"Người dùng chuyên nghiệp" đầu tiên của cấy ghép não giúp người bệnh ALS nói chuyện và làm việc

Casey Harrell, một người đàn ông 45 tuổi mắc bệnh xơ cứng teo cơ một bên (ALS), đã trở thành "người dùng chuyên nghiệp" (power user) đầu tiên của một giao diện máy tính - não bộ (BCI) giúp ông nói chuyện. Sau gần ba năm được cấy ghép các điện cực vào não, Harrell đã tích lũy hàng nghìn giờ sử dụng thiết bị này tại nhà. Ông không chỉ có thể giao tiếp mà còn sử dụng nó để lướt web, gửi tin nhắn và tiếp tục công việc của mình như một nhà hoạt động môi trường.

"Cuộc sống với một căn bệnh như ALS, người ta cho rằng bạn phải thu hẹp những ước mơ của mình. Nhưng tôi thì không," Harrell chia sẻ với MIT Technology Review. "Bất kỳ điều nào trong số này cũng là một sự cải thiện tuyệt vời. Việc có được tất cả chúng, và nhiều hơn nữa, thực sự là một cuộc cách mạng."

Bước đột phá trong giao tiếp

Ba năm trước, Harrell, người lúc đó đã bị liệt và gặp khó khăn lớn trong việc nói cũng như vận động, đã tin tưởng giao bộ não của mình cho đội ngũ nghiên cứu của Đại học California, Davis (UC Davis). Ông quyết định tham gia thử nghiệm cấy ghép não bộ vào thời điểm ngành công nghiệp này đang đứng trước bờ vực của sự chuyển đổi.

Vào tháng 7 năm 2023, các bác sĩ đã cấy ghép bốn mảng điện cực, mỗi mảng chứa 64 điện cực, vào não của Harrell trong một ca phẫu thuật kéo dài 5 giờ. Các mảng điện cực này được kết nối với hai điểm neo trên hộp sọ, cho phép kết nối với máy tính bên ngoài.

Đội ngũ nghiên cứu đã phát triển các thuật toán để giải mã hoạt động của não thành lời nói. Hệ thống hoạt động bằng cách ghi lại hoạt động từ vỏ não vận động ngôn ngữ—vùng não chịu trách nhiệm cho các chuyển động giúp chúng ta nói.

"Có 39 âm vị tạo nên tất cả các âm thanh trong ngôn ngữ tiếng Anh," Nicholas Card, một kỹ sư thần kinh tại UC Davis và thành viên của nhóm nghiên cứu, giải thích. Bằng cách ánh xạ hoạt động thần kinh liên quan đến việc tạo ra từng âm vị đó, nhóm đã tạo ra một bộ giải mã lời nói cá nhân hóa và phần mềm có thể "nói" ra những từ này.

Từ thí nghiệm đến cuộc sống thực tế

Chỉ khoảng một tháng sau phẫu thuật, Harrell bắt đầu sử dụng thiết bị. Ngày đầu tiên, với vốn từ vựng 50 từ, thiết bị đã đạt độ chính xác 99,6%. Sau đó, vốn từ vựng được mở rộng lên 125.000 từ với độ chính xác 97,5%.

Tuy nhiên, thách thức lớn nhất là sự ổn định lâu dài. Các giao diện máy tính - não bộ vẫn còn khá mới, và mô sẹo có thể hình thành xung quanh điện cực, gây nhiễu tín hiệu. Tuy nhiên, điều này dường như không xảy ra với Harrell. Trong 22,6 tháng đầu tiên sau khi cấy ghép, ông đã sử dụng thiết bị hơn 3.800 giờ tại nhà mà không cần sự hiện diện của các nhà nghiên cứu.

"Ông ấy là người dùng chuyên nghiệp đầu tiên của một BCI giao tiếp," Sergey Stavisky, kỹ sư thần kinh tại UC Davis, nhận xét.

Sự độc lập và các tính năng nâng cao

Một bước tiến quan trọng khác là khả năng sử dụng thiết bị độc lập của Harrell. Trước đây, các nhà nghiên cứu phải đến nhà ông để kết nối và ngắt kết nối thiết bị. Hiện nay, quy trình này đã được tự động hóa hơn, cho phép người chăm sóc của Harrell thực hiện việc này một cách dễ dàng. "Ông ấy thức dậy, được cắm thiết bị vào và bắt đầu làm việc luôn," Stavisky nói.

Hệ thống hiện nay đạt độ chính xác 99% và cho phép Harrell điều khiển con trỏ chuột. Đây là một thay đổi mang tính bước ngoặt, giúp ông sử dụng máy tính cá nhân để gửi tin nhắn, email, lướt web và duy trì công việc của mình.

Đội ngũ nghiên cứu cũng đã cập nhật hệ thống dựa trên các yêu cầu cụ thể của Harrell. Ông có thể bật "chế độ riêng tư" (nơi văn bản được giải mã sẽ tự động xóa) và sử dụng bộ lọc thô tục khi nói chuyện với con gái nhỏ của mình.

Tương lai của công nghệ cấy ghép não

Mặc dù thiết bị hoạt động hiệu quả với Harrell, các chuyên gia cảnh báo rằng chưa có gì đảm bảo nó sẽ hoạt động tốt như vậy với tất cả mọi người. Không phải mọi bệnh nhân ALS cũng sẵn sàng thực hiện phẫu thuật não xâm lấn.

Tuy nhiên, đối với Harrell, thiết bị này là "không gì khác ngoài cách mạng". "Thiết bị này cho phép tôi tiếp tục làm việc, kiếm tiền và bảo hiểm cho gia đình. Nó kết nối lại tôi với bạn bè và gia đình," ông bộc bạch. Quan trọng hơn, ông có thể đọc sách cho con gái và chia sẻ trách nhiệm nuôi dạy con với vợ.

Stavisky và các đồng nghiệp hy vọng sẽ cải thiện thiết bị hơn nữa trong tương lai, với mục tiêu khôi phục lại "giọng nói đầy đủ" cho Harrell—bao gồm ngữ điệu, nhấn điệu và sắc thái tự nhiên.

"Tôi đã âm thầm tự tin rằng tôi có thể nhận được một số lợi ích cá nhân từ hệ thống này," Harrell nói. "Nhưng tôi chưa bao giờ nghĩ rằng mình sẽ đạt được nhiều điều đến như vậy."