Sử dụng bản đồ não bộ ở các bệnh nhân sắp được tiến hành phẫu thuật vì chứng động kinh, các nhà nghiên cứu tại Bệnh viện Nhi Boston lần đầu tiên đã chứng minh được rằng ngay ở giai đoạn xử lý ban đầu, não bộ có thể nhanh chóng nhận ra các vật thể dưới các điều kiện khác nhau.

Các thông tin về hình ảnh truyền từ võng mạc mắt, qua hệ thống các vùng xử lý hình ảnh trong não bộ, rồi cuối cùng đến thùy thái dương. Thùy thái dương, phần chịu trách nhiệm cuối cùng về khả năng nhận biết và nhận thức hình ảnh, cũng truyền tín hiệu trở lại cho các vùng xử lý trước đó. Sự trao đổi này củng cố thêm quá trình nhận thức hình ảnh.

Tiến sĩ Gabriel Kreiman ở Khoa Mắt, Bệnh viện Nhi Boston, cho biết: “Điều chưa hoàn toàn rõ ở đây là mức độ đóng góp của các tín hiệu truyền đến hay tín hiệu phản hồi. Một số nhà khoa học nghĩ rằng nếu bạn không nhận được tín hiệu phản hồi, bạn sẽ không có hình ảnh. Nhưng bản đồ não bộ của các bệnh nhân trên lại chỉ ra rằng làn sóng tín hiệu truyền đến có thể nhanh chóng đem lại những ấn tượng mạnh ban đầu”. Ông cho biết thêm, mặc dù tín hiệu phản hồi từ các vùng não cao hơn có thể xuất hiện muộn hơn và thường quan trọng, nhưng quá trình xử lý hình ảnh nhanh lại có lợi trong những tình huống nguy cấp, chẳng hạn như khi phải đối diện với mãnh thú.

Các nghiên cứu được tiến hành ở người trước đây đều dựa vào kiểm tra  không can thiệp não, tức là không dùng đến phương pháp đặt các điện cực trên đầu hay sử dụng các kỹ thuật chụp hình ảnh, nên thu được hoạt động của não qua từng khoảng thời gian vài giây một - chậm đáng kể so với tốc độ xử lý thực tế của não. Hơn nữa, những kỹ thuật này chỉ thu thập được dữ liệu từ những vùng não chung chung. Với việc đặt các điện cực trực tiếp lên não, các nhà nghiên cứu ở Bệnh viện Nhi đã có thể thu được dữ liệu ở những thời điểm chính xác - nhận tín hiệu từng 1/10 giây sau khi xuất hiện hình ảnh - và giám sát được hoạt động của não ở từng vùng đặc thù cụ thể.

TS. Kreiman đã hợp tác với đồng nghiệp, nhà giải phẫu thần kinh Josepth Madsen, người từng lập bản đồ não bộ của các bệnh nhân mắc chứng động kinh, một thủ tục đảm bảo rằng ca phẫu thuật loại bỏ các mô não hỏng sẽ không làm thương tổn các chức năng thiết yếu của não. Nhóm này đã cấy 911 điện cực vào trong não của 11 thanh thiếu niên mắc chứng động kinh (mỗi bệnh nhân từ 48-126 điện cực) ở các vùng mà người ta cho là nơi bắt đầu của các cơn động kinh. Trong khi điện cực ghi lại các hoạt động của não, các bệnh nhân được cho xem một loạt hình ảnh với các kích cỡ và góc quay khác nhau của 5 lĩnh vực - động vật, ghế, khuôn mặt người, trái cây và xe cộ.

Những ghi lại cho thấy các vùng hình ảnh nhất định trên vỏ não sẽ nhận ra từng nhóm vật thể nhất định, phản ứng này mạnh và nhất quán tới mức các nhà nghiên cứu có thể sử dụng thuật toán để xác định xem bệnh nhân đang nhìn thấy gì chỉ bằng cách kiểm tra mẫu các phản ứng thần kinh của họ. Hơn nữa, các phản ứng này xảy ra không liên quan tới quy mô hay góc quay của vật thể. Và sự nhận ra rõ ràng trong vòng chưa đến 1/10 giây, quá nhanh để thông tin đi từ vùng não hình ảnh tới thùy thái dương và ngược lại.

Nhóm này hiện đang mở rộng nghiên cứu với việc cho các bệnh nhân xem phim - giống hơn với cách chúng ta nhìn thấy hình ảnh trong đời thực. Vì mỗi bệnh nhân được phép chọn một bộ phim yêu thích, nên họ phải phân tích nội dung hình ảnh của từng khung hình, rồi sau đó liên kết những dữ liệu đó với các hoạt động của não bệnh nhân.

Tại sao lại phải nghiên cứu quá trình xử lý hình ảnh theo cách này? TS. Kreiman mường tượng việc sử dụng những thuật toán hình ảnh phát hiện ở người để “dạy” cho máy tính biết cách nhìn như con người, từ đó chúng có thể giúp ích trong các ứng dụng thực tế như chỉ ra kẻ khủng bố trên máy bay, giúp người lái xe tránh va chạm với những người đi bộ khó quan sát thấy trên đường, hoặc phân tích hàng trăm mẫu khối u để tìm ra khối u ác tính.

Phương Vân(Theo Neuron, Science Daily)