Từ lâu, cộng đồng khoa học đã chấp nhận rộng rãi rằng việc đạt được "học tập liên kết"—tức là hiểu được rằng có mối liên hệ giữa hai sự kiện, chẳng hạn như mối liên hệ giữa kích thích và phản ứng—cần ít nhất một dạng kiến trúc thần kinh hoặc não bộ nào đó. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới cho thấy các sinh vật đơn bào nhỏ bé sống dưới đáy ao cũng có thể hoàn thành các nhiệm vụ học tập như vậy mà không cần bất kỳ hệ thần kinh nào, điều này có thể phá vỡ sự hiểu biết truyền thống của con người về cơ chế học tập.

Nghiên cứu chưa được bình duyệt và đã được xuất bản trên nền tảng in sẵn BioRxiv, chỉ ra rằng ngay cả các sinh vật đơn bào không có não hoặc hệ thần kinh cũng có thể biểu hiện các hành vi học tập. Một trong những đồng tác giả của bài báo, Samuel Gershman, nhà khoa học thần kinh nhận thức tại Đại học Harvard, cho biết trong email gửi tới Refractor: "Kết quả này làm tôi ngạc nhiên vì trước đây không có bằng chứng nào về khả năng học tập liên kết ở sinh vật này và bằng chứng liên quan ở các sinh vật đơn bào khác cũng đang gây tranh cãi. Chúng tôi không biết liệu thí nghiệm có hiệu quả hay không."

Đối tượng nghiên cứu là loài sâu kèn xanh (Stentor). coeruleus, một loại lông hình kèn dài khoảng 1 mm mà mắt thường khó nhìn thấy được. Một đầu có cấu trúc gọi là "holdfast", dùng để gắn vào đáy bể hoặc các bề mặt khác, đầu còn lại được phủ lông mao để cấp liệu cho bộ lọc. Khi cảm nhận được sự xáo trộn trong môi trường xung quanh, chẳng hạn như sự tiếp cận của kẻ săn mồi, nó sẽ nhanh chóng thu nhỏ cơ thể mảnh mai của mình thành hình gần như hình cầu như một phản ứng phòng thủ.

Để nghiên cứu quá trình học tập của sinh vật đơn bào này, nhóm của Gershman trước tiên đã thu thập hàng chục tế bào giun kèn xanh từ môi trường, đặt chúng vào đĩa nuôi cấy và để yên trong vài giờ để các tế bào bám vào ổn định. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một thiết bị đặc biệt để áp dụng kích thích gõ nhẹ được kiểm soát chính xác vào đáy đĩa nuôi cấy chứa tế bào. Ban đầu, hầu hết bọ kèn xanh co lại khi chúng cảm thấy có tiếng gõ, nhưng khi tiếng gõ tiếp tục, số lượng tế bào phản ứng giảm dần, cho thấy chúng đã "quen" với kích thích lặp đi lặp lại này và không còn coi đó là mối đe dọa nữa.

Sau đó, nhóm đã giới thiệu cái gọi là "giao thức ghép nối". Trong giai đoạn này, các tế bào nhận được một cú gõ yếu (thường chỉ gây ra một cơn co nhẹ), sau đó một giây là một cú gõ mạnh hơn. Sự kết hợp "kích thích yếu + kích thích mạnh" này được lặp lại sau mỗi 45 giây, tương ứng với khoảng thời gian gần đúng để con bọ kèn xanh căng ra trở lại sau khi co lại. Sau khoảng 10 vòng thử nghiệm ghép đôi đầu tiên, các tế bào phản ứng ngay lập tức với những cú va chạm yếu bằng sự co lại đáng chú ý, nhưng phản ứng này dần dần yếu đi khi các thử nghiệm được lặp lại. Gershman chỉ ra rằng quá trình thiết lập mối liên hệ giữa kích thích yếu và kích thích mạnh tiếp theo và điều chỉnh cường độ phản ứng cho thấy "các tế bào đơn lẻ cũng có thể thực hiện các thuật toán học tập khá phức tạp."

Các nhà nghiên cứu tin rằng phát hiện này có thể thay đổi hiểu biết của con người về nguồn gốc của việc "học tập" trong lịch sử tiến hóa. Gershman cho biết trong một cuộc phỏng vấn rằng những gì được coi là hình thức học tập tiên tiến có thể có nguồn gốc tiến hóa lâu đời hơn nhiều so với hệ thống thần kinh phức tạp. Ông hỏi: "Có phải việc học tập kết hợp xuất hiện lần đầu tiên ở các sinh vật đa bào có não không? Có lẽ là không."

Gershman lưu ý thêm rằng có "nhiều điểm tương đồng" giữa tế bào giun kèn xanh và tế bào thần kinh não người, cho thấy bộ não của chúng ta có thể vẫn đang sử dụng các cơ chế học tập phát triển lần đầu tiên ở các sinh vật đơn bào. Nói cách khác, khả năng nhận thức và học tập phức tạp của con người có thể đã kế thừa “thuật toán gốc” của tổ tiên đơn bào của họ ở một mức độ nào đó. Hiện tại, nghiên cứu này đã được xuất bản dưới dạng bản in trước trên BioRxiv. Sau khi được bình duyệt trong tương lai, dự kiến ​​nó sẽ tiếp tục sôi nổi trong các cuộc thảo luận học thuật và công khai rộng rãi hơn.