Quả là một sự ngạo mạn khi nói đến trí thông minh con người sẽ nghĩ ngay đến bộ não của chính mình. Trí tuệ nhân tạo của những cỗ máy tính, suy cho cùng, cũng chỉ là một sản phẩm mô phỏng cách hoạt động của não bộ.
Và ngay cả khi con người công nhận một con tinh tinh hay một con chó có trí khôn, họ cũng cho rằng bộ não của chúng sẽ không bao giờ có thể vượt qua được chính mình - một khối mô xốp mềm nặng 1,3 kg bên trong hộp sọ, chứa 86 tỷ tế bào thần kinh và mỗi tế bào đang liên kết với hơn 10.000 tế bào xung quanh.
Nói tóm lại, trí tuệ được mặc định gắn liền với bộ não và các sinh vật có bộ não càng lớn, càng phức tạp thì sẽ càng thông minh hơn.
Nhưng liệu có một dạng trí thông minh nào tồn tại bên ngoài các bộ não và cả phiên bản điện tử của chúng hay không? Nói cách khác, đó là một sinh vật thông minh mà không có não bộ, hay bất cứ tế bào thần kinh nào?
Câu trả lời của các nhà khoa học là: Có! Và đôi khi bạn có thể tìm thấy chúng ngay phía sau khu vườn nhà mình.
Tìm kiếm một sinh vật thông minh không có não bộ
Nếu có cơ hội bước vào một khu rừng hay một khu vườn rậm rạp, bạn hãy chịu khó để ý kỹ những góc tối ẩm ướt của nó. Phía dưới những thân cây chết hay củi mục, nếu may mắn bạn sẽ bắt gặp Physarum polycephalum, một loài nấm nhầy màu vàng đang vươn những xúc tu của nó ra bốn phía xung quanh.
Gọi là nấm nhưng P. polycephalum thực chất không phải nấm. Nó là một con trùng biến hình amip thuộc vương quốc sinh vật nguyên sinh - những sinh vật không phải động vật, không phải thực vật mà cũng chẳng phải nấm.
Mặc dù bạn thấy nó có vẻ rất to, nhưng P. polycephalum thực chất chỉ có một tế bào duy nhất. Ban đầu, thứ sinh vật này được chia tách thành nhiều tế bào riêng lẻ, mỗi tế bào có một nhân. Nhưng sau đó, các tế bào sẽ hợp nhất lại với nhau để tạo thành plasmodium, một giai đoạn sống thực vật trong đó P. polycephalum kiếm ăn và phát triển.
Nó vươn những xúc tu, hay đúng hơn là những tĩnh mạch của mình ra tứ phía để kiếm thức ăn và khám phá môi trường xung quanh. Khi các tế bào hợp nhất, nhân của chúng không biến mất mà sẽ cùng nhau bơi bên trong đám tế bào chất có màu vàng sáng.
P. polycephalum vì thế là một sinh vật đơn bào, nhưng là một siêu tế bào chứa hàng triệu nhân. Giống với các sinh vật nguyên sinh khác, tế bào P. polycephalum không có hệ thần kinh, không có não bộ. Có điều, sinh vật này lại sở hữu trí thông minh.
Giống như một loài động vật có não bộ, P. polycephalum có khả năng ra quyết định để có thể sinh tồn trong môi trường sống xung quanh. Nó cũng cần tìm kiếm thức ăn, tránh các mối nguy hiểm tiềm ẩn và biết ở đâu có những điều kiện lý tưởng cho chu kỳ sinh sản của mình.
Khi các nhà khoa học đưa sinh P. polycephalum này vào phòng thí nghiệm, nó vẫn có thể giải được các câu đố phức tạp, tìm đường ra khỏi mê cung và ghi nhớ các chất hoá học mới lạ - những nhiệm vụ mà trước đây chúng ta nghĩ chỉ có động vật mới có thể thực hiện được.
P. polycephalum có thể giải một bài toán mê cung
Chris Reid, một nhà sinh vật học đến từu Đại học Macquarie, Australia cho biết: "Rõ ràng, thứ chúng ta đang đề cập ở đây là một dạng nhận thức không cần đến não bộ, và cũng chẳng cần tế bào thần kinh nào cả. Vì vậy, các cơ chế ẩn giấu phía dưới bộ khung kiến trúc nhận thức này, cùng với cách nó xử lý thông tin sẽ hoàn toàn khác với cách mà các bộ não hoạt động".
Trí thông minh kinh ngạc của P. polycephalum
P. polycephalum từng được các nhà khoa học biết đến trong nhiều thập kỷ trước. Nhưng ngày đó, nó chỉ là một công cụ nghiên cứu sinh học, chứ chưa trở thành một đối tượng giúp khoa học tìm hiểu về trí thông minh.
Nhà vật lý Hans-Günther Döbereiner tại Đại học Bremen của Đức từng kết luận P. polycephalum là một "con ngựa của sinh học tế bào". Nó rất dễ sao chép, lưu giữ và nghiên cứu. Tuy nhiên, qua thời gian các nhà khoa học lại tìm thấy những sinh vật.1 dễ nghiên cứu hơn cả P. polycephalum, bao gồm chuột bạch và các dòng tế bào bất tử Hela.
P. polycephalum dần rơi vào quên lãng và phải nhường lại vị trí của mình cho các sinh vật thí nghiệm và dòng tế bào khác. Nhưng tới năm 2000, "chú mèo vàng" về hưu này đã được một nhà sinh vật học Nhật Bản, Toshiyuki Nakagaki tại Viện Nghiên cứu tiên tiến RIKEN đưa trở lại trong một vai trò khác.
Nakagaki xuất bản một bài báo trên tạp chí Nature có tựa đề "Giải mê cung bằng một sinh vật amip" - và đó chính xác là những gì P. polycephalum đã làm được.
Trong thí nghiệm, ông ấy đã tạo ra một mê cung và đặt một mẩu plasmodium ở lối vào của nó. Một phần thưởng thức ăn (yến mạch, vì P. polycephalum rất thích vi khuẩn yến mạch) được đặt ở lối ra của mê cung và Nakagaki chỉ đơn giản là theo dõi những gì đã xảy ra.
P. polycephalum có thể dựng lại được hệ thống tàu điện ngầm ở Tokyo, với những tuyến đường ngắn nhất
Kết quả thật tuyệt vời. P. polycephalum không chỉ có thể giải một mê cung, mà nó còn hoàn thành xuất sắc mọi bài toán mê cung khác để tìm ra con đường ngắn nhất tới phần thưởng ở lối ra.
Thậm chí, loài sinh vật này còn có thể tái tạo lại được cả hệ thống tàu điện ngầm ở Tokyo, một công trình mà người Nhật đã cần đến những kỹ sư giỏi nhất của họ để tính toán để tối ưu đường di chuyển giữa các nhà ga – trong thế giới của P. polycephalum được Nakagali đánh dấu bằng những chấm tổ yến.
Các nghiên cứu này của Nakagali đã chính thức đưa P. polycephalum trở lại bên trong các phòng thí nghiệm khắp thế giới. Các nhà khoa học đã ném cho sinh vật màu vàng này đủ mọi câu đố hóc búa và thách thức chúng phải suy nghĩ.
"Hầu như tất cả các thí nghiệm đều khiến các nhà khoa học ngạc nhiên không theo cách này thì cách khác", Reid nói. "Loài sinh vật đơn giản này lại có thể tiến vào lãnh địa của các sinh vật bậc cao để thực hiện các nhiệm vụ từng được cho là chỉ sinh vật bậc cao mới thực hiện được".
Trong nghiên cứu năm 2018, một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Keio đã thử thách P. polycephalum bằng một bài toán tin học kinh điển "Traveling Salesman Problem": Hãy tưởng tượng bạn là một người giao hàng và phải tìm con đường ngắn nhất để di chuyển qua một số lượng x các thành phố, mỗi thành phố chỉ được phép ghé lại một lần.
Bài toán này phức tạp ở chỗ, số lựa chọn sẽ tăng theo cấp số nhân khi số lượng thành phố tăng lên. Chẳng hạn, nếu , bạn sẽ chỉ có 3 tuyến đường, nhưng nếu , số tuyến đường tăng lên tới 2.520. Ngay cả các cỗ máy tính đôi khi cũng phải mất thêm những khoảng thời gian theo cấp số nhân để giải bài toán "Traveling Salesman".
P. polycephalum giải bài toán “Traveling Salesman Problem”:
Nhưng P. polycephalum dường như có thể giải quyết bài toán trong các khoảng thời gian tuyến tính. Điều đó có nghĩa là nó có thể đánh bại tốc độ tăng lên của các lựa chọn bằng thứ trí tuệ mà nó đang sở hữu.
Trong nghiên cứu, các nhà khoa học tại Đại học Keio đã tạo ra bài toán "Traveling Salesman" bằng cách đặt P. polycephalum vào một đĩa thí nghiệm chứa 64 kênh dinh dưỡng tượng trưng cho 8 thành phố (mỗi thành phố chứa 8 kênh).
Để ngăn P. polycephalum vươn tới các thành phố ở quá xa hoặc thành phố nó đã ghé đến, các nhà khoa học sẽ chiếu sáng vào các kênh dinh dưỡng đó, vì P. polycephalum không thích ánh sáng, chúng sẽ lựa chọn tuyến đường khác.
Kết quả cho thấy dù số thành phố được tăng từ 4 lên 8, P. polycephalum vẫn chỉ mất một khoảng thời gian tuyến tính để tìm ra con đường tối ưu trong số các lựa chọn đã tăng lên cấp số nhân.
P. polycephalum làm được điều đó thông qua việc liên tục thử nghiệm các hình dạng cơ thể mới với tốc độ không đổi và đồng thời xử lý phản hồi quang học, đó là điều mà máy tính có thể học hỏi từ loài sinh vật này, các nhà khoa học cho biết.
Trí tuệ của P. polycephalum tới từ đâu?
Nếu chiếu theo các tiêu chuẩn khoa học hiện hành, P. polycephalum chỉ là một sinh vật đơn bào. Nhưng nó lại có các hành vi và tính chất của một mạng lưới. Mỗi bộ phận của P. polycephalum hoạt động một cách độc lập, chúng chia sẻ thông tin với các bộ phận lân cận mà không cần tới quá trình xử lý tập trung.
Reid nói đặc điểm này khiến ông nghĩ đến những tế bào thần kinh trong não bộ. "Bạn có một bộ não được tạo thành từ rất nhiều tế bào thần kinh - P. polycephalum cũng vậy".
Các quan sát cho thấy cấu trúc liên kết của P. polycephalum rất giống với cấu trúc của các neuron trong não bộ, cả hai hệ thống đều thể hiện một cơ chế truyền tin kiểu dao động.
Ở P. polycephalum, các tĩnh mạch của nó có thể co lại để hoạt động như một máy bơm nhu động, đẩy chất lỏng tế bào chất từ phần này sang phần khác. Và các dao động trong chất lỏng này dường như trùng hợp với các kích thích từ môi trường bên ngoài.
"Người ta cho rằng những dao động này truyền tải và xử lý thông tin bằng cách tương tác và thực sự tạo ra hành vi cùng một lúc", Döbereiner nói.
"Nếu bạn có một mạng lưới P. polycephalum đang với tới thức ăn, nó sẽ thay đổi kiểu dao động khi gặp các phân tử đường: nó bắt đầu dao động nhanh hơn. Vì những dao động này nhanh hơn, toàn bộ sinh vật bắt đầu thay đổi kiểu dao động của nó và bắt đầu di chuyển theo hướng nơi thức ăn được tìm thấy".
Döbereiner và các đồng nghiệp gần đây đã xuất bản một bài báo chứng minh rằng những dao động của P. polycephalum cực kỳ giống với những dao động được quan sát thấy trong não, chỉ khác ở chỗ dao động của P. polycephalum sử dụng thủy động lực học còn dao động não sử dụng tín hiệu điện.
Nhưng để công bằng mà nói, P. polycephalum bản thân nó chưa thể vượt qua các bộ não động vật để xử lý những thông tin cao cấp hơn, hay có những lập luận trừu tượng giống như con người có thể có.
Các nhà khoa học cũng chưa hiểu vì sao một sinh vật ở dạng thức thông minh này lại không tiến hóa để có được não bộ. Suy cho cùng, cơ thể chúng đã không thay đổi sau hàng tỷ năm, dù chúng có hàng tỷ năm và vô số cơ hội để làm điều đó.
Có thể, P. polycephalum đã hài lòng với thứ trí tuệ mà nó có. Sinh vật này chỉ cần thức ăn, cần một nơi an toàn để phát triển và sinh sản. Một trí tuệ dựa trên thủy động lực học đã thừa sức cho chúng tồn tại.
Nhưng Reid cho biết với một cấu tạo đơn giản như vậy, bản thân P. polycephalum đã là một hệ thống tuyệt vời.
"Sinh vật này đang dạy chúng ta về bản chất của trí thông minh. Nó thách thức một số quan điểm nhất định của loài người, và mở rộng khái niệm cơ bản của chúng ta khi định nghĩa trí tuệ là gì? Nó buộc chúng ta phải xét lại niềm tin lâu nay của chính mình, rằng con người là sinh vật thông minh duy nhất và có trí tuệ vượt trội so với tất cả các loài sinh vật khác", Reid nói.