Cấy ghép não và giấc mơ điều khiển máy móc bằng ý nghĩ
26/05/26
Các thiết bị cấy ghép não giúp người liệt điều khiển máy tính, vận hành tay robot, giao tiếp bằng giọng nói nhân tạo, thậm chí khôi phục một phần vận động. Chưa có giao diện não nhưng các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong ngành tin điều này có thể xảy ra trong 5 năm tới. Nếu thành công, công nghệ mở ra kỷ nguyên mới cho những bệnh nhân từng bị mất quyền kiểm soát cơ thể.
Từ điện não đồ đến cấy ghép não
Lịch sử của giao diện não – máy tính, hay BCI, bắt đầu từ ý tưởng tưởng như viễn tưởng: đọc hoạt động điện của neuron và biến chúng thành lệnh điều khiển thiết bị bên ngoài.
Năm 1924, Hans Berger, bác sĩ tâm thần người Đức ghi lại điện não đồ đầu tiên trên thiếu niên 17 tuổi phẫu thuật não. Sau nầy, ông phát triển cảm biến đặt trên da đầu, cho phép đo hoạt động điện não mà không cần mổ. Điện não đồ, hay EEG, đến nay vẫn dùng để chẩn đoán động kinh, u não và đột quỵ.
Tuy nhiên, EEG chỉ cho tín hiệu khá mờ, vì phải đọc hoạt động thần kinh qua tóc, xương sọ và dịch. Cuối thế kỷ 20, giới nghiên cứu nhận ra muốn điều khiển máy móc chính xác bằng ý nghĩ, điện cực cần được đặt dưới hộp sọ, trên bề mặt não hoặc cắm trực tiếp vào mô thần kinh.
Những bước đi đầu tiên
Năm 1973, Jacques Vidal, nhà khoa học máy tính lần đầu dùng thuật ngữ brain – computer interface. Ông đặt câu hỏi: liệu tín hiệu điện não có thể trở thành kênh giao tiếp giữa con người và máy tính, để điều khiển tay giả hay thiết bị bên ngoài không?
Năm 1977, Vidal chứng minh người tham gia nghiên cứu có thể dùng sóng não đo bằng EEG để điều khiển con trỏ đi qua mê cung số. Ý tưởng là đúng, nhưng công cụ chưa đủ tốt.
Cuối thập niên 1990, một trong những giao diện não cấy ghép đầu tiên được phát triển bởi nhà thần kinh học Phillip Kennedy. Ông dùng điện cực đặc biệt giúp người mắc hội chứng khóa trong điều khiển con trỏ máy tính và gõ từng chữ. Cùng thời điểm, các thí nghiệm trên khỉ cho thấy tín hiệu não có thể điều khiển tay robot, mở đường cho thử nghiệm trên người.
BrainGate và khoảnh khắc chơi Pong bằng ý nghĩ
Năm 2004, bước ngoặt đến với thử nghiệm lâm sàng BrainGate. Một video năm 2005 cho thấy Matthew Nagle, 25 tuổi, bị liệt tứ chi, chơi Pong trên màn hình máy tính bằng hoạt động thần kinh của bản thân.
Thiết bị dùng trong BrainGate là Utah array, chip nhỏ cỡ tem thư chứa 96 điện cực, mỗi điện cực mảnh như sợi tóc. Các điện cực cắm vào vùng vỏ não vận động, ghi lại hoạt động của neuron. Tín hiệu được truyền qua cổng gắn trên hộp sọ và dây cáp tới máy tính. Tại đó, thuật toán học máy, gọi là bộ giải mã, học cách liên hệ các mẫu điện não với ý định hành động – chẳng hạn muốn di chuyển tay sang trái hay phải – rồi biến ý định thành chuyển động con trỏ.
Nagle không chỉ chơi game, ông có thể đổi kênh TV, mở email, vẽ trên máy tính và điều khiển bàn tay robot đóng mở. Với mẫu tín hiệu rất nhỏ từ não, các nhà nghiên cứu chứng minh có thể trích xuất thông tin về ý định vận động.
Neuralink và tham vọng không dây
Nhiều năm, Utah array là nền tảng chính của nghiên cứu BCI cấy ghép. Tuy nhiên, sản phẩm có nhược điểm lớn: cần cổng xuyên qua da đầu và dây cáp nối ra ngoài, gây bất tiện và rủi ro nhiễm trùng.
Năm 2016, Elon Musk đồng sáng lập Neuralink, đặt mục tiêu tạo hệ thống cấy ghép hoàn toàn, không dây. Năm 2024, Noland Arbaugh trở thành người đầu tiên nhận implant Neuralink. Khác với các thiết bị đời đầu, hệ thống của ông truyền tín hiệu thần kinh không dây tới bộ giải mã và máy tính.
Trước đây, Arbaugh dùng lệnh thoại hoặc que ngậm miệng để điều khiển iPad, rất mệt và dễ sai. Nay ông có thể viết email, chơi cờ, chơi Mario Kart, nghe nhạc, đọc sách nói và ghi chú trong lúc nằm trên giường. Với người bị chấn thương tủy sống, đây không chỉ là tiện ích công nghệ; đây là một phần độc lập được lấy lại.
Arbaugh hiện giữ kỷ lục tốc độ điều khiển máy tính bằng BCI: 8 bit/s, gần với khoảng 10 bit/s người dùng chuột máy tính thông thường.
Máy học đang học cùng bộ não
Để BCI hoạt động, người dùng phải huấn luyện hệ thống. Họ được yêu cầu tưởng tượng hành động, như nhấp chuột bằng ngón trỏ. Cơ không thể cử động vì đường nối giữa não và cơ bị đứt, nhưng neuron vẫn phát tín hiệu. Điện cực ghi lại mẫu tín hiệu, bộ giải mã học cách nhận diện, rồi biến thành lệnh “click”.
Quá trình này là quan hệ hai chiều: người dùng học cách tạo tín hiệu rõ hơn; máy học cách hiểu người dùng nhanh hơn. Theo Arbaugh, học từ BCI và BCI học từ ông. Đây là lý do AI và học máy đẩy BCI tiến rất nhanh. Những thuật toán từng phải lập trình thủ công nay có thể tận dụng cả ngành công nghiệp AI trị giá hàng nghìn tỷ USD, từ phần cứng đến mô hình ngôn ngữ.
Khi người mất tiếng có thể nói lại
Hướng tiến bộ gây xúc động mạnh là giải mã lời nói. Năm 2024, nghiên cứu trên New England Journal of Medicine mô tả “giọng nói giả lập” cho Casey Harrell, người mắc ALS gần như không thể nói.
BCI ghi lại ý định phát âm từ vùng vỏ não vận động, nơi điều khiển miệng, môi, hàm và lưỡi. Tiếp theo, tín hiệu được đưa qua bộ giải mã và mô hình ngôn ngữ kiểu ChatGPT để biến thành từ ngữ. Giọng nói phát ra được tạo dựa trên video và podcast từ trước khi Harrell mắc bệnh, nên nghe giống chính ông.
Chỉ sau vài buổi huấn luyện, hệ thống đạt độ chính xác tới 97%. Harrell có thể giao tiếp bằng lời với con gái 8 tuổi, người gần như không còn ký ức về giọng nói thật của cha. Với nhiều nhà nghiên cứu, phục hồi giao tiếp có thể là ứng dụng BCI đầu tiên được FDA phê duyệt.
Từ điều khiển robot đến phục hồi cơ thể
BCI được thử để điều khiển tay robot và kích thích cơ. Năm 2016, Nathan Copeland bị liệt từ cổ trở xuống, từng dùng tín hiệu não để điều khiển tay robot và “đấm tay” với Tổng thống Barack Obama. Tuy nhiên, các tay robot hiện vẫn cồng kềnh, chủ yếu ở trong phòng thí nghiệm.
Hướng thực tế là nối não với chính cơ thể người bệnh. Ian Burkhart, bị liệt tứ chi, từng dùng implant não kết hợp với dải điện cực quấn quanh cẳng tay. Khi ông nghĩ đến cử động ngón tay, tín hiệu não được giải mã rồi truyền đến điện cực kích thích cơ. Sau nhiều năm, ông có thể nhặt khối gỗ, cầm chai, chơi Guitar Hero và lái xe mô phỏng.
Năm 2023, nhóm của Chad Bouton phát triển “cầu nối thần kinh kép” cho Keith Thomas, người liệt từ ngực trở xuống. Hệ thống kết hợp BCI, cảm biến trên da và kích thích điện cơ. Thomas từ chỗ không thể nhấc tay khỏi xe lăn có thể đưa hai tay lên mặt, cảm nhận lại ngón tay và cầm cốc uống nước mà không đổ.
Không chữa khỏi, nhưng trả lại tự chủ
BCI chưa phải phép màu, chúng không chữa khỏi chấn thương tủy sống, ALS hay đột quỵ. Thiết bị vẫn cần phẫu thuật, huấn luyện, phần cứng bền hơn, bộ giải mã ổn định hơn và nghiên cứu dài hạn về an toàn.
Tuy nhiên, giá trị của BCI không nằm ở viễn cảnh con người hợp nhất với máy móc, mà ở những việc rất đời thường: nhắn tin cho bạn bè, đọc truyện cho con, uống một ly nước, điều khiển máy tính, hoặc đơn giản là gãi mũi.
Theo Ian Burkhart, điều quan trọng nhất là trả lại tự chủ cho những người bị bệnh tật hoặc tai nạn cướp mất. Khi FDA phê duyệt các BCI đầu tiên, công nghệ có thể rời phòng thí nghiệm để đến với nhiều bệnh nhân. Với họ, chỉ tín hiệu thần kinh được máy hiểu đúng cũng có thể là bước đầu lấy lại cuộc sống.
shared via wip,
