Đột phá cấy ghép não: Hy vọng mới cho người mất khả năng nói
Các nhà khoa học tại bang California (Mỹ) vừa công bố một thành tựu y học thần kinh mang tính tiên phong: thiết bị cấy ghép não đầu tiên có khả năng giải mã và phát âm “lời nói thầm” – những từ ngữ chỉ xuất hiện trong suy nghĩ của người bệnh nhưng không thể được nói ra do liệt.
Giải mã trực tiếp suy nghĩ về lời nói
Trước đây, các nghiên cứu đã giúp người mất khả năng nói có thể giao tiếp bằng cách thu nhận tín hiệu từ vỏ não vận động khi họ cố gắng cử động miệng, lưỡi, môi và dây thanh quản. Nhưng nay, nhóm nghiên cứu tại Đại học Stanford đã bỏ qua hoàn toàn bước “cố gắng phát âm” này.
“Đây là lần đầu tiên chúng tôi hiểu được hoạt động của não bộ khi con người chỉ nghĩ đến việc nói”, bà Erin Kunz, tác giả chính của công trình, phát biểu trên tạp chí Cell. “Với những người bị suy giảm nghiêm trọng khả năng vận động và giao tiếp, giao diện não – máy tính (BCI) có thể giải mã “lời nói thầm” sẽ giúp họ giao tiếp dễ dàng và tự nhiên hơn”.
Thử nghiệm trên bệnh nhân liệt nặng
Nghiên cứu có sự tham gia của bốn bệnh nhân bị liệt nghiêm trọng do xơ cứng teo cơ một bên (ALS) hoặc đột quỵ thân não. Một trong số họ chỉ có thể giao tiếp bằng cách đảo mắt lên xuống để biểu thị “có” và sang ngang để biểu thị “không”.
Sau khi được cấy mảng điện cực BrainGate vào vỏ não vận động điều khiển lời nói, các bệnh nhân được yêu cầu hoặc cố gắng nói, hoặc chỉ tưởng tượng ra một tập hợp từ. Các mô hình AI sau đó được huấn luyện để nhận diện các mẫu hoạt động thần kinh tương ứng với từng âm vị (phoneme) – đơn vị cấu thành lời nói – và ghép chúng thành câu.
Kết quả cho thấy, “lời nói thầm” tạo ra các mô hình hoạt động trong vỏ não vận động tương tự như lời nói thật nhưng có những khác biệt rõ rệt. Tín hiệu từ “lời nói thầm” yếu hơn nhưng đủ dễ nhận biết để đạt tỷ lệ chính xác lên đến 74% theo thời gian thực.
Cách hoạt động của thiết bị giải mã “lời nói thầm”
• Cấy điện cực: Một mảng điện cực siêu nhỏ được cấy vào vùng vỏ não vận động kiểm soát lời nói.
• Ghi nhận tín hiệu: Hoạt động điện trong não được đo lường và xử lý để trích xuất tín hiệu thần kinh.
• Xử lý bằng AI:
- Mạng nơ-ron nhân tạo và học máy chuyển tín hiệu thần kinh thành các đơn vị âm vị.
- Mô hình ngôn ngữ và bộ biến đổi tạo ra khoảng 100 chuỗi từ có khả năng nhất.
• Phát âm thanh: Chuỗi từ có xác suất chính xác cao nhất được lựa chọn và phát ra qua loa Bluetooth.
Kết quả: Những từ ngữ người bệnh chỉ “nghĩ trong đầu” sẽ được chuyển thành giọng nói, giúp họ giao tiếp một cách tự nhiên.
Tiềm năng khôi phục giao tiếp tự nhiên
Theo Phó Giáo sư phẫu thuật thần kinh Frank Willett, độ chính xác này đủ để chứng minh rằng, với cải tiến cả về cấy ghép và nhận diện, “các hệ thống trong tương lai có thể khôi phục khả năng nói lưu loát, nhanh và thoải mái, chỉ dựa vào “lời nói thầm”.
“Với người bị liệt, việc cố gắng nói có thể chậm và gây mệt mỏi, còn nếu liệt một phần, họ còn dễ phát ra âm thanh không mong muốn và gặp khó khăn trong kiểm soát hơi thở. Công trình này mang lại hy vọng thực sự rằng một ngày nào đó, giao diện não – máy tính có thể khôi phục khả năng giao tiếp tự nhiên và thoải mái như lời nói hàng ngày", ông nhấn mạnh.
Vấn đề quyền riêng tư và giải pháp bảo mật
Một phát hiện đáng chú ý là thiết bị đôi khi ghi nhận cả những suy nghĩ không được yêu cầu, như việc bệnh nhân thầm đếm số khi nhìn hình trên màn hình. Điều này làm dấy lên lo ngại về nguy cơ “rò rỉ” suy nghĩ cá nhân.
Để khắc phục, nhóm nghiên cứu phát triển cơ chế “mật khẩu” – thiết bị chỉ giải mã khi người dùng tưởng tượng mật khẩu mở khóa. Trong thử nghiệm, cụm từ “chitty chitty bang bang” giúp ngăn chặn giải mã ngoài ý muốn với hiệu quả 98%.
Hướng mở cho công nghệ giao diện não – máy tính
Công trình của Stanford được công bố trong bối cảnh các dự án giao diện não – máy tính đang được đầu tư mạnh mẽ ở cả khu vực học thuật và tư nhân nhằm cải thiện giao tiếp và vận động cho người khuyết tật. Tuần này, OpenAI của CEO Sam Altman cũng vừa công bố dự án Merge, phát triển giao diện não – máy tính cạnh tranh trực tiếp với Neuralink của CEO Elon Musk.
Với công nghệ giải mã “lời nói thầm”, nếu được tiếp tục phát triển sẽ hứa hẹn không chỉ thay đổi cuộc sống của hàng triệu người mất khả năng nói, mà còn mở ra kỷ nguyên mới cho y học phục hồi chức năng và công nghệ thần kinh.
