Phối hợp của tế bào thần kinh trong bộ não là mô hình tốt cho các công ty

Công trình của Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ, Đại học Sydney Brandon Robert Munn được công bố trên tạp chí Cell đã giải mã bí ẩn này. Công trình tiết lộ cách các tế bào thần kinh vốn chịu trách nhiệm về ký ức thời thơ ấu, suy nghĩ và cảm xúc của bạn… phối hợp hoạt động của chúng.

Giống như một công nhân trong một doanh nghiệp năng suất cao, cân bằng các kỹ năng cá nhân với làm việc nhóm là chìa khóa thành công, nhưng làm thế nào để bạn đạt được sự cân bằng?

Hóa ra, bí mật của bộ não lại đơn giản đến ngạc nhiên: dành không quá một nửa (nhưng không dưới 40%) nỗ lực của mỗi tế bào cho các nhiệm vụ riêng lẻ. Phần nỗ lực còn lại sẽ đi về đâu? Hướng tới làm việc nhóm có thể mở rộng quy mô.

Và đây là điều thú vị: nhóm của Robert Munn đã tìm thấy cùng một cấu trúc tổ chức chính xác trên khắp bộ não của năm loài - từ ruồi giấm và giun tròn đến cá ngựa vằn, chuột và khỉ.

Các loài này đến từ các nhánh khác nhau của cây sự sống, cách nhau hơn một tỉ năm tiến hóa. Điều đó cho thấy chúng ta có thể đã khám phá ra một nguyên tắc cơ bản để xử lý thông tin tối ưu. Nó cũng là bài học sâu sắc cho bất kỳ hệ thống phức tạp nào ngày nay.

Điểm trung gian quan trọng

Khám phá của nhóm Robert Munn giải quyết một cuộc tranh luận lâu đời về não bộ: các tế bào thần kinh hoạt động như những ngôi sao (mỗi tế bào đều chuyên môn hóa cao) hay chúng ưu tiên làm việc nhóm (đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động ngay cả khi một số yếu tố bị ảnh hưởng)?

Trả lời câu hỏi này là một thách thức. Cho đến gần đây, các công cụ khoa học thần kinh chỉ giới hạn ở việc ghi lại hoạt động của một vài tế bào hoặc của hàng triệu tế bào. Giống như cố gắng hiểu một công ty lớn bằng cách phỏng vấn một số ít nhân viên hoặc chỉ nhận được bản tóm tắt của các phòng ban cấp cao, điểm trung gian quan trọng lại bị thiếu.

Tuy nhiên, với những tiến bộ trong công nghệ chụp ảnh canxi, hiện nay chúng ta có thể ghi lại tín hiệu từ hàng chục nghìn tế bào cùng một lúc. Chụp ảnh canxi là một phương pháp cho phép chúng ta theo dõi hoạt động của tế bào thần kinh theo thời gian thực bằng cách sử dụng các cảm biến huỳnh quang phát sáng theo mức canxi trong tế bào.

Áp dụng những hiểu biết từ quá trình đào tạo vật lý của Robert Munn để phân tích các tập dữ liệu quy mô lớn, nhóm của ông thấy rằng hoạt động của não diễn ra theo một hệ thống phân cấp fractal. Trong đó, các tế bào làm việc cùng nhau để xây dựng các mạng lưới lớn hơn. Cấu trúc này đã trả lời cho cuộc tranh luận: não thực sự làm cả hai.

Nó cân bằng giữa việc hoạt động riêng lẻ và phối hợp, đồng thời thực hiện điều đó theo một cách thông minh. Khoảng một nửa nỗ lực dành cho hiệu suất "cá nhân" khi các tế bào thần kinh hợp tác trong các mạng lưới ngày càng lớn hơn.

Não có thể nhanh chóng thích nghi với sự thay đổi

Để kiểm tra xem cấu trúc của não có những lợi thế độc đáo hay không, nhóm đã chạy các mô phỏng tính toán, cho thấy hệ thống phân cấp fractal này tối ưu hóa luồng thông tin qua não.

Nó cho phép não thực hiện một điều quan trọng: thích nghi với sự thay đổi. Nó đảm bảo não hoạt động hiệu quả, hoàn thành các nhiệm vụ với nguồn lực tối thiểu trong khi vẫn duy trì khả năng ứng phó bằng cách duy trì chức năng ngay cả khi các tế bào thần kinh hoạt động không bình thường.

Điều đó giúp cho bạn dù đang điều hướng địa hình xa lạ hay phản ứng với một mối đe dọa đột ngột, não của bạn vẫn xử lý và hành động nhanh chóng đối với thông tin mới. Các tế bào thần kinh liên tục điều chỉnh sự phối hợp của chúng, giúp não đủ ổn định để suy nghĩ sâu sắc, nhưng vẫn đủ nhanh nhẹn để ứng phó với những thách thức mới.

Tổ chức đa thang đo mà nhóm tìm thấy cho phép các chiến lược khác nhau – hay "mã thần kinh" – hoạt động ở các thang đo khác nhau. Nhóm của Robert Munn đưa ra ví dụ chuyển động của cá ngựa vằn phụ thuộc vào nhiều tế bào thần kinh hoạt động đồng bộ. Thiết kế hữu cơ này đảm bảo quá trình bơi diễn ra suôn sẻ, ngay cả trong môi trường thay đổi nhanh.

Ngược lại, thị lực của chuột thích ứng ở thang đo tế bào, cho phép đạt được độ chính xác cần thiết để trích xuất các chi tiết nhỏ từ ngoại cảnh. Ở đây, nếu một vài tế bào thần kinh bỏ lỡ các thông tin quan trọng, toàn bộ nhận thức có thể thay đổi – giống như khi một ảo ảnh quang học đánh lừa não bạn.

Phát hiện của Robert Munn và đồng nghiệp cho thấy sự phối hợp fractal của hoạt động của tế bào thần kinh này diễn ra trong một khoảng thời gian tiến hóa dài: từ động vật có xương sống, tổ tiên chung cuối cùng của chúng sống cách đây 450 triệu năm, đến động vật không xương sống, có tổ tiên chung với chúng ta cách đây một tỉ năm.

Điều này cho thấy não đã tiến hóa để cân bằng hiệu quả với khả năng ứng phó, cho phép xử lý thông tin được tối ưu hóa và khả năng thích ứng với các yêu cầu hành vi mới. Sự bền bỉ trong quá trình tiến hóa gợi ý rằng chúng ta đã khám phá ra một nguyên tắc thiết kế cơ bản.

Ý nghĩa ngoài sinh học

Đây là thời điểm thú vị, khi vật lý và khoa học thần kinh tiếp tục tương tác để khám phá ra các quy luật phổ quát của não bộ. Đây là quy luật được tạo ra trong hàng triệu năm của quá trình chọn lọc tự nhiên. Sẽ cần có các nghiên cứu trong tương lai để xem những nguyên tắc này có thể phát huy tác dụng như thế nào trong não người.

Phát hiện của Robert Munn và đồng nghiệp cũng gợi ý về một điều gì đó lớn hơn: quy tắc đơn giản này về sự tập trung của cá nhân và làm việc nhóm có thể mở rộng quy mô có thể không chỉ là giải pháp cho não bộ.

Khi các yếu tố được tổ chức thành các mạng lưới phân tầng, các nguồn lực có thể được chia sẻ hiệu quả và hệ thống trở nên mạnh mẽ trước sự gián đoạn.

Các doanh nghiệp tốt nhất hoạt động theo cùng một cách — khi một thách thức mới phát sinh, các cá nhân có thể phản ứng mà không cần chờ đợi hướng dẫn từ người quản lý của họ, cho phép họ giải quyết vấn đề trong khi vẫn được tổ chức hỗ trợ nhanh chóng. Có thể đây là nguyên tắc chung để đạt được khả năng ứng phó và hiệu quả trong các hệ thống phức tạp.