Giải mã dopamine: Phức tạp hơn tưởng tượng

2 giờ trướcBài gốc

Minh họa vai trò của dopamine trong thúc đẩy hành vi và tạo động lực.

Tuy nhiên, các nghiên cứu thần kinh học gần đây cho thấy cách hiểu này còn phiến diện và đang dần được điều chỉnh.

Thực tế, dopamine không chỉ liên quan đến cảm giác hài lòng, mà còn đóng vai trò quan trọng trong nhiều chức năng như chú ý, trí nhớ, kiểm soát vận động và cả phản ứng trước các tình huống nguy cơ. Những phát hiện này đang đặt lại vấn đề đối với một trong những mô hình nền tảng của khoa học thần kinh hiện đại – vốn xem dopamine chủ yếu là “hormone hạnh phúc”.

Mô hình kinh điển: Sai số dự đoán phần thưởng

Khi các nhà khoa học thần kinh tụ họp tại thành phố Seville (Tây Ban Nha) vào tháng 5/2025 trong hội nghị thường niên của Hiệp hội Dopamine, một phiên tranh luận đã thu hút sự quan tâm đặc biệt. Đây là diễn đàn quy tụ nhiều nhà nghiên cứu với những quan điểm khác nhau về vai trò thực sự của dopamine trong não bộ.

Dopamine là một trong những chất dẫn truyền thần kinh được nghiên cứu nhiều nhất – các phân tử có nhiệm vụ truyền tín hiệu giữa các tế bào thần kinh. Trong nhận thức phổ biến, dopamine thường được gọi là “chất tạo khoái cảm”, gắn với cảm giác hưng phấn khi con người nhận phần thưởng, sử dụng chất kích thích hoặc thậm chí khi lướt mạng xã hội.

Tuy nhiên, theo các nhà khoa học, cách hiểu này là chưa đầy đủ. Trong nhiều thập kỷ, việc lý giải vai trò của dopamine chủ yếu dựa trên giả thuyết “sai số dự đoán phần thưởng” (reward prediction error – RPE). Theo mô hình này, dopamine tăng mạnh khi phần thưởng xuất hiện bất ngờ và giảm khi phần thưởng không đến như dự đoán. Cơ chế này giúp não bộ học cách liên kết tín hiệu với phần thưởng, từ đó điều chỉnh hành vi phù hợp.

Ông Mark Humphries, nhà khoa học thần kinh tại Đại học Nottingham (Anh), cho biết dopamine từng được xem là một trong số ít lĩnh vực có mô hình tính toán rõ ràng. “Chúng tôi có một khung lý thuyết giúp giải thích tín hiệu là gì và nó đang thực hiện phép tính nào”, ông nhận định.

Tuy nhiên, những phát hiện mới đang cho thấy bức tranh phức tạp hơn nhiều. Dopamine không chỉ phản ánh phần thưởng, mà còn liên quan đến cách não bộ xử lý thông tin, đưa ra quyết định và thích nghi với môi trường. Chính điều này đang mở ra một hướng tiếp cận mới trong nghiên cứu thần kinh học, đồng thời đặt ra yêu cầu phải xem xét lại những mô hình truyền thống đã tồn tại trong nhiều năm.

Nguồn gốc của mô hình này có thể truy về các thí nghiệm kinh điển của nhà tâm lý học Ivan Pavlov, khi ông chứng minh động vật có thể học cách liên kết một tín hiệu (như tiếng chuông) với phần thưởng là thức ăn. Nguyên lý này sau đó được phát triển trong lĩnh vực học máy và đến năm 1997, được các nhà khoa học thần kinh vận dụng để giải thích cơ chế hoạt động của dopamine trong não.

Trong một thí nghiệm nổi tiếng, Giáo sư Wolfram Schultz và cộng sự phát hiện các neuron dopamine ở khỉ phản ứng mạnh khi phần thưởng xuất hiện bất ngờ. Tuy nhiên, khi con vật dần học được rằng một tín hiệu (chẳng hạn ánh đèn) báo trước phần thưởng, phản ứng dopamine lại chuyển sang tín hiệu đó. Ngược lại, nếu phần thưởng không xuất hiện như dự đoán, hoạt động dopamine sẽ giảm.

Theo giả thuyết “sai số dự đoán phần thưởng” (RPE), dopamine giúp não liên tục cập nhật và điều chỉnh kỳ vọng về phần thưởng – có thể là thức ăn, sự an toàn hoặc cơ hội sinh tồn. Ông Nathaniel Daw, nhà khoa học thần kinh tại Đại học Princeton (Mỹ), đánh giá đây là một trong những thành tựu quan trọng của khoa học thần kinh tính toán, khi kết nối được hoạt động của neuron với hành vi, thậm chí với cơ chế nghiện.

Một ví dụ gần gũi là khi một đứa trẻ lần đầu nghe tiếng xe bán kem. Sự xuất hiện bất ngờ của phần thưởng khiến não phản ứng mạnh, dopamine tăng cao để ghi nhận đây là trải nghiệm có giá trị.

Sau nhiều lần lặp lại, não học được rằng âm thanh này là tín hiệu báo trước việc sẽ có kem. Khi đó, phản ứng dopamine không còn xuất hiện lúc ăn kem mà chuyển sang ngay thời điểm nghe thấy âm thanh. Nếu một ngày đứa trẻ nghe tiếng xe nhưng không được ăn kem, mức dopamine sẽ giảm, tạo cảm giác hụt hẫng và làm suy yếu mối liên kết giữa tín hiệu và phần thưởng.

Từ nền tảng này, mô hình tiếp tục được phát triển thành học tăng cường theo sai khác thời gian (temporal difference reinforcement learning – TDRL), cho phép não tối ưu hóa hành vi dựa trên chênh lệch giữa kỳ vọng và thực tế. Trong suốt nhiều năm, đây được xem là khung lý thuyết chủ đạo để lý giải vai trò của dopamine trong học tập và ra quyết định.

Minh họa vai trò của dopamine trong quá trình học dự đoán phần thưởng.

Dữ liệu mới: Không chỉ liên quan phần thưởng

Trong khoảng một thập kỷ trở lại đây, sự phát triển của các công nghệ đo lường hiện đại đã cho phép các nhà khoa học quan sát hoạt động của dopamine với độ chính xác cao hơn, trong nhiều bối cảnh khác nhau. Những dữ liệu mới này đang làm thay đổi đáng kể cách hiểu truyền thống về chất dẫn truyền thần kinh quan trọng này.

Kết quả nghiên cứu cho thấy dopamine không chỉ phản ánh phần thưởng như mô hình trước đây, mà còn liên quan đến nhiều chức năng khác như chú ý, trí nhớ làm việc, hành vi xã hội và kiểm soát vận động. Thậm chí, một số neuron dopamine còn phản ứng với các kích thích mới, tín hiệu đe dọa hoặc những thay đổi trong môi trường.

Ông Mark Humphries nhận định, mô hình RPE không còn đủ để giải thích toàn bộ hoạt động của dopamine. Điều này đặt ra câu hỏi lớn: Liệu cần điều chỉnh hay phải thay thế hoàn toàn khung lý thuyết hiện tại?

Theo ông Kauê Costa, nhà khoa học thần kinh tại Đại học Alabama ở Birmingham (Mỹ), mô hình hiện nay vẫn hữu ích nhưng chưa toàn diện. Tuy nhiên, việc xây dựng một khung lý thuyết mới thay thế là thách thức không nhỏ, bởi RPE đã có nền tảng vững chắc trong nhiều thập kỷ.

Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy một số neuron dopamine mã hóa những thông tin không trực tiếp liên quan đến phần thưởng. Chẳng hạn, chúng có thể phản ứng với vị trí trong không gian, tốc độ di chuyển, hoặc theo dõi khoảng cách tới mục tiêu. Điều này cho thấy dopamine không chỉ “ghi nhận phần thưởng”, mà còn tham gia vào quá trình định hướng và điều chỉnh hành vi.

Dopamine cũng được cho là có khả năng xử lý đồng thời nhiều loại “phần thưởng” khác nhau và giúp não ưu tiên hành vi. Ở một số loài chim, khi khát nước, hệ thống dopamine ưu tiên tìm nước; nhưng khi xuất hiện bạn tình, sự ưu tiên này có thể chuyển sang hành vi sinh sản. Cơ chế linh hoạt này phản ánh vai trò rộng hơn của dopamine trong việc điều phối hành vi theo nhu cầu sinh tồn.

Đáng chú ý, một nghiên cứu công bố năm 2025 cho thấy dopamine có thể liên quan đến việc dự đoán hành động và thúc đẩy các hành vi lặp lại. Phát hiện này gợi mở rằng các thói quen, thậm chí hành vi nghiện, có thể không đơn thuần xuất phát từ cơ chế “tìm kiếm phần thưởng” như trước đây vẫn nghĩ.

Ngoài ra, dopamine còn được phát hiện tham gia vào việc dự đoán mối đe dọa, xử lý kích thích tiêu cực và phản ứng với yếu tố mới lạ. Những bằng chứng này đang mở rộng đáng kể phạm vi vai trò của dopamine trong não bộ.

Ông Geoffrey Schoenbaum, Đại học Johns Hopkins (Mỹ), cho rằng lĩnh vực này có thể đang đứng trước một bước ngoặt, khi cần chuyển sang những mô hình hoàn toàn mới, thay vì tiếp tục điều chỉnh các lý thuyết cũ. Điều này không chỉ có ý nghĩa học thuật, mà còn có thể định hình lại cách tiếp cận trong điều trị các rối loạn thần kinh và hành vi trong tương lai.

Minh họa hoạt động của dopamine (DA) trong mạng lưới thần kinh của não bộ.

Những thách thức trực diện với lý thuyết cũ

Một trong những nhà khoa học tích cực thúc đẩy việc xem xét lại vai trò của dopamine là bà Erin Calipari, nhà dược lý học tại Đại học Vanderbilt (Mỹ). Theo bà, dopamine không chỉ liên quan đến phần thưởng, mà còn giữ vai trò trung tâm trong điều phối xử lý thông tin và quá trình học tập của não bộ.

Nghiên cứu của bà cho thấy, dopamine có thể tăng lên ngay cả khi chuột chịu kích thích gây căng thẳng như sốc điện nhẹ. Kết quả đi ngược với quan niệm truyền thống vốn gắn dopamine với cảm giác tích cực, và từng gây tranh luận khi công bố. Tuy nhiên, phát hiện này củng cố giả thuyết rằng dopamine phản ánh mức độ “đáng chú ý” của thông tin, bất kể tích cực hay tiêu cực.

Một hướng tiếp cận khác đến từ nhà khoa học thần kinh Vijay Mohan Namboodiri (Đại học California, San Francisco, Mỹ) với mô hình ANCCR. Khác với giả thuyết “sai số dự đoán phần thưởng” (RPE), mô hình này gần như đảo ngược cách nhìn quen thuộc: Thay vì học từ tín hiệu đến phần thưởng, não bắt đầu từ phần thưởng rồi truy ngược để tìm nguyên nhân.

Trong thí nghiệm, khi chuột nhận phần thưởng ngẫu nhiên, RPE dự đoán phản ứng dopamine sẽ giảm dần do yếu tố bất ngờ không còn. Ngược lại, theo ANCCR, dopamine tăng lên, phản ánh việc não đang tích cực tìm kiếm lời giải cho nguồn gốc phần thưởng. Kết quả thực nghiệm phần nào ủng hộ cách lý giải này.

Theo ông Namboodiri, cơ chế học “nhìn lại” phù hợp hơn với trải nghiệm của con người. Não không chỉ phản ứng thụ động với kích thích, mà còn chủ động truy tìm nguyên nhân để hình thành liên kết hành vi.

Cách tiếp cận này cũng giúp lý giải vì sao nghiện rất khó điều trị. Chẳng hạn, một người đã cai thuốc vẫn có thể bị kích thích khi nhìn thấy người khác hút thuốc. Nhìn từ mô hình học tăng cường truyền thống (TDRL), mối liên hệ này lẽ ra phải suy yếu theo thời gian nếu không còn phần thưởng.

Tuy nhiên, thực tế cho thấy điều đó không xảy ra. Theo ANCCR, dopamine khiến não liên tục truy vết các nguyên nhân từ quá khứ, qua đó duy trì các liên kết đã hình thành. Vì vậy, dù hành vi đã chấm dứt, các tín hiệu liên quan vẫn có thể kích hoạt lại phản ứng cũ.

Những phát hiện trên không chỉ làm rõ hơn cơ chế hoạt động của não bộ, mà còn mở ra hướng tiếp cận mới trong điều trị các rối loạn hành vi, đặc biệt là nghiện và các vấn đề liên quan đến kiểm soát thói quen.

Tranh luận chưa có hồi kết

Một vấn đề đặt ra là mô hình “sai số dự đoán phần thưởng” đã liên tục được điều chỉnh trong suốt hơn 30 năm qua. Theo ông Mark Humphries, quá trình bổ sung và sửa đổi khiến mô hình dần phân mảnh thành nhiều biến thể, làm cho việc kiểm chứng trở nên phức tạp hơn.

Chẳng hạn, hiện tượng dopamine tăng dần khi con người hoặc động vật tiến gần tới phần thưởng từng mâu thuẫn với mô hình ban đầu. Để giải thích, các nhà khoa học đã mở rộng lý thuyết, coi trải nghiệm như một chuỗi liên tục theo thời gian thay vì các sự kiện tách rời.

Nhà khoa học thần kinh Samuel Gershman (Đại học Harvard, Mỹ) cho rằng những điều chỉnh này không mang tính tùy tiện, mà dựa trên cơ sở logic và dữ liệu thực nghiệm. Tuy nhiên, sự mở rộng liên tục cũng khiến ranh giới của mô hình ngày càng khó xác định rõ ràng.

Trong khi đó, ông Josh Dudman (Viện Howard Hughes, Mỹ) nhấn mạnh rằng các công nghệ đo lường hiện đại cho phép quan sát hoạt động dopamine trong nhiều bối cảnh hơn trước, từ đó phát hiện thêm nhiều ngoại lệ mà các mô hình cũ chưa lý giải đầy đủ.

Từ góc nhìn khác, bà Erin Calipari cho rằng, việc cố gắng gán một chức năng duy nhất cho dopamine có thể là hướng tiếp cận chưa phù hợp. Theo bà, dopamine đóng vai trò điều phối, giúp các hệ thống thần kinh khác hoạt động hiệu quả hơn, đồng thời hỗ trợ quá trình ra quyết định nhanh và linh hoạt. Bà cũng lưu ý rằng, những mô hình toán học đơn giản khó có thể bao quát hết sự phức tạp của não người.

Dù còn nhiều quan điểm khác nhau, các nhà khoa học đều thống nhất rằng những dữ liệu mới đang đặt ra thách thức lớn đối với khung lý thuyết hiện tại, song hướng đi tiếp theo vẫn chưa được xác định rõ.

Giáo sư David Redish (Đại học Minnesota, Mỹ) cho rằng cần thận trọng, không nên vội vàng loại bỏ mô hình cũ khi nó vẫn còn giá trị giải thích trong nhiều trường hợp. Ngược lại, ông Dudman tỏ ra cởi mở hơn với khả năng xây dựng những cách tiếp cận hoàn toàn mới.

Cuộc tranh luận này phản ánh một giai đoạn chuyển mình của khoa học thần kinh, khi lượng dữ liệu ngày càng phong phú buộc các mô hình nền tảng phải được xem xét lại. Dopamine, từ chỗ được nhìn nhận như một “chất tạo khoái cảm” đơn giản, đang dần hiện ra với vai trò phức tạp hơn nhiều trong hệ thống não bộ. Cách hiểu mới về chất dẫn truyền thần kinh này có thể tác động sâu rộng đến cách con người lý giải hành vi, quá trình học tập cũng như các rối loạn tâm thần trong tương lai.

Sự thay đổi trong nhận thức về dopamine không chỉ mang ý nghĩa học thuật, mà còn kéo theo nhiều hệ quả thực tiễn, đặc biệt trong điều trị các rối loạn như tăng động giảm chú ý (ADHD) hay nghiện. Khi vai trò của dopamine được nhìn nhận toàn diện hơn, các phương pháp can thiệp cũng có cơ sở để điều chỉnh theo hướng chính xác và hiệu quả hơn.

Theo Nature

Hải Yến

Nguồn GD&TĐ : https://giaoducthoidai.vn/giai-ma-dopamine-phuc-tap-hon-tuong-tuong-post777656.html