Công trình được công bố trên tạp chí Science, do nhóm nghiên cứu tại Đại học Jerusalem phối hợp với các nhà khoa học tại Munich thực hiện. Nghiên cứu xác nhận mô hình “feedforward” do hai nhà khoa học đoạt giải Nobel David Hubel và Torsten Wiesel đề xuất từ năm 1962.
Theo mô hình này, thị giác bắt đầu từ việc ánh sáng được võng mạc chuyển thành tín hiệu điện hay còn gọi là “ngôn ngữ” của não bộ. Các tín hiệu này sau đó đi qua đồi thị trước khi tới vỏ não thị giác, nơi chúng được xử lý thành hình ảnh hoàn chỉnh. Tuy nhiên, trong nhiều thập kỷ, giới khoa học chưa thể chứng minh trực tiếp cách mà các tín hiệu đơn giản như điểm sáng có thể được tổng hợp thành các đặc trưng phức tạp như đường nét, hình dạng và không gian.
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ tiên tiến, bao gồm kính hiển vi hai photon và protein phát sáng nhạy với chất dẫn truyền thần kinh glutamate, cho phép theo dõi hoạt động của các khớp thần kinh trong não sống theo thời gian thực. Nhờ đó, họ có thể lập bản đồ gần như toàn bộ các tín hiệu đầu vào của một tế bào thần kinh đơn lẻ trong vỏ não thị giác - điều trước đây chưa từng thực hiện được.
Kết quả cho thấy các tế bào thần kinh trong vỏ não có khả năng tổng hợp tín hiệu từ nhiều tế bào khác nhau, mỗi tế bào phản ứng với các điểm sáng riêng lẻ, để hình thành nhận thức về đường nét có định hướng. Cách sắp xếp không gian của các tín hiệu này trùng khớp với dự đoán của Hubel và Wiesel, qua đó xác nhận cơ chế não bộ “xây dựng” hình ảnh từ các yếu tố cơ bản.
Nghiên cứu cũng chỉ ra sự khác biệt giữa các tín hiệu đến từ đồi thị và các kết nối trong vỏ não, góp phần làm rõ cách não bộ xử lý thông tin và thích nghi với môi trường.
Các nhà khoa học đánh giá phát hiện này không chỉ giải đáp một câu hỏi tồn tại hơn 60 năm mà còn mở ra phương pháp mới để nghiên cứu hoạt động của não bộ ở cấp độ chi tiết chưa từng có. Trong dài hạn, việc hiểu rõ cơ chế này có thể hỗ trợ nghiên cứu và điều trị các bệnh lý thần kinh như Alzheimer, Parkinson cũng như các rối loạn tâm thần.
Giới chuyên gia nhận định đây là một bước tiến quan trọng trong nỗ lực giải mã cách não bộ chuyển đổi tín hiệu vật lý thành nhận thức - một trong những thách thức lớn nhất của khoa học hiện đại.