a
§ Tác giả: Lewis A. Lipsitz | Nguồn: Nautilus
Biên dịch: Hằng | Hiệu đính:  Ninh
19/10/2018

“Đơn giản, đơn giản và đơn giản!” Henry David Thoreau đã hô hào như vậy trong cuốn hồi ký Walden1, trong đó ca ngợi những đức hạnh của một đời sống như người Sparta2. Thánh Thomas Aquinas từng khuyên răn rằng sự đơn giản đưa con người đến gần với Chúa hơn. Còn Isaac Newton lại cho rằng sự đơn giản dẫn dắt ta đến với chân lý. Chúng ta vẫn thường nghe rằng việc đơn giản hóa có thể tôn lên cái đẹp, loại bỏ những hỗn tạp và căng thẳng không cần thiết, và giúp ta tập trung vào những điều thực sự quan trọng.

Nhưng sự đơn giản cũng là một dấu hiệu lão hóa. Theo nhiều cách, sức khỏe và sinh lực trẻ trung phụ thuộc vào sự phức tạp. Xương rắn chắc được là nhờ vào những khung giàn công phu của mô liên kết. Suy nghĩ sắc bén bắt nguồn từ những mạng lưới nơ ron thần kinh liên kết chằng chịt. Ngay đến những chức năng đơn giản của cơ thể như việc tim đập cũng phụ thuộc vào các mạng lưới tương tác qua lại để điều khiển trao đổi chất, đưa ra tín hiệu dẫn truyền, điều hòa gen, và nhịp sinh học hàng ngày. Khi cơ thể già đi, những cấu trúc hình thái và cơ chế sinh lý này sẽ mất dần độ tinh vi, khiến chúng giảm độ đàn hồi và cuối cùng dẫn đến suy yếu và bệnh tật.

Những quá trình sinh lý của cơ thể trở nên càng đơn giản khi ta già đi.

Để hiểu rõ hơn sự hao mòn này, đầu tiên ta cần định nghĩa thế nào là “sự phức tạp” theo cách nhìn khoa học. Hãy cùng xem xét một cỗ máy Rube Goldberg3. Bên trong cỗ máy đó, một hành động này dẫn đến một hành động khác, rồi tiếp nối bởi một hành động khác nữa, và cứ một đường như vậy để cuối cùng là dẫn đến hành động gãi lưng hay đưa khăn giấy lên lau miệng ai đó. Mặc dù chiếc máy đồ sộ này trông có vẻ phức tạp, thực ra nó lại khá đơn giản: cứ một đầu vào nhất định sẽ cho một đầu ra tương ứng. Sự đơn giản đó khiến ta dễ dàng dự đoán được hành vi của máy. Nhưng điều đó cũng khiến hệ thống dễ trục trặc, vì chỉ cần một gián đoạn nhỏ trong chuỗi hành động sẽ phá hủy cả chức năng của cỗ máy.

Ngược lại, một quá trình phức tạp lại bao gồm nhiều thành phần khác nhau, tương tác qua lại với nhau trên nhiều phạm vi thời gian và không gian. Bởi vì những tương tác đó không đi theo một đường thẳng, đầu ra sẽ không tỉ lệ thuận với đầu vào và vì thế, chúng rất thất thường và khó đoán. Đơn cử, bạn thử nghĩ xem để nhấc một bàn chân lên thì cần những gì. Các bộ phận điện năng, hóa năng và cơ năng sẽ phải liên tục phối hợp với nhau từ mức độ phân tử, tế bào, cơ quan cho đến cả cơ thể. Bộ máy di truyền trong tế bào sẽ sản sinh ra các loại protein để cung cấp cho các cơ bắp; các cơ quan dạ dày và ruột phải tiêu hóa và chuyển hóa đường để tạo ra năng lượng; các trung khu thần kinh vận động trong não lên kế hoạch và chỉ huy cử động, trong khi các dây thần kinh truyền những tín hiệu này đến các sợi cơ bắp và đưa phản hồi lại cho não về vị trí của bàn chân trong không gian. Tổng thể mà nói, quá trình này không đơn thuần chỉ là phép cộng của những bộ phận tham gia.

Chúng ta có thể định lượng sự phức tạp của những hệ thống sinh học bằng việc mượn những khái niệm toán học từ thuyết hỗn loạn4 cùng lĩnh vực động học phi tuyến tính5 và vật lý thống kê. Một trong những khái niệm đó là phân dạng (fractal). Một phân dạng là một vật thể hình học bất thường, có hình dạng tuân theo một khuôn mẫu chung: hình dạng đó được giữ nguyên ở nhiều mức độ thu phóng khác nhau. Mây trời, đường bờ biển, cây cối, dòng sông, rặng núi và đường đứt gãy địa chất đều là ví dụ của cấu trúc phân dạng. Cho dù được quan sát từ trên máy bay hay ngay trên mặt đất, bằng kính lúp hay kính hiển vi, thì hình dạng của chúng chung quy là giữ nguyên.

Cấu trúc phân dạng trên bông súp lơ san hô. Ảnh: Flickr.

Bên trong cơ thể chúng ta, các mạch máu, tế bào thần kinh, xương và phế quản cũng được tổ chức theo cách tương tự. Nếu ta theo dõi theo thời gian thay vì không gian, ta cũng sẽ thấy những đường nét phân dạng trong những dao động liên tục của các tín hiệu sinh lý, bao gồm nhịp tim và nhịp thở, huyết áp, sóng não, và sự tiết các chất hoóc-môn. Không như ta thường nghĩ, những dao động này không hề tuân theo một nhịp điệu đều đặn hay chu kỳ nào. Thay vào đó, chúng thể hiện một dạng biến đổi phức tạp – thường được gọi là “hỗn loạn tất định” (deterministic chaos). Mặc dù các dao động trên có tính thất thường, chúng lại có vẻ đồng dạng khi được quan sát theo các đơn vị thời gian giây, phút, giờ hay ngày.

Có một cách để đo lường sự phức tạp của một cấu trúc phân dạng, đó là tính toán “chiều phân dạng” (fractal dimension) của nó. Các phân dạng thể hiện một thuộc tính gọi là “thu phóng theo luật phân phối lũy thừa” (power-law scaling)6: quy mô đo lường càng nhỏ, chiều dài vật thể càng lớn. Suy từ mối quan hệ đảo nghịch đó, chiều phân dạng cho ta biết được vật thể này chiếm mất bao nhiêu không gian. Càng nhiều không gian đồng nghĩa với càng gia tăng phức tạp. Một cấu trúc chia nhánh rậm rạp (phức tạp) như một cái cây chẳng hạn thì sẽ có chiều phân dạng cao hơn là một vật thể gọn gàng (ít phức tạp hơn).

Sự phức tạp có một thuộc tính phổ biến khác gọi là “entropy đa chiều” (multiscale entropy)7; thuộc tính này thường thể hiện qua các quá trình như sự biến thiên nhịp tim từ nhịp này sang nhịp khác, hay sự điều chỉnh tư thế liên tục của cơ thể để giữ thăng bằng khi bạn đứng. Entropy đa chiều tính toán xem một mẫu hình nhất định có bao nhiêu khả năng lặp lại ở các mức thời gian khác nhau. Những mẫu có ít khả năng lặp lại thì không phức tạp cho lắm, ví dụ như âm thanh nhiễu trắng8 hay sự ngẫu nhiên. Những mẫu có sự lặp lại cao nhưng chỉ trong một mức đo thời gian duy nhất cũng vậy, ví dụ như nhịp hình sin của máy đếm nhịp9. Tuy nhiên, những mẫu thể hiện nhiều khả năng tương đồng qua các mức đo thời gian khác nhau thì mang tính chất phân dạng, và vì vậy phức tạp hơn.

Ngày càng có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng sự lão hóa đồng hành với sự suy giảm mức độ phức tạp về mặt sinh học, khi các mô và cơ quan, cũng như những liên kết dẫn truyền giữa các bộ phận dần dần bị phá vỡ. Khi ta già đi, những mô có tính chất phân dạng như não, xương, thận và da đều mất đi cấu trúc phức tạp. Sự hao mòn này gây tổn hại đến khả năng thích ứng với các tình huống xấu, và cuối cùng có thể dẫn đến bệnh tật và tàn phế. Ví dụ, khi những thanh chống nhỏ xíu trong mô xương mỏng dần và mất liên kết, xương trở nên giòn và dễ nứt gãy. Đây chính là biểu hiện của chứng loãng xương. Tương tự như vậy, sự tiêu giảm liên kết thần kinh trong não thường có liên quan tới những bệnh thoái hóa thần kinh ở tuổi già như Alzheimer và Parkinson.

Mất đi những khung giàn tinh vi của xương (trái) có thể dẫn tới bệnh loãng xương (phải). Ảnh: Wikimedia.

Các quá trình sinh lý cũng mất dần sự phức tạp cùng với sự lão hóa. Hãy lấy ví dụ nhịp tim. Mặc dù số nhịp tim trung bình mỗi phút khá cố định trong suốt cuộc đời của mỗi người, nhưng khi ta già đi, những dao động cực nhỏ trong khoảng thời gian giữa các nhịp với nhau dần trở nên đồng đều. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng thay đổi này có liên quan tới các bệnh tim mạch và nguy cơ tử vong: khi tín hiệu càng đơn giản, thì khả năng dẫn đến nhịp tim bất thường, các cơn đau tim, và trụy tim càng cao. Tương tự, các tín hiệu điện do hoạt động thần kinh tạo ra có vẻ ít phức tạp hơn ở người cao tuổi. Mức độ phức tạp mất dần kéo theo sự suy giảm khả năng kiểm soát vận động và các chức năng nhận thức, bao gồm dáng đi, sự tập trung và trí nhớ.

Tin tốt là chúng ta có thể làm chậm lại hay thậm chí là đảo ngược sự suy giảm tính phức tạp đi kèm với việc già đi. Ví dụ, các bài tập aerobics10 và luyện tập sức bền11 đã được chứng minh là có thể cải thiện sự phức tạp trong nhịp tim. Thái cực quyền, một phương pháp tập luyện của Trung Quốc bao gồm phối hợp những động tác cơ thể, kỹ thuật thở, và thiền có tác dụng tương tự trong sự kiểm soát tư thế. Khi bạn đứng im, bạn có thể để ý rằng cơ thể bạn lắc lư rất nhẹ bởi vì các cơ bắp đang tạo ra những sự điều chỉnh cực nhỏ để giữ cho bạn thăng bằng trên đôi bàn chân. Ta có thể ghi lại những biến đổi đó bằng dĩa cân lực, rồi từ đó tính toán độ phức tạp của chúng. Độ phức tạp thấp tương quan với khả năng cân bằng kém, dáng đi chậm chạp và nguy cơ té ngã cao. Nhưng thái cực quyền có thể là một liều thuốc giải cho vấn đề này: trong một nghiên cứu gần đây, tôi và các đồng nghiệp đã tìm ra rằng chỉ sau 12 tuần luyện tập thái cực quyền, độ phức tạp trong khả năng điều khiển tư thế đứng ở người cao tuổi có thể được cải thiện, ngay cả ở những người trên 90 tuổi. Những người hoàn tất toàn bộ chu trình luyện tập cũng tăng cường khả năng kiểm soát tốc độ đi đứng của họ và do đó ít bị té ngã hơn.

Luyện tập thái cực quyền có thể làm tăng độ phức tạp trong khả năng điều khiển tư thế ở người cao tuổi. Ảnh: Pixabay.

Chúng tôi còn tìm ra rằng có thể cải thiện sự phức tạp của chức năng kiểm soát tư thế bằng cách áp dụng những rung động rất nhẹ và ngẫu nhiên vào lòng bàn chân. Phương pháp can thiệp này hoạt động như thế nào thì chưa rõ ràng cho lắm. Có khả năng là những rung động không thể cảm nhận được đó đem đến những tín hiệu ở mức độ thấp cho hệ thống cơ quan cảm giác, tăng thêm tín hiệu đầu vào truyền tới cho tế bào thần kinh thụ cảm, và bằng cách đó làm cho chúng có khả năng tiếp nhận những kích thích ở mức thấp hơn. Hiện tượng này gọi là cộng hưởng mang tính ngẫu nhiên (stochastic resonance) và có thể gia tăng khả năng tổng hợp và phản hồi lại thông tin cho các tế bào thần kinh, cụ thể ở đây là thông tin về vị trí và tư thế của bàn chân. Kết quả là cơ thể có khả năng tạo ra những điều chỉnh tư thế phức tạp hơn và nhạy bén hơn.
Việc duy trì sự phức tạp trong đời sống xã hội cũng có thể mang lại nhiều lợi ích. Nhiều nghiên cứu đã đồng nhất chỉ ra rằng việc duy trì những mối quan hệ xã hội rộng rãi và đa dạng gắn liền với sức khỏe thể chất và tinh thần. So với những người tách biệt với xã hội, những người trong vòng kết nối sống lâu hơn, ít trầm cảm và thường hồi phục tốt hơn sau các cơn đau tim, đột quỵ và nhiều bệnh ác tính khác. Tăng thêm sự phức tạp trong sinh hoạt hằng ngày có thể mang đến những tác dụng lớn: ví dụ như học một kỹ năng mới hay giải những câu đố trí tuệ có thể giúp cải thiện khả năng nhận thức và ngăn ngừa chứng mất trí nhớ.

Vì vậy, nếu bạn có ước mơ nghỉ hưu về một miền biển vắng hay vào sâu trong rừng, như Thoreau từng nói, “để sống một cách có chủ đích, để đối mặt với bản chất thực sự của cuộc sống,” thì xin mời bạn hãy đón lấy câu thần chú mới này: Sự phức tạp, phức tạp và phức tạp!

Tăng thêm sự phức tạp trong sinh hoạt hằng ngày có thể mang đến những tác dụng lớn: ví dụ như học một kỹ năng mới hay giải những câu đố trí tuệ có thể giúp cải thiện khả năng nhận thức và ngăn ngừa chứng mất trí nhớ.


  1. Đây là cuốn hồi ký xuất bản năm 1854 thuật lại khoảng thời gian tác giả sống tự túc một mình trong rừng ở khu đầm Walden cùng những chiêm nghiệm của ông về cuộc sống. Trong đó, ông đặc biệt nhấn mạnh sự cần thiết của lối sống tối giản. Sách đã được dịch sang tiếng Việt với tựa Walden – Một mình sống trong rừng.

  2. Người Sparta nổi tiếng với những đội quân hùng mạnh có chế độ rèn luyện hà khắc và lối sống tối giản. Họ chủ trương đơn giản, cần kiệm trong cuộc sống chỉ với những gì tối cần thiết, với mục đích cống hiến phần còn lại của cuộc sống cho điều cao cả hơn – sự vững mạnh của dân tộc Sparta.

  3. Cỗ máy Rube Goldberg thường là những mô hình hệ thống gồm nhiều hành động liên hoàn và trông có vẻ phức tạp với mục đích thực hiện những việc cực kỳ đơn giản, nên chúng khá là “kỳ quặc” và khôi hài. Phần lớn cỗ máy này được tạo ra cho mục đích giải trí và sáng tạo hơn là ứng dụng thực tiễn.

  4. Thuyết hỗn loạn (chaos theory) là một lĩnh vực nghiên cứu của toán học, nghiên cứu hành vi của các hệ thống động lực nhạy cảm với điều kiện ban đầu như hệ thống phi tuyến tính (non-linear) hoặc có số chiều không gian không giới hạn. Tính chất đặc trưng của các hệ thống này gồm tính hỗn loạn và tính nhạy cảm. Đặc tính hỗn loạn thể hiện trong việc hệ thống trông có vẻ biểu hiện một cách ngẫu nhiên, mất trật tự nhưng lại tuân theo một quy luật hay nguyên tắc nào đó. Còn tính nhạy cảm của hệ thống thường được nhắc đến như Hiệu ứng cánh bướm, một đầu vào với tác động cực kỳ nhỏ ban đầu, như vỗ cánh bướm có thể dẫn đến một cơn bão – thay đổi cực lớn ở kết quả đầu ra.

  5. Động học phi tuyến tính nghiên cứu những hệ thống hoạt động theo phương trình mà một thay đổi nhỏ trong biến số của phương trình có thể dẫn đến sự thay đổi lớn trong hệ thống. Mối quan hệ phụ thuộc mang tính nhạy cảm này thường được so với Hiệu ứng cánh bướm – tác động vỗ cánh của một chú bướm ở Brazil có thể dẫn đến một cơn bão ở Texas (Mỹ).

  6. Luật phân phối lũy thừa (Power Law) là mối quan hệ giữa hai đại lượng: thay đổi ở một đại lượng này dẫn đến thay đổi ở đại lượng kia mà trong đó lượng thay đổi giữa chúng tuân theo theo một tỉ lệ mang tính lũy thừa. Lấy ví dụ khi chiều dài cạnh một hình vuông tăng gấp 2 lần, diện tích của hình vuông đó sẽ tăng gấp 4 lần. 4 = 2^2 , ta thấy hệ số thay đổi lượng của diện tích hình vuông là lũy thừa bậc hai của hệ số thay đổi chiều dài. Tương tự, thể tích khối lập phương và chiều dài cạnh của nó cũng tuân theo luật phân phối lũy thừa.

  7. Entropy là đại lượng đo trạng thái mất cấu trúc, mất trật tự của hệ thống.

  8. loại âm thanh có tần số thấp, phát đều nhau liên tục

  9. Thiết bị tạo ra âm thanh cách nhau một khoảng thời gian đều đặn, được dùng bởi người học nhạc để thực hành chơi nhạc theo nhịp cố định.

  10. Bài tập aerobics, hay còn gọi là cardio, là những bài tập có cường độ từ thấp đến cao nhằm mục đích tăng cường hoạt động tim và phổi đưa oxy vào máu và đến từng tế bào để cung cấp cho phản ứng sinh năng lượng. Những bài tập này khiến tim đập nhanh hơn, nhịp thở gấp hơn, máu được cấp nhiều oxy hơn và được truyền đi khắp cơ thể mạnh mẽ hơn. Thể dục nhịp điệu, chạy bộ, đạp xe, bơi lội là những bài tập aerobics phổ biến.

  11. Luyện tập sức bền là những bài tập luyện cơ thể chống chịu lại với sức nặng và áp lực, nâng cao sức mạnh và sức chịu đựng của cơ bắp, ví dụ phổ biến là nâng tạ, chống đẩy.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

đọc thêm
Mới nhất
Vạn vật hữu linh
Tại sao con người dồn nhiều tài nguyên giải cứu từng cá thể động vật trong khi môi trường sống chung đang bị phá hủy và cả loài có nguy cơ tuyệt chủng?