Khả biến thần kinh
Lịch sử khởi đầu > Các nghiên cứu và khám phá

Năm 1923, Karl Lashley tiến hành các thí nghiệm trên khỉ rhesus để chứng minh những thay đổi trong đường dẫn thần kinh, để rồi sau đó ông đưa ra kết luận như là bằng chứng có thể giải thích được cho tính mềm dẻo. Mặc dù vậy, đại đa số các nhà khoa học thần kinh vẫn không chấp nhận hiện tượng khả biến của thần kinh này, dù cho đã diễn ra các cuộc nghiên cứu khác trong nỗ lực làm sáng tỏ nó. Năm 1945, Justo Gonzalo từ cuộc nghiên cứu của riêng mình về động lực học của não, đã kết luận rằng trái ngược với hoạt động của các diện chiếu cảm giác, khối vỏ não vị trí "trung tâm" (cách đều với khoảng cách không đáng kể so với các diện chiếu thị giác, xúc giác và thính giác) không ngoài khác chính là "khối vỏ não linh hoạt" không đặc hiệu và liên hợp đa giác quan, "linh hoạt" nghĩa là chúng mang khả năng tăng cường tính hưng phấn thần kinh và tổ chức lại mọi dạng hoạt động dưới quy mô của nơron nhờ đặc tính mềm dẻo thần kinh. Ông bắt đầu đưa ra bằng chứng đầu tiên về sự thích biến của nơron, để tìm ra mối tương đồng khách quan phù hợp với thí nghiệm "chiếc kính đảo ngược thế giới" của Stratton, và đặc biệt hơn trong một số trường hợp chấn thương não do nguyên nhân trực tiếp, trong đó ông quan sát thấy các đặc tính động lực học và thích nghi hóa nơron trong các rối loạn như thế, tiêu biểu là ở trạng thái đảo ngược rối loạn tri giác [ví dụ xem thêm trang 62-260 Tập I (1945), trang 696 Tập II (1950)]. Ông tuyên bố rằng tín hiệu cảm giác trong diện chiếu sẽ là đường tín hiệu đảo ngược và bị giới hạn trong phạm vi nhất định một khi có tổn thương xảy ra, do sự gia tăng khối lượng não bộ khi có sự phục hồi nơron diễn ra sẽ làm khuếch đại các dòng tín hiệu, sau đó dẫn đến tái thiết lập các cấu trúc và chức năng trở về như trước kia do một số hiệu ứng dẻo hóa của não, điều này được cho là chiếm ưu thế vượt trội ở các khu vực trung tâm hơn đồng thời mang khuynh hướng tăng trưởng và phát triển theo hình xoắn ốc, nghĩa là chúng (các nơron) ngày càng được hoàn thiện về phương diện hình thể cũng như là các chức năng sinh học ở mức độ cơ bản của nó.
Marian Diamond, là nhà khoa học kiêm giáo sư chuyên ngành giải phẫu học làm việc tại Đại học California thuộc thành phố Berkeley. Vào năm 1964, bà đã công bố nghiên cứu của mình cho thế giới khoa học; đưa ra bằng chứng khoa học đầu tiên về tính mềm dẻo của não dựa trên khía cạnh giải phẫu học. Các bằng chứng quan trọng khác cũng đã được đưa ra bắt đầu từ những năm 1960 trở về sau, đặc biệt là phải kể đến các nhà khoa học bao gồm như là Paul Bach-y-Rita, Michael Merzenich cùng với Jon Kaas, và cũng như một số người khác nữa. Vào những năm 1960, Paul Bach-y-Rita đã phát minh ra một thiết bị được thử nghiệm trên số ít người, với tư thế đang ngồi trên ghế, trong đó có gắn loạt bộ phận cơ bản cảm biến rung mục đích là để "dịch" các thông tin cảm quan nhận được từ môi trường xung quanh, tín hiệu đi từ xúc giác qua da và được chuyển đổi hóa hay mã hóa thành tín hiệu thị giác hiển thị dưới dạng camera của thiết bị đó, và cho phép hiện thực hóa các đáp ứng thị giác thông qua khả năng thay thế cảm giác, chứng minh một điều đó là các nơron không cứng nhắc và nguyên tắc; chúng hỗ trợ và tương tác lẫn nhau đồng thời sở hữu khả năng thích nghi đối với các tác động đến từ ngoại sinh, bảo tồn các chức năng của hệ thống nơron một cách bền vững và tốt nhất. Paul Bach-y-Rita từ thí nghiệm của mình đã đúc kết ra câu nói: "Chúng ta nhìn thế giới bằng não, chứ không phải bằng mắt".:26 Các nghiên cứu ở những người đang trong giai đoạn hồi phục sau tổn thương đột quỵ cũng cung cấp các bằng chứng cho tính mềm dẻo thần kinh, khi các vùng còn lại vẫn khỏe mạnh của não thì đôi khi chúng có thể giành lấy các chức năng đặc hiệu cục bộ hoặc toàn phần ở những nơron vốn đã bị phá hủy; và điều này đã được Shepherd Ivory Franz ra sức nỗ lực nghiên cứu nhằm tìm hiểu khả năng thay thế chức năng này của não bộ. Eleanor Maguire đã tiến hành ghi lại những thay đổi trong cấu trúc hồi hải mã dưới cấp độ thần kinh ở các tài xế taxi, khi họ đã thông thạo kiến thức về lộ trình với mức độ toàn diện cũng như là biết các tuyến đường ở thủ đô Luân Đôn của nước Anh được bố trí và sắp đặt như thế nào. Và kết quả cho thấy là có sự phân phối lại chất xám trong hệ thần kinh ở những người lái xe taxi ở London so với nhóm đối chứng. Công trình nghiên cứu về tính mềm dẻo của hồi hải mã này không chỉ thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học, mà còn thu hút sự quan tâm của công chúng và giới truyền thông trên toàn thế giới.
Michael Merzenich là một nhà khoa học thần kinh, ông là một trong những người tiên phong nghiên cứu về khía cạnh tính mềm dẻo thần kinh trong hơn ba thập kỷ. Ông đã đưa ra một số "tuyên bố đầy tham vọng nhất đối với lĩnh vực này – rằng là các bài tập trí não có thể hữu ích chúng giúp phục hồi lại các cấu trúc nơron sánh ngang với các loại thuốc điều trị các bệnh lý thần kinh nặng chẳng hạn như là tâm thần phân liệt – rằng là tính mềm dẻo tồn tại từ khi còn nhỏ cho đến khi con người ta chết đi, và những cải thiện mang tính triệt để của nó trong chức năng nhận thức – bao gồm mọi phương thức chúng ta học, suy nghĩ, tư duy, khả năng nắm bắt và lĩnh hội, ghi nhớ, tất cả đều khả thi ngay cả ở người cao tuổi".:52 Công việc nghiên cứu của Merzenich bị ảnh hưởng bởi một khám phá quan trọng được rút ra từ các thí nghiệm của David Hubel và Torsten Wiesel với mèo con. Thí nghiệm bao gồm khâu nhắm một bên mắt và ghi lại hoạt động điện bản đồ vỏ não. Hubel và Wiesel thấy rằng phần não của mèo con liên quan đến các nơron của bên mắt nhắm không có diễn ra bất cứ một hoạt động điện thế nào như dự đoán. Thay vào đó là não bộ nó xử lý thông tin mang ý nghĩa hình ảnh đến từ mắt mở. Đó là "… như thể bộ não không muốn lãng phí bất kỳ 'bất động sản vỏ não' nào và chúng luôn cố gắng tìm ra cách để tái kết nối và móc nối các nơron cho bằng được nhằm tối ưu hóa khả năng dẫn truyền thông tin".:56
Điều này có thể mang ngụ ý rằng tính khả biến thần kinh chỉ xuất hiện trong giai đoạn quan trọng (giai đoạn phát triển tâm sinh lý, lúc đó hệ thần kinh đặc biệt rất nhạy đối với mọi kích thích từ môi trường). Điều đáng chú ý về vỏ não trong giai đoạn quan trọng là tính khả biến với mức độ đáng kinh ngạc của nó cho phép các thay đổi cấu trúc diễn ra bằng cách 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 rất dễ dàng, chỉ đơn giản bằng cách nghe cha mẹ nói; sự tiếp xúc đơn thuần này làm cho bản đồ não bộ của chúng thay đổi. Sau giai đoạn quan trọng, trẻ lớn hơn và người trưởng thành dĩ nhiên có thể học ngôn ngữ mới, nhưng họ thực sự phải nỗ lực để mang chúng vào bộ nhớ của mình. Và như vậy theo Merzenich, trong giai đoạn quan trọng thứ tư duy trừu tượng đó, tức ám chỉ bộ não thứ được mệnh danh là "cỗ máy không ngừng học hỏi liên tục hoạt động", có thể thay đổi chỉ đơn giản bằng cách tiếp xúc với thế giới. Tuy nhiên, Merzenich cho rằng sự mềm dẻo thần kinh có thể xảy ra vượt ngoài giai đoạn quan trọng. Bằng chứng đầu tiên về tính mềm dẻo xảy ra ở não bộ giai đoạn trưởng thành được phát hiện khi ông tham gia vào dự án nghiên cứu sau tiến sĩ cùng với cộng sự Clinton Woosley. Thí nghiệm dựa trên quan sát điều gì sẽ xảy ra bên trong não khi mà một dây thần kinh ngoại biên bị cắt và tiến trình tái sinh nơron diễn ra sau đó. Hai nhà khoa học đã thực hiện quét bản đồ thuộc trung khu bàn tay của não khỉ trước và sau khi cắt một dây thần kinh ngoại biên, cắt xong có khâu các đầu dây đứt lại với nhau. Sau đó thật đáng ngạc nhiên khi mà bản đồ trung khu bàn tay trong não tưởng chừng như nó sẽ lộn xộn trong tổ chức và biến đổi trong hệ thống, thì kết quả mà họ quan sát gần như bình thường khi không có một chút biến đổi nào cả. Đây quả là một bước ngoặt lớn mang tính đột phá. Merzenich khẳng định rằng: "Nếu bản đồ não có thể bình thường hóa cấu trúc của nó ngay cả khi đã đáp ứng với tín hiệu đầu vào bất thường, thì quan điểm phổ biến một cách ngờ nghệch rằng là chúng ta được sinh ra với một hệ thống thần kinh và với các nơron cứng nhắc và khuôn phép hóa không gì khác hơn đó là hai chữ "sai lầm". Nói cách khác, bộ não phải dẻo, phải linh động, phải ứng biến".:59 Năm 2016 Merzenich đã nhận được Giải thưởng Kavli về lĩnh vực khoa học thần kinh "vì đã khám phá ra các cơ chế diễn giải khả năng tái tạo lại chức năng não thông qua các hoạt động sinh hóa lý hóa thần kinh".