Các nhà khoa học nối não của một người câm với máy tính, và bây giờ anh ấy đã nói được

Lần đầu tiên trong lịch sử y khoa, các bác sĩ đã có thể giúp một người đàn ông bị liệt và câm nhiều năm có thể giao tiếp trở lại bằng cách dịch sóng não của ông thành lời nói.

Người đàn ông 38 tuổi, sống tại Hoa Kỳ và được đặt biệt danh là BRAVO-1 trong một nghiên cứu do Đại học California thực hiện, đã bị đột quỵ cách đây 15 năm khiến dây thần kinh nối não với thanh quản bị đứt.

BRAVO-1 cũng bị liệt từ cổ trở xuống, vì vậy anh ta chỉ có thể sử dụng chuyển động đầu để giao tiếp. Một nhóm kỹ sư đã thiết kế cho anh ta một chiếc ghế đặc biệt có màn hình cảm ứng được kết nối với máy tính ở phía trước.

Thông thường, BRAVO-1 đội một chiếc mũ có gắn một cây gậy dài cho phép anh ta chạm đầu gậy vào màn hình và chọn từ để nói.

Giao diện não-máy tính giúp người câm liệt lấy lại khả năng giao tiếp

Nhưng giờ đây, với một điện cực được nhúng trực tiếp vào não, BRAVO-1 có thể nói mà không cần mũ bảo hiểm. Các xung thần kinh của anh ta được đưa trực tiếp vào máy tính để giải mã, cho phép anh ta nói với tốc độ trung bình là 15 từ mỗi phút với độ chính xác 74%.

Đôi khi, tốc độ có thể được đẩy lên tới 18 từ mỗi phút và độ chính xác đạt tới 93%. Trong khi đó, một người bình thường sẽ nói với tốc độ 150 từ mỗi phút và đạt độ chính xác 100%.

Mặc dù vậy, khả năng giải mã sóng não thành lời nói của BRAVO-1 vẫn chưa thực sự ấn tượng. Nhưng các nhà khoa học cho biết lời nói đầu tiên của BRAVO-1 là “một cột mốc công nghệ quan trọng đối với những người không thể giao tiếp tự nhiên”.

“Điều này cho thấy tiềm năng của phương pháp này, có thể giúp những người bị liệt nặng và không thể giao tiếp có thể lên tiếng”, tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ David Moss, một kỹ sư tại Đại học California, chia sẻ với tờ Washington Post.

Giúp người câm liệt lấy lại khả năng giao tiếp

Để giúp BRAVO-1 nói lại, các nhà khoa học tại Đại học California đã cấy ghép một mạng lưới điện cực vào vỏ não cảm giác của anh ta, phần não điều khiển lời nói. Các điện cực sau đó được kết nối bên ngoài hộp sọ của anh ta thông qua dây dẫn đến một máy tính giải mã.

Bước tiếp theo là đào tạo một chương trình có thể nhận dạng và phân biệt các xung điện đến từ vỏ não cảm giác của BRAVO-1, giúp anh ta dịch suy nghĩ thành lời nói. Điều này được thực hiện trong 48 buổi thử nghiệm kéo dài tổng cộng 22 giờ.

Trong đó, các nhà khoa học đã cố gắng ghi lại các tín hiệu não mà BRAVO-1 tạo ra khi nó nói 50 từ nhấp nháy trên màn hình. Sau đó, họ sử dụng thuật toán học sâu để cố gắng tìm ra tín hiệu nào đại diện cho những từ nào mà BRAVO-1 muốn nói.

Để tăng tốc giao tiếp, một phần của thuật toán cho phép máy tính dự đoán từ tiếp theo mà BRAVO-1 có thể nói. Về cơ bản, nó hoạt động giống như chức năng gợi ý hoặc sửa lỗi chính tả trên điện thoại của bạn.

Nhưng các nhà khoa học cho biết rằng việc sửa lỗi thông thường chỉ chính xác khoảng 2%. Trong nghiên cứu này, họ có thể đẩy độ chính xác đó lên 93% với 50 từ. Đó là một vốn từ vựng nhỏ, nhưng nó chứa tất cả các từ vựng cần thiết cho cuộc sống hàng ngày của một người bị liệt nửa người như BRAVO-1, chẳng hạn như “nước”, “gia đình” và “tốt”.

Trong buổi trình diễn để kiểm tra xem hệ thống có hoạt động không, các nhà nghiên cứu đã hỏi anh những câu hỏi như “Hôm nay anh thế nào?” và “Anh có muốn uống nước không?”.

Kết quả là, BRAVO-1 mất vài giây để suy nghĩ và trả lời trên màn hình những câu trả lời như “Tôi cảm thấy rất khỏe” và “Không, tôi không khát”.

Bác sĩ phẫu thuật thần kinh Edward Chang, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là minh chứng đầu tiên cho thấy việc giải mã trực tiếp hoạt động não của một người bị liệt không thể nói thành lời có thể được thực hiện thành công”.

Các điện cực cấy vào vỏ não cho phép những người bị liệt giao tiếp với máy tính thông qua suy nghĩ.

Năm năm trước, không ai nghĩ rằng một nghiên cứu như vậy sẽ thành công.

Chang hiện là chủ tịch Khoa phẫu thuật thần kinh tại Đại học California. Ông nhấn mạnh rằng năm năm trước, không ai nghĩ rằng một nghiên cứu như thế này sẽ có kết quả tốt như vậy.

Hầu hết các nghiên cứu tương tự vào thời điểm đó, liên quan đến máy tính được kết nối với não người, chỉ được thực hiện trên những bệnh nhân mắc bệnh động kinh, và loại giao diện não-máy tính này chỉ được sử dụng để chẩn đoán nguồn gốc cơn động kinh của họ.

Quay trở lại năm năm trước, mặc dù một số nhà nghiên cứu đã có thể giải mã âm thanh hoặc âm tiết từ sóng não của bệnh nhân. Nhưng độ chính xác của các thuật toán vào thời điểm đó quá thấp để có thể ghép chúng thành các từ hoàn chỉnh.

Thành công mà Chan và nhóm của ông đạt được với BRAVO-1 ngày nay là nhờ vào nhiều tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo trong 10 năm qua. Ví dụ, các thuật toán nhận dạng giọng nói và sửa lỗi chính tả trên máy tính và điện thoại di động cũng đã được phát triển với hàng tỷ giờ đào tạo trên hàng tỷ mẫu dữ liệu.

Các nhà khoa học cũng đã có những bước tiến lớn trong lĩnh vực giải mã tín hiệu thần kinh. Ví dụ, vào tháng 5, một nhóm tại Đại học Stanford đã giúp một người đàn ông bị liệt viết trên màn hình bằng công nghệ giải mã sóng não.

Trong trường hợp này, người đàn ông tưởng tượng cách anh ta di chuyển bàn tay, điều khiển các ngón tay để viết, thay vì nghĩ đến việc các chữ cái được gõ ra hoặc trỏ vào màn hình cảm ứng như BRAVO-1.

Bác sĩ phẫu thuật thần kinh Edward Chang (phải), tác giả của nghiên cứu mới

Bình luận về nghiên cứu mới, Christian Herff, phó giáo sư về kỹ thuật thần kinh tại Đại học Maastricht ở Hà Lan, cho biết những gì Chang và các đồng nghiệp đã làm là một bước tiến “to lớn”. “Nó thực sự giải quyết được một vấn đề lớn”, Herff nói.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng giải mã sóng não có thể giúp chúng ta đọc được suy nghĩ của một người có thể nói. “Nhưng đây là nghiên cứu đầu tiên thực hiện điều đó ở một bệnh nhân không thể nói”, Herff lưu ý.

Trong một cuộc phỏng vấn, Chang cho biết tác phẩm mới của anh là kết quả của nỗ lực kéo dài cả thập kỷ. Mười năm trước, anh đã gặp một bệnh nhân câm và bắt đầu tự hỏi về sự bất tiện mà bệnh nhân này đang gặp phải trong cuộc sống.

Hàng ngàn người phải chịu chung số phận mỗi năm do tổn thương thần kinh do đột quỵ, bại não, chấn thương và các bệnh như ALS – giống như nhà khoa học Stephen Hawking.

“Mỗi ngày, tôi đều tiếp xúc với những bệnh nhân mất khả năng nói sau cơn đột quỵ hoặc chấn thương não. Sự im lặng đã tàn phá cuộc sống của họ. Suy cho cùng, lời nói là một phần tạo nên con người chúng ta. Khi bạn mất đi khả năng đó, điều đó thật tàn khốc”, Chang nói.

Nhưng với thành công của BRAVO-1 ngày hôm nay, ông sẽ giúp bệnh nhân của mình lấy lại khả năng giao tiếp. “Và đây thực sự chỉ là sự khởi đầu”, Chang nói.

Tiếp theo, Chang và các đồng nghiệp của ông sẽ cần cải thiện các thuật toán học sâu để tăng độ chính xác và tốc độ nói của BRAVO-1. Ông cũng hy vọng sẽ mở rộng vốn từ vựng của bệnh nhân để anh ấy có thể nói về nhiều chủ đề hơn.

Trong khi đó, Herff cho rằng nhóm có thể định tuyến ngôn ngữ của BRAVO-1 thành dạng âm thanh. Điều đó sẽ cho phép anh ta thực sự nói, giống như Stephen Hawking đã làm vào thời điểm đó, nhưng với ngữ điệu và biểu cảm được thêm vào.

Họ cũng có thể phát triển công nghệ truyền thông không dây giữa các điện cực trong não và máy tính. Nếu thành công, điều này có thể loại bỏ sự phụ thuộc của BRAVO-1 vào các dây gắn vào phía sau hộp sọ của anh ta.

Ứng dụng của giao diện não-máy tính không dây cũng sẽ rộng hơn nhiều. Nó có thể phù hợp với những người câm nhưng không bị liệt, những người không cần phải ngồi vào máy tính để nói.

“Mặc dù nghiên cứu được coi là thành công, chúng tôi không dám nói rằng chúng tôi đã hoàn thiện bất cứ điều gì với công nghệ này. Đây thực sự chỉ là sự khởi đầu”, Chang nói.

Nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Y học New England.

Tham khảo UCFS