Nghiên cứu mới: Đột phá trong lĩnh vực giao tiếp thần kinh

Một nhóm nhà khoa học tại California (Mỹ) vừa công bố kết quả đột phá trong lĩnh vực giao tiếp thần kinh: Một thiết bị cấy ghép não có thể giải mã suy nghĩ và chuyển đổi thành lời nói gần như tức thì.

Thành tựu này đặc biệt có ý nghĩa đối với những bệnh nhân bị liệt hoặc mất khả năng nói do chấn thương hay đột quỵ.

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Neuroscience, các nhà khoa học đã thử nghiệm thành công thiết bị này đối với Ann - một bệnh nhân nữ 47 tuổi, bị liệt tứ chi và không thể nói trong suốt 18 năm qua sau một cơn đột quỵ. Nhờ công nghệ mới, Ann có thể “nói” trở lại thông qua một hệ thống máy tính xử lý tín hiệu não bộ.

Các nghiên cứu trước đây đã phát triển những hệ thống giao tiếp não - máy tính (BCI), nhưng chúng có độ trễ khoảng 8 giây giữa suy nghĩ và lời nói được phát ra, gây gián đoạn hội thoại. Tuy nhiên, công nghệ mới của nhóm nghiên cứu đã cải thiện đáng kể tốc độ xử lý, giúp lời nói của Ann được xử lý chỉ trong khoảng 80 mili giây - tương đương 1/2 âm tiết.

Ông Gopala Anumanchipalli - tác giả chính của nghiên cứu, làm việc tại Đại học California chia sẻ: "Chúng tôi đã có thể chuyển đổi tín hiệu não của cô ấy thành giọng nói cá nhân hóa trong thời gian thực, chỉ trong vòng 1 giây sau khi cô ấy có ý định nói".

Để phát triển hệ thống này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loạt điện cực cấy trên vùng não kiểm soát ngôn ngữ của Ann. Khi cô nghĩ về một câu nói, các điện cực thu thập tín hiệu thần kinh và truyền đến một mô hình AI. AI sau đó giải mã các tín hiệu này và chuyển thành các đơn vị âm thanh, tạo thành câu hoàn chỉnh với giọng nói được phục dựng từ những đoạn ghi âm của Ann trước khi cô mất khả năng nói.

Ông Anumanchipalli giải thích: "Hệ thống này không chờ đến khi hoàn thành cả câu mới xử lý, mà liên tục dịch từng phần nhỏ của lời nói, giống như cách các hệ thống nhận diện giọng nói thời gian thực hoạt động".

Kết quả nghiên cứu đã tạo ra sự phấn khích lớn trong giới khoa học. Giáo sư Patrick Degenaar, chuyên gia về thần kinh học tại Đại học Newcastle (Anh), nhận định đây là "bước tiến quan trọng trong lĩnh vực giao tiếp thần kinh, mở ra tiềm năng to lớn cho các bệnh nhân mất giọng nói".

Đáng chú ý, công nghệ này sử dụng một hệ thống điện cực không xâm lấn quá sâu vào não, giúp giảm thiểu rủi ro so với các phương pháp cấy ghép khác. Việc cấy ghép các điện cực này hiện là một quy trình phổ biến trong điều trị bệnh động kinh, giúp công nghệ này có thể được triển khai rộng rãi trong tương lai.

Ann cũng chia sẻ niềm hạnh phúc khi được "nghe lại giọng nói của chính mình" sau gần hai thập kỷ phải câm lặng. Cô cho biết: "Tôi rất háo hức với khả năng có thể trò chuyện lại với mọi người mà không cần dùng đến bảng chữ cái hay máy tính đánh chữ".

Dù kết quả rất khả quan, nhưng công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm và cần được cải thiện thêm trước khi phổ biến rộng rãi. Hiện tại, hệ thống chỉ có thể nhận diện khoảng 1.024 từ - một con số còn hạn chế so với ngôn ngữ tự nhiên.

Với sự đầu tư tài chính đúng mức, ông Anumanchipalli dự đoán rằng công nghệ này có thể được đưa vào sử dụng thực tế trong vòng 5 - 10 năm tới, giúp hàng triệu người trên thế giới có thể lấy lại giọng nói và khả năng giao tiếp của mình.

Trước đó, một nghiên cứu công bố trên tạp chí The New England, một người đàn ông không có khả năng nói hoặc cử động có thể tạo ra các từ và câu trên máy tính chỉ bằng suy nghĩ, nhờ một thiết bị cấy ghép thử nghiệm mới giải mã các tín hiệu não hoạt động của đường thanh âm.

Nghiên cứu do nhóm của bác sĩ giải phẫu thần kinh Edward Chang, Đại học California (UCSF, Mỹ) đã xây dựng một giải pháp, nhằm mang lại một số khả năng giao tiếp cho người đàn ông được đặt tên mã là BRAVO1 (vì yêu cầu ẩn danh). Tên “mã” đề cập đến trạng thái đầy triển vọng của người này như là đối tượng đầu tiên trong số những đối tượng trong nghiên cứu có tên gọi BRAVO (giao diện Não - Máy tính Phục hồi cánh tay và giọng nói).

Nhóm nghiên cứu đã cấy cảm biến lên bề mặt não của BRAVO1. Sau đó, một máy tính được liên kết với cảm biến phân tích các mẫu trong hoạt động điện được tạo ra khi BRAVO1 cố gắng thốt ra 50 từ khác nhau.

Sau một thời gian, BRAVO1 học được cách tạo ra các từ trên màn hình máy tính một cách đáng tin cậy, vì vậy nhóm bắt đầu thực hiện thử thách mới đó là câu. Lúc đầu thiếu độ chính xác, vì vậy nhóm nghiên cứu thực hiện một chương trình mới được thiết kế để đánh giá ngữ cảnh của từng từ khi người đàn ông cố gắng nói. Theo một cách nào đó, nó không khác gì phần mềm nhắn tin trên điện thoại thông minh của bạn.

David Moses, kỹ sư tại phòng thí nghiệm của Chang, bình luận: “Đây là cột mốc công nghệ quan trọng đối với người không thể giao tiếp tự nhiên và nó cho thấy tiềm năng của phương pháp trong việc mang lại tiếng nói cho những người bị liệt nặng và mất khả năng nói”. Thử nghiệm này cũng mới chỉ là bước khởi đầu.