Một phép màu công nghệ đã xảy ra khi người đàn ông Mỹ bị bại liệt do căn bệnh ALS có thể nói chuyện trở lại nhờ chip não cấy ghép. Casey Harrell, bệnh nhân mắc bệnh xơ cứng teo cơ một bên (ALS), đã sử dụng giao diện não máy tính (BCI) trong gần ba năm để giao tiếp với gia đình, bạn bè, đọc sách cho con gái nhỏ, lướt web và tiếp tục công việc. Theo nhóm nghiên cứu tại Đại học California, đây là trường hợp đầu tiên của một “người dùng chuyên sâu” đối với công nghệ BCI dành cho giao tiếp bằng lời nói.
Hành trình từ bệnh nhân ALS đến người tiên phong
Ba năm trước, khi quyết định tham gia thử nghiệm, Harrell 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, không thể tự điều khiển xe lăn, mặc quần áo hay ăn uống. Khả năng nói chuyện suy giảm nghiêm trọng đến mức nhiều người không hiểu anh đang cố gắng truyền đạt điều gì. 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 để hỗ trợ giao tiếp. Harrell nhớ lại: “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. Đây 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.
Cách thức hoạt động của chip não
Nhóm nghiên cứu của Đại học California đã phát triển các thuật toán chuyển đổi tín hiệu thần kinh thành lời nói. Hệ thống 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 phát âm. Theo Nicholas Card, kỹ sư thần kinh trong nhóm: “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 xây dựng bộ giải mã lời nói cá nhân hóa cho từng người dùng. Card giải thích: “Trước tiên, chúng tôi chuyển dữ liệu não thành các âm vị, rồi từ âm vị thành từ ngữ”.
Khoảng một tháng sau ca phẫu thuật, Harrell bắt đầu vận hành hệ thống. Bộ giải mã 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 lên 125.000 từ, trong khi độ chính xác duy trì ở mức 97,5%. Đây là thành tựu quan trọng bởi các nhà khoa học chưa biết thiết bị có thể hoạt động ổn định trong bao lâu. Một lo ngại lớn là mô sẹo hình thành quanh điện cực, làm suy giảm khả năng ghi nhận tín hiệu não, nhưng hiện tượng này dường như chưa ảnh hưởng đáng kể đến 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. Khi mới bắt đầu vào năm 2023, mỗi lần Harrell muốn sử dụng hệ thống, các nhà nghiên cứu phải đến nhà để kết nối và ngắt kết nối. Hiện nay, quy trình đã được đơn giản hóa: nhóm nghiên cứu tự động hóa nhiều thành phần, cho phép người chăm sóc của Harrell 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 quan trọng: “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”. Hiệu suất hệ thống cũng được nâng cao: Harrell có thể điều khiển con trỏ trên máy tính, gửi tin nhắn, email, truy cập internet và duy trì công việc với tư cách là nhà hoạt động môi trường.
Một điểm đáng chú ý là sự tham gia trực tiếp của Harrell vào quá trình hoàn thiện hệ thống. Nhóm nghiên cứu liên tục cập nhật phần mềm để đáp ứng nhu cầu của người dùng. 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 con gái. Harrell chia sẻ: “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”.
Thành công chưa phải là lời giải cho mọi bệnh nhân ALS
Dù kết quả ấn tượng, các chuyên gia vẫn thận trọng. Vansteensel lưu ý rằng chưa có gì đảm bảo hệ thống sẽ hoạt động hiệu quả tương tự với mọi bệnh nhân ALS. Bà dẫn chứng trường hợp một phụ nữ mắc ALS đã sử dụng hệ thống cấy ghép trong bảy năm trước khi ngừng hiệu quả do thoái hóa não. Jane Huggins, nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan, cho rằng không phải bệnh nhân nào cũng sẵn sàng trải qua phẫu thuật não xâm lấn: “Khả năng sử dụng lâu dài, độc lập cùng hiệu quả giao tiếp chính xác là mục tiêu tối thượng của BCI. Nhưng những người mắc bệnh tiến triển như ALS thường không muốn phải nằm viện”.
Đối với Harrell, lợi ích vượt xa kỳ vọng: “Điều này 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”. Tác động sâu sắc nhất nằm ở gia đình: “Với cô con gái bảy tuổi, tôi có thể xây dựng mối gắn kết mà trước đây chưa từng làm được. Giờ đây tôi có thể đọc sách cho con nghe và giúp con cải thiện kỹ năng đọc. Nhờ đó, tôi có thể chia sẻ trách nhiệm nuôi dạy con với vợ”.
Nhóm nghiên cứu tiếp tục đặt mục tiêu tham vọng hơn, như khôi phục hoàn toàn giọng nói của Harrell thông qua hệ thống “não đến giọng nói” (brain to voice). Công nghệ này hướng tới chuyển đổi trực tiếp tín hiệu thần kinh thành giọng nói tự nhiên, bao gồm nhịp điệu, ngữ điệu và sắc thái cảm xúc. Với Harrell, những gì đã đạt được vẫn là điều ngoài sức tưởng tượng: “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
