Bứt phá AI và giao diện não-máy tính: Giúp bệnh nhân ALS nói chuyện và làm việc toàn thời gian

Hãy tưởng tượng tình huống khủng khiếp khi không chỉ không thể cử động tay chân mà còn mất khả năng nói chuyện. Trong nhiều năm, giao diện não-máy tính (BCI) luôn được xem như một hứa hẹn xa vời về khả năng đọc sóng não để giúp con người giao tiếp và sử dụng máy tính. Tuy nhiên, một bước đột phá mới đây đã chứng minh rằng công nghệ này có thể giúp một người nói chuyện và thậm chí làm việc toàn thời gian ngay cả khi mắc bệnh tật tàn phá cơ thể.

Một nhóm khoa học gia từ Đại học California, Davis (UC Davis) đã công bố một bài báo chi tiết về nghiên cứu kéo dài nhiều năm đối với hệ thống BCI được cấy ghép cho một bệnh nhân mắc bệnh xơ cứng teo cơ một bên (ALS), hay còn gọi là bệnh Lou Gehrig. Đây là căn bệnh phá hủy các neuron vận động, gây mất kiểm soát vận động và dẫn đến bại liệt. Theo nhóm nghiên cứu, bệnh nhân Casey Harrell đã sống với các cấy ghép BCI từ năm 2023 và hệ thống này vẫn hoạt động tốt cho đến ngày nay, mang lại cho anh khả năng không chỉ điều khiển con trỏ chuột bằng ý nghĩ mà còn cả khả năng nói chuyện.

Casey Harrell mô tả cảm giác khi kết nối với hệ thống của mình

Đội ngũ Davis là một phần của liên minh các trường đại học với Cục Cựu chiến binh Mỹ, được biết đến với tên gọi BrainGate. Họ đang làm việc trên nhiều dự án khoa học thần kinh nhằm khôi phục lời nói, sử dụng máy tính và trong một số trường hợp là khôi phục vận động. Trong trường hợp của Harrell, nhóm Davis đã tìm cách biến công nghệ thử nghiệm thành thứ gì đó bền bỉ và thực tế để sử dụng ngoài phòng thí nghiệm.

Độ chính xác ấn tượng và ứng dụng thực tế

Bác sĩ phẫu thuật thần kinh David Brandman, người đã đặt cấy ghép cho Harrell, mô tả kết quả nghiên cứu là việc vượt qua một ngưỡng cửa quan trọng trong công nghệ BCI. Không chỉ cấy ghép của Harrell hoạt động tốt trong việc sử dụng hàng ngày từ năm 2023, mà độ chính xác của nó còn cực kỳ cao. Trong các bài kiểm soát, hệ thống đã tổng hợp các câu từ hoạt động não của Harrell với độ chính xác 99%; ngoài phòng thí nghiệm trong việc sử dụng hàng ngày, Harrell đánh giá độ chính xác vẫn đạt 92%.

"Điều quan trọng nhất đối với tôi là nó cho phép giao tiếp hàng ngày cho một người đàn ông muốn nói chuyện nhưng không thể," Brandman chia sẻ. "Mặc dù bị bại liệt, [Harrell] đã quay lại làm việc toàn thời gian và có những cuộc trò chuyện ý nghĩa với con gái mình, người chưa từng nghe thấy giọng nói của anh."

Trước đây, các công việc BCI thường yêu cầu các nhà nghiên cứu phải có mặt tại nhà bệnh nhân hoặc bệnh nhân phải đến phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, trường hợp này khác biệt, hệ thống cho phép đội ngũ chăm sóc tại nhà của Harrell tự kết nối anh với hệ thống. Điều này cho phép Harrell sử dụng thiết bị hơn 3.800 giờ trong vài năm qua, tương đương hơn 5 giờ mỗi ngày.

Thiết lập BCI tại nhà của Casey Harrell

Vai trò của AI và phần mềm BRAND

Brandman cho biết nghiên cứu của Davis không liên quan đến bất kỳ phần cứng chuyên dụng nào, thay vào đó họ tận dụng thiết kế BCI hiện có của Blackrock Neurotech. Tiến bộ lớn nhất, theo nhà thần kinh học này, nằm ở việc sử dụng công nghệ học máy (machine learning) của nhóm mình.

Phòng thí nghiệm đã xây dựng một nền tảng phần mềm riêng để vận hành các thiết bị BCI có tên là "Brain-computer interface for Rapidly Adaptive Neural Decoding" (BRAND). Tại đây, các thuật toán AI đóng vai trò then chốt. Theo bài báo, các thuật toán AI của BRAND có thể chuyển đổi hoạt động trong vùng trước trung tâm bụng (ventral precentral gyrus) của não bộ - phần kiểm soát chức năng vận động của khuôn mặt, miệng và hàm - thành các âm vị tiếng Anh. Các thuật toán bổ sung sẽ ánh xạ các âm vị đó thành từ, và từ thành câu.

Kết quả là một quá trình tổng hợp lời nói rất chính xác, cho phép Harrell làm việc toàn thời gian với tư cách là một người bảo vệ môi trường.

Tương lai của công nghệ cấy ghép não

Về việc khi nào công nghệ này có thể ra thị trường thương mại, Brandman so sánh trạng thái hiện tại của công nghệ BCI với những chiếc máy tạo nhịp tim (pacemaker) sơ khai vào những năm 1950. Khi đó, chúng phải được nối với phần cứng bên ngoài cơ thể, thường được kết nối với pin lớn hoặc dây trực tiếp vào tường. Bảy mươi năm sau, máy tạo nhịp tim đơn giản đến mức có thể cấy ghép trong quy trình ngoại trú.

"Chúng ta đang ở giai đoạn sơ khai của loại công nghệ này," Brandman nói. "Casey đã chứng minh rằng loại công nghệ này mang tính thực tế."

Hiện tại, Harrell có thể vẫn đang kết nối với một loạt máy tính bên ngoài cồng kềnh, nhưng sự kết hợp giữa những tiến bộ về AI của đội ngũ Davis và công việc phần cứng của các công ty khác đang làm sáng tỏ tương lai cho nhiều người bị hạn chế bởi bại liệt và các khuyết tật khác.

"Tôi rất khao khát không còn là người duy nhất hay đặc biệt, bởi vì điều đó sẽ có nghĩa là tôi không còn bệnh nữa hoặc rằng tất cả những người mắc bệnh như tôi đều có thể được kê đơn [BCI]," Harrell bày tỏ.

BrainGate hiện đang chấp nhận đơn đăng ký cho những người tham gia nghiên cứu trong tương lai.