Công cụ AI "đọc suy nghĩ" có thể tái tạo hình ảnh bạn đang nhìn từ dữ liệu quét não

Trong nhiều thập kỷ, giới khoa học thần kinh đã nỗ lực tìm cách tái tạo những gì con người đang nhìn thấy hoặc đang nghĩ đến. Những nỗ lực đầu tiên chỉ tạo ra các hình ảnh mờ nhòe, khó nhận diện. Nhưng với sự tiến bộ vượt bậc của AI, khoảng cách giữa hoạt động não bộ và hình ảnh thị giác ngày càng được thu hẹp đáng kể.

Một nhóm nghiên cứu do Michal Irani dẫn đầu tại Viện Khoa học Weizmann ở Rehovot (Israel) vừa công bố công cụ AI có khả năng tái tạo hình ảnh mà một người đang quan sát chỉ từ dữ liệu quét não fMRI. Đáng chú ý hơn, công cụ này còn có thể hoạt động theo chiều ngược lại: dự đoán hoạt động não bộ của một người dựa trên hình ảnh mà họ đang xem.

Cách thức hoạt động

fMRI (chụp cộng hưởng từ chức năng) sử dụng một nam châm khổng lồ để theo dõi dòng chảy của máu giàu oxy qua não. Những vùng não "sáng lên" trên ảnh fMRI được cho là đang hoạt động tích cực tại thời điểm đó. Tuy nhiên, độ phân giải của các máy fMRI thông thường khá hạn chế, mỗi "voxel" bao phủ khoảng ba milimét khối, chứa tới khoảng 16.000 neuron.

Irani và các cộng sự đã sử dụng các bộ dữ liệu mới hơn, được thu thập bằng máy quét có độ phân giải cao hơn, với mỗi voxel chỉ bao phủ khoảng một milimét khối. Họ huấn luyện mô hình AI trên dữ liệu từ tám người, mỗi người đã được cho xem khoảng 9.000 hình ảnh trong khi nằm trong máy fMRI độ phân giải cao.

Điểm then chốt trong phương pháp của họ là bộ giải mã não bộ (brain decoder) gồm hai nhánh: một nhánh dự đoán cấu trúc của hình ảnh (vị trí các màu sắc, bố cục), và một nhánh dự đoán nội dung (ví dụ: một nải chuối trên đĩa). Các dự đoán này cho phép một mô hình khuếch tán (diffusion model) — loại AI nổi tiếng với khả năng tạo video và hình ảnh — tái tạo hình ảnh chính xác hơn nhiều so với các phương pháp trước đây.

Để khắc phục tình trạng thiếu dữ liệu, nhóm nghiên cứu đã huấn luyện thêm một mô hình theo hướng ngược lại: một bộ mã hóa (encoder) có thể dự đoán hoạt động não bộ từ một hình ảnh bất kỳ. Sau đó, họ kết hợp encoder và decoder để cải thiện lẫn nhau. Quy trình diễn ra như sau: bắt đầu với một hình ảnh mới, ví dụ một con báo, dùng encoder dự đoán hoạt động não bộ khi người đó nhìn thấy hình ảnh này, rồi dùng decoder tái tạo lại hình ảnh từ dự đoán đó. Ban đầu hình ảnh tái tạo có thể chưa giống con báo, nhưng qua quá trình huấn luyện lặp đi lặp lại, chất lượng cải thiện rõ rệt.

Cách tiếp cận này cho phép nhóm nghiên cứu huấn luyện mô hình trên số lượng hình ảnh tùy ý, ngay cả khi chúng chưa từng được cho người tham gia xem trong máy quét fMRI. Khoảng 70% dữ liệu huấn luyện đến từ các hình ảnh không được ghép cặp với dữ liệu fMRI ban đầu.

Bước tiến vượt trội

Kết quả là một "bộ mã hóa não bộ phổ quát" (universal brain encoder) có thể hoạt động trên dữ liệu quét từ một người mới chỉ với thời gian hiệu chuẩn tối thiểu. Trong khi các công cụ trước đây thường cần khoảng 40 giờ dữ liệu fMRI trên một người mới để có thể dự đoán những gì họ đang nhìn, bộ giải mã của Irani chỉ cần một giờ dữ liệu.

Điều này có ý nghĩa rất lớn với giới nghiên cứu. Tommy Sprague, nhà khoa học thần kinh tại Đại học California Santa Barbara, nhận xét: "Không ai trong chúng tôi có thể chi trả cho 40 giờ chụp ảnh cho một đối tượng mới. Chi phí vào khoảng 600 đến 1.000 USD mỗi giờ." Theo ông, các công cụ như vậy có thể đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu.

Tất nhiên, công cụ này không hoàn hảo. Irani thừa nhận vẫn có những trường hợp thất bại, như một hình ảnh chiếc bánh kem bị tái tạo thành ba chiếc bánh sandwich, hay một con chó trong bồn tắm bị tái tạo thành một con dê cùng màu trong bồn tắm. Tuy nhiên, trong các thử nghiệm so sánh, công cụ của bà vượt trội hơn hẳn các phương pháp đã được công bố trước đó.

Lo ngại về quyền riêng tư tinh thần

Bên cạnh những tiềm năng to lớn, công nghệ này đặt ra câu hỏi nghiêm túc về quyền riêng tư tinh thần. Judy Illes, giáo sư thần kinh học tại Đại học British Columbia (Canada), đánh giá công trình là "tuyệt vời" và cho rằng ý tưởng ứng dụng phương pháp này để hỗ trợ điều trị cho người mắc bệnh thần kinh là "vô cùng hấp dẫn". Nhưng bà cũng như nhiều nhà khoa học khác cảnh báo rằng cách tiếp cận tương tự có thể bị lợi dụng để tiết lộ suy nghĩ và hình ảnh tinh thần của con người mà không có sự đồng ý của họ.

Sprague bày tỏ lo ngại: "Nếu có cách để lén lút trích xuất thông tin về những gì bạn đang nghĩ, thì 150 năm khoa học viễn tưởng có thể trở thành hiện thực bất cứ lúc nào, và điều đó đáng lo ngại theo nhiều cách."

Đặc biệt, Irani và các nhà khoa học khác đang nghiên cứu các phương pháp tương tự để giải mã hoạt động não bộ từ EEG — tín hiệu điện não thu thập qua mũ điện cực hoặc thậm chí qua tai nghe. Marcello Ienca, nhà thần kinh học và triết học tại Đại học Kỹ thuật Munich (Đức), gọi bước chuyển sang EEG là một "yếu tố thay đổi cuộc chơi". Một khi thiết bị EEG đã được hiệu chuẩn cho não bộ của người dùng, các công ty có thể dễ dàng trích xuất thêm thông tin từ não bộ người đó, có thể mà không cần sự đồng ý.

Ông cũng có thể hình dung một số tòa án cho phép sử dụng hình ảnh tái tạo từ não bộ như bằng chứng pháp lý. "Tôi không nghi ngờ gì rằng đây là nghiên cứu có thiện ý, nhưng tôi nghĩ cũng khá rõ ràng rằng nó có thể bị lợi dụng cho những mục đích thương mại gây vấn đề về mặt đạo đức và xã hội", Ienca nói.

Tương lai phía trước

Irani hiện đang lên kế hoạch mở rộng nghiên cứu ra ngoài hình ảnh, sang cả video và âm thanh. Bà muốn có thể tái tạo những gì con người đang nghĩ đến hoặc đang tưởng tượng, cũng như nội dung giấc mơ. Ngoài ra, công cụ này có thể giúp những người bị hội chứng khóa trong (locked-in) — hoàn toàn bị liệt nhưng vẫn tỉnh táo — giao tiếp chỉ bằng hoạt động não bộ. Nó cũng có thể giúp các nhà khoa học giải mã những bí ẩn lâu dài về hoạt động bên trong tâm trí, chẳng hạn như hồi tưởng của chứng PTSD trông như thế nào.

Về lo ngại bị lạm dụng, Irani thừa nhận tiềm năng này với EEG nhưng chưa quá bận tâm ở thời điểm hiện tại. "Tôi đang cố gắng chỉ nghĩ đến những điều tốt đẹp", bà nói.

Đối với độc giả Việt Nam quan tâm đến AI và khoa học thần kinh, nghiên cứu này cho thấy ranh giới giữa công nghệ và tâm trí con người đang ngày càng mờ đi. Khi các mô hình AI ngày càng mạnh hơn, câu hỏi về đạo đức và khuôn khổ pháp lý cho quyền riêng tư tinh thần sẽ trở thành vấn đề cấp thiết không chỉ ở các nước phát triển mà cả tại Việt Nam, nơi các ứng dụng AI đang phát triển nhanh chóng trong nhiều lĩnh vực.