Phép màu có thật: Người đàn ông bị bại liệt “lấy lại giọng nói” nhờ chip não

Theo trang tin MIT Technology Review, đối với những người mắc bệnh xơ cứng teo cơ một bên (ALS), việc mất dần khả năng vận động và giao tiếp thường đồng nghĩa với việc thế giới ngày càng thu hẹp lại.

Nhưng với Casey Harrell, một người đàn ông Mỹ bị liệt do căn bệnh ALS, công nghệ giao diện não máy tính (Brain Computer Interface BCI) đang tạo nên một câu chuyện hoàn toàn khác.

Sau gần ba năm mang các điện cực cấy ghép trong não, anh Harrell hiện không chỉ sử dụng hệ thống để giao tiếp với gia đình và bạn bè mà còn có thể đọc sách cho con gái nhỏ, lướt web và tiếp tục công việc của mình.

Theo nhóm nghiên cứu tại Đại học California của Mỹ, đây là trường hợp đầu tiên của một “người dùng chuyên sâu” đối với công nghệ giao diện não máy tính dành cho giao tiếp bằng lời nói.

Anh Casey Harrell chia sẻ rằng: “Với một căn bệnh như ALS, người ta thường nghĩ rằng những ước mơ của bạn sẽ dần thu hẹp lại. Nhưng tôi thì không, chỉ cần một trong những khả năng được cải thiện thôi cũng đã là một sự tuyệt vời như phép màu. Việc có được tất cả những điều đó, và còn nhiều hơn thế nữa, thực sự mang tính cách mạng lớn đối với tôi”.

Những kết quả mới nhất vừa được công bố trên tạp chí Nature Medicine cho thấy trong 22,6 tháng đầu tiên sau khi được cấy ghép, anh Harrell đã sử dụng hệ thống công nghệ này tại nhà với hơn 3.800 giờ mà không cần các nhà nghiên cứu hiện diện.

Ông Sergey Stavisky, kỹ sư thần kinh tại Đại học California nhận định: “Anh ấy là người dùng chuyên sâu đầu tiên của một BCI dành cho giao tiếp bằng lời nói”.

Từ bệnh nhân ALS đến người tiên phong của công nghệ giao tiếp bằng não

Ba năm trước, khi quyết định tham gia thử nghiệm, Harrell đã ở trong tình trạng phụ thuộc gần như hoàn toàn vào người khác.

Được chẩn đoán mắc ALS ở tuổi 45, anh mất dần khả năng sử dụng cơ bắp. Việc điều khiển xe lăn, mặc quần áo hay ăn uống đều cần người hỗ trợ. Khả năng nói chuyện cũng suy giảm nghiêm trọng đến mức nhiều người không thể hiểu anh đang cố gắng truyền đạt điều gì.

Trong bối cảnh đó, David Brandman, phó giáo sư phẫu thuật thần kinh tại Đại học California, cùng các đồng nghiệp đã đề xuất với Harrell tham gia thử nghiệm một thiết bị cấy ghép não nhằm hỗ trợ giao tiếp.

Harrell nhớ lại lý do khiến anh quyết định tham gia: “Ngành công nghiệp này đang đứng trước ngưỡng cửa của một cuộc chuyển đổi lớn, và tôi muốn trở thành một phần của nó”.

Tháng 7/2023, các bác sĩ thực hiện ca phẫu thuật kéo dài năm giờ để cấy vào não Harrell bốn cụm điện cực, mỗi cụm gồm 64 điện cực. Hai cặp điện cực được kết nối với hai điểm giao tiếp dạng “bệ đỡ” đặt ở bên ngoài hộp sọ, cho phép liên kết hệ thống thần kinh với máy tính.

Đó là nền tảng phần cứng cho một trong những hướng nghiên cứu tham vọng nhất của ngành giao diện não máy tính với chức năng giải mã suy nghĩ thành lời nói.

Trong nhiều năm, nhóm nghiên cứu của Đại học California đã phát triển các thuật toán có khả năng chuyển đổi tín hiệu thần kinh thành lời nói.

Hệ thống hoạt động bằng cách ghi nhận tín hiệu từ vùng vỏ não vận động liên quan đến lời nói, khu vực kiểm soát các chuyển động cần thiết để con người phát âm.

Theo Nicholas Card, kỹ sư thần kinh và thành viên nhóm nghiên cứu: “Có 39 âm vị tạo nên toàn bộ các âm thanh trong tiếng Anh Mỹ”.

Bằng cách xác định mô hình hoạt động thần kinh tương ứng với từng âm vị, nhóm nghiên cứu có thể xây dựng bộ giải mã lời nói cá nhân hóa cho từng người dùng.

Ông giải thích: “Trước tiên, chúng tôi chuyển dữ liệu não thành các âm vị, rồi từ âm vị thành từ ngữ”.

Và khoảng một tháng sau ca phẫu thuật, anh Harrell bắt đầu vận hành hệ thống công nghệ này.

Theo Card, bộ giải mã đã hoạt động ngay trong ngày đầu tiên thử nghiệm. Khi đó, Harrell có thể giao tiếp bằng vốn từ khoảng 50 từ và hệ thống đạt độ chính xác tới 99,6%.

Sau đó, vốn từ được mở rộng đáng kể lên 125.000 từ, trong khi độ chính xác vẫn duy trì ở mức 97,5%.

Đây là một thành tựu quan trọng bởi vào thời điểm đó, các nhà khoa học vẫn chưa biết chính xác thiết bị có thể hoạt động ổn định trong bao lâu.

Một trong những lo ngại lớn nhất đối với các hệ thống cấy ghép thần kinh là mô sẹo có thể hình thành quanh điện cực, làm suy giảm khả năng ghi nhận tín hiệu não.

Tuy nhiên, cho đến nay, hiện tượng đó dường như chưa ảnh hưởng đáng kể đến trường hợp của Harrell.

Từ công cụ nghiên cứu thành thiết bị sử dụng hằng ngày

Những tiến bộ gần đây không chỉ nằm ở khả năng giải mã lời nói mà còn ở tính thực tiễn trong quá trình sử dụng.

Khi mới bắt đầu vào năm 2023, mỗi lần Harrell muốn sử dụng hệ thống, các thành viên nhóm nghiên cứu phải trực tiếp đến nhà để kết nối và ngắt kết nối thiết bị.

Hiện nay, quy trình đó đã được đơn giản hóa đáng kể.

Nhóm nghiên cứu đã tự động hóa nhiều thành phần của hệ thống, cho phép người chăm sóc của Harrell có thể tự hỗ trợ anh đeo vào hoặc tháo ra.

Nhóm nghiên cứu cho biết: “Anh ấy thức dậy, được kết nối với hệ thống và bắt đầu sử dụng ngay”.

Theo Mariska Vansteensel, nhà nghiên cứu BCI tại Trung tâm Y khoa Utrecht của Hà Lan, đây là bước tiến đặc biệt quan trọng đối với tương lai của các công nghệ giao diện não máy tính.

Bà nhận xét: “Để các công nghệ này thực sự có ý nghĩa đối với bệnh nhân, chúng ta cần thử nghiệm chúng trong đúng những môi trường mà sau này chúng sẽ được sử dụng nhằm chứng minh rằng chúng mang lại giá trị, có thể sử dụng được và hoạt động tốt mà không cần sự hiện diện liên tục của một nhóm nghiên cứu”.

Song song với đó, hiệu suất hệ thống cũng tiếp tục được nâng cao.

Không chỉ giao tiếp bằng lời nói, Harrell còn có thể điều khiển con trỏ trên máy tính. Khả năng này được xem là một bước ngoặt, cho phép anh gửi tin nhắn, email, truy cập internet và duy trì công việc của mình với tư cách là một nhà hoạt động môi trường.

Một điểm đáng chú ý của dự án là sự tham gia trực tiếp của Harrell vào quá trình hoàn thiện hệ thống.

Trong nhiều năm sử dụng, nhóm nghiên cứu liên tục cập nhật phần mềm để đáp ứng các nhu cầu cụ thể từ chính người dùng.

Hiện Harrell có thể kích hoạt chế độ riêng tư, trong đó mọi văn bản được giải mã từ tín hiệu não sẽ tự động bị xóa.

Anh cũng có thể sử dụng bộ lọc từ ngữ không phù hợp với trẻ nhỏ khi trò chuyện với cô con gái nhỏ.

Anh Harrell cho biết: “Chúng tôi đã có thể bổ sung thêm nhiều cải tiến ở phía phần mềm của thiết bị nhằm nâng cao độ chính xác và thêm nhiều tính năng hữu ích giúp tôi độc lập hơn trong quá trình sử dụng”.

Thành công chưa phải là lời giải cho mọi bệnh nhân ALS

Dù kết quả rất ấn tượng, nhưng các chuyên gia vẫn thận trọng khi đánh giá triển vọng của công nghệ.

Nhà nghiên cứu Vansteensel lưu ý rằng chưa có gì đảm bảo hệ thống sẽ hoạt động hiệu quả tương tự hoặc duy trì được trong thời gian dài đối với mọi bệnh nhân ALS.

Bà dẫn chứng trường hợp một phụ nữ mắc ALS mà bà đã hỗ trợ trong hơn một thập kỷ. Người này sử dụng một hệ thống cấy ghép hoàn toàn để tạo ra các “cú nhấp chuột não” nhằm điều khiển con trỏ giao tiếp.

Thiết bị hoạt động trong bảy năm trước khi ngừng hiệu quả vào cuối giai đoạn đó, dường như do quá trình thoái hóa não tiếp tục tiến triển.

Jane Huggins, nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan của Mỹ, cũng cho rằng không phải mọi bệnh nhân ALS đều sẵn sàng trải qua phẫu thuật não xâm lấn.

Bà nói: “Khả năng sử dụng lâu dài, độc lập cùng hiệu quả giao tiếp chính xác và hiệu quả chính là mục tiêu tối thượng của BCI. Tuy nhiên, chúng tôi nhận thấy một xu hướng khá nhất quán là những người mắc các bệnh tiến triển như ALS thường không muốn phải nằm viện”.

Đối với anh Harrell, những lợi ích mà hệ thống mang lại đã vượt xa kỳ vọng ban đầu.

Anh chia sẻ: “Điều này đã cho phép tôi tiếp tục làm việc, kiếm thu nhập và duy trì bảo hiểm cho gia đình. Nó giúp tôi kết nối lại với bạn bè và người thân, những người trước đây quá ngại ngùng hoặc lo lắng khi đến thăm vì không thể hiểu tôi nói gì”.

Có lẽ tác động sâu sắc nhất đối với anh nằm ở gia đình.

“Với cô con gái bảy tuổi của mình, tôi có thể xây dựng một mối gắn kết mà trước đây tôi chưa từng làm được. Giờ đây tôi có thể đọc sách cho con nghe và giúp con cải thiện kỹ năng đọc của mình. Nhờ đó, tôi có thể chia sẻ trách nhiệm nuôi dạy con với vợ tôi, người vốn đã phải chăm sóc tôi rất nhiều và đồng thời chăm sóc cả con gái chúng tôi”.

Trong khi đó, nhóm nghiên cứu vẫn tiếp tục đặt ra những mục tiêu tham vọng hơn.

Một trong những hướng phát triển tiếp theo là khôi phục hoàn toàn giọng nói của anh Harrell thông qua hệ thống “não đến giọng nói” (brain to voice).

Công nghệ này hướng tới khả năng chuyển đổi trực tiếp tín hiệu thần kinh thành giọng nói tự nhiên, bao gồm nhịp điệu, ngữ điệu và sắc thái cảm xúc.

Nếu thành công, hệ thống có thể tạo ra những giọng nói thể hiện sự vui vẻ, tức giận hoặc mỉa mai giống như giao tiếp thông thường của con người.

Với anh Harrell, những gì đã đạt được đến nay vẫn là điều vượt ngoài sức tưởng tượng, anh chia sẻ:“Dù có nằm mơ một triệu lần, tôi cũng không nghĩ rằng mình sẽ đạt được nhiều cải thiện đến thế”.

* Nguồn: MIT Technology Review