát triển các bài tập trên máy tính để giúp mọi người thực hiện nhiệm vụ và tăng tốc quá trình xử lý hình ảnh bằng cách yêu cầu các đối tượng tìm kiếm các đối tượng khác nhau trên màn hình máy tính. 

Có những bài tập dành cho thùy trán nhằm hỗ trợ "các chức năng điều hành" của chúng ta, chẳng hạn như tập trung vào các mục tiêu và đưa ra quyết định. Những bài tập này cũng được thiết kế để giúp mọi người phân loại mọi thứ, làm theo các hướng dẫn phức tạp và tăng cường trí nhớ liên kết, đặt mọi người, địa điểm và mọi thứ vào bối cảnh. Posit Science cũng làm việc với sự kiểm soát vận động tinh. Khi chúng ta già đi, nhiều người trong chúng ta từ bỏ những việc như vẽ tranh, đan lát, chơi nhạc cụ hoặc làm đồ gỗ vì chúng ta không thể kiểm soát tốt các vận động tinh ở tay (ND: vận động tinh là khả năng điều khiển bàn tay và ngón tay). Những bài tập này hiện đang được phát triển, sẽ làm cho các bản đồ tay đang mất dần trong não bộ trở nên chính xác hơn.

Cuối cùng, họ đang nghiên cứu về cách “kiểm soát vận động thô”, một chức năng bị suy thoái khi chúng ta già đi, dẫn đến việc mất thăng bằng, hay bị té ngã, và những khó khăn trong vận động, đi lại. Bên cạnh sự hỏng hóc của bộ máy tiền đình, sự suy thoái này là do sự giảm phản hồi cảm giác từ bàn chân của chúng ta. Theo Merzenich, những đôi giày, được mang trong nhiều thập kỷ, đã hạn chế phản hồi cảm giác từ bàn chân lên bộ não của chúng ta. Nếu chúng ta đi chân trần, bộ não của chúng ta sẽ nhận được nhiều loại (thông tin) đầu vào khác nhau khi chúng ta đi trên các bề mặt không bằng phẳng. Giày là một nền tảng tương đối bằng phẳng, phân tán các kích thích, và các bề mặt chúng ta đi lại ngày càng mang tính nhân tạo và hoàn toàn bằng phẳng. Điều này dẫn đến việc không phân hóa được các bản đồ não cho lòng bàn chân chúng ta và hạn chế cách sự tiếp xúc với mặt đất điều khiển bàn chân của ta. Sau đó chúng ta có thể bắt đầu dùng gậy, khung tập hoặc nạng, hoặc dựa vào những giác quan khác để đứng vững. Bằng cách dùng đến những công cụ bù trừ này thay vì luyện tập các hệ thống não đang suy yếu của chúng ta, ta đang đẩy nhanh tốc độ suy thoái của chúng. 

Khi chúng ta già đi, chúng ta muốn nhìn xuống bàn chân của mình trong khi bước xuống cầu thang hoặc khi đi trên địa hình hơi gập ghềnh, vì chúng ta không nhận được nhiều thông tin từ bàn chân của mình. Khi Merzenich dìu mẹ vợ của ông đi xuống cầu thang của căn biệt thự, ông cố thuyết phục bà đừng nhìn xuống chân và bắt đầu cảm nhận theo cách của mình, nhờ vậy bà sẽ duy trì và phát triển bản đồ cảm giác cho bàn chân của bà, thay vì để nó bị suy yếu. 

Đã dành nhiều năm để mở rộng bản đồ não, Merzenich hiện giờ tin rằng sẽ có những lúc bạn muốn thu nhỏ chúng. Ông đang nghiên cứu để phát triển một cục tẩy tinh thần có thể loại bỏ một bản đồ não có vấn đề. Kỹ thuật này có thể được sử dụng rất nhiều cho những người có hồi ức sau sang chấn tâm lý, tái phát những suy nghĩ ám ảnh, nỗi sợ hãi hoặc các liên tưởng tâm thần có vấn đề.

Merzenich tiếp tục thách thức quan điểm cho rằng chúng ta bị mắc kẹt với bộ não ta có ngay từ khi được sinh ra. Bộ não của Merzenich được cấu trúc bởi sự hợp tác không ngừng của nó với thế giới, và không chỉ có những phần não được tiếp xúc nhiều nhất với thế giới, chẳng hạn như các giác quan của chúng ta, được định hình bởi trải nghiệm. Sự thay đổi tính dẻo được gây ra bởi trải nghiệm của chúng ta, đi sâu vào bộ não và cuối cùng là vào tận gen của chúng ta, uốn nắn lại chúng— một chủ đề mà chúng ta sẽ quay trở lại.

Biệt thự theo phong cách Địa Trung Hải này là nơi ông dành rất nhiều thời gian ngồi giữa những ngọn núi thấp. Ông ấy vừa trồng vườn nho của mình, và chúng tôi đi dạo qua đó. Vào buổi tối, chúng tôi nói về những năm đầu học triết học của ông ấy, trong khi bốn thế hệ của gia đình ông đang trêu đùa nhau và phá lên cười. Trên chiếc ghế dài là đứa cháu nhỏ tuổi nhất của Merzenich, mới vài tháng tuổi và ở giữa nhiều giai đoạn quan trọng. Cô bé làm cho tất cả mọi người xung quanh hạnh phúc vì bé là một khán giả tốt, bạn có thể thủ thỉ nựng cô bé, và cô bé sẽ hồi hộp lắng nghe. Bạn cù lét ngón chân của bé, và cô bé sẽ nhìn chăm chú. Khi cô bé nhìn quanh phòng, cô bé đang tiếp nhận nhận tất cả mọi thứ.

 

(hết chương 3)

menu
menu