Đột phá giúp người bị liệt có thể nói chuyện

Pancho đã mất khả năng nói sau khi gặp vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng hồi năm 2003.;Tuy nhiên, nhờ các nhà nghiên cứu tại Đại học California mà anh đã bắt đầu nói một vài từ ngữ và câu có cấu trúc đơn giản.

Pancho bị liệt từ năm 20 tuổi

Theo đó, họ sử dụng một máy tính có khả năng kết nối với các điện cực được cấy vào não của Pancho. Khi anh ấy muốn nói điều gì đó thì những điện cực này sẽ truyền tín hiệu từ não đến máy tính, sau đó, máy tính được lập trình sẵn sẽ chuyển hóa tín hiệu trong não anh thành từ ngữ có thể hiểu được và hiện lên màn hình. 

Một trong những câu nói đầu tiên của anh: "Gia đình tôi đang ở bên ngoài". 

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí The New England Journal of Medicine hôm 15/7, đã góp phần mở ra cơ hội cho nhiều bệnh nhân có hoàn cảnh tương tự như Pancho. "Điều này vượt xa những gì chúng tôi có thể tưởng tượng", Melanie Fried-Oken, giáo sư thần kinh học và nhi khoa tại Đại học Khoa học & Sức khỏe Oregon, cho biết. Ba năm trước, Pancho đồng ý tham gia thử nghiệm của các nhà nghiên cứu khoa học thần kinh trong dự án dù họ không chắc chắn rằng não anh còn có cơ chế phát âm hay không. 

"Vùng não đó của anh ấy có khả năng không còn hoạt động, và chúng tôi cũng không biết tỷ lệ thành công là bao nhiêu", tiến sĩ Edward Chang, người đứng đầu khoa thần kinh tại Đại học California đồng thời là trưởng nhóm nghiên cứu. Đội ngũ khoa học đã cấy một tấm kim loại chứa 128 điện cực, được thiết kế để nhận tín hiệu từ khứu giác và vùng não điều khiển cơ miệng, môi, hàm, lưỡi, thanh quản. Trải qua 50 cuộc thử nghiệm trong suốt 81 tuần, họ kết nối thành công máy tính chuyên dụng với các hạt điện cực trong não Pancho. Sau đó, họ đưa cho anh một danh sách 50 đơn từ và yêu cầu anh cố gắng nói thử.

Tiến sĩ Chang kết nối thiết bị điện cực với máy tính sử dụng trí tuệ nhân tạo để nhận tín hiệu của những từ Pancho định nói

Khi Pancho nói, các hạt điện cực đã truyền tín hiệu qua một dạng trí tuệ nhân tạo có chức năng nhận diện từ ngữ. "Hệ thống của chúng tôi biên dịch tín hiệu từ phần não điều khiển miệng phát ra âm thanh", David Moses, một trong những nhà nghiên cứu dẫn đầu của dự án, cho biết. Pancho cũng cố gắng nói 50 câu có cấu trúc đơn giản như "Y tá của tôi đang ở ngoài", "Làm ơn lấy hộ tôi cặp mắt kính" hay trả lời câu hỏi thăm sức khỏe rằng "Tôi ổn".

Theo The New York Times, trong 9.000 lần Pancho cố gắng nói một từ nào đó, thuật toán đều hiểu chính xác chúng. Thậm chí, đối với đối tượng gồm nhiều từ như câu, nó còn làm tốt hơn. Bằng việc gửi kết quả thuật toán đến một hệ thống dự đoán và tự động sửa lỗi ngôn ngữ, máy tính dễ dàng nhận diện chính xác từng từ trong câu và chuyển chúng lên màn hình trong thời gian ngắn. "Việc phát hiện ra chúng ta có thể biên dịch câu nói từ tín hiệu điện từ trong vùng não điều khiển khứu giác là một bước đột phá", tiến sĩ Fried-Oken, nhận định. The New York Times ghi nhận rằng hiện tại Pancho đang dần làm quen với chiếc máy này, dù chưa nói được một cách thuần thục nhưng anh có tâm trạng tốt vì biết mình có thể nói lại. 

Trong những cuộc phỏng vấn với The New York Times, anh ấy sử dụng "chuột điều khiển bằng đầu" để gõ từng chữ trên màn hình một cách cẩn thận, phương pháp mà anh ấy thường dùng. Việc cấy thiết bị nhận dạng lời này nói là "một trải nghiệm thay đổi cuộc đời", Pancho nói. "Trước đó, bác sĩ luôn nói với tôi rằng chưa có phương pháp nào có thể giúp anh nói lại được", Pancho cho biết. "Không thể giao tiếp với ai, không thể có một cuộc nói chuyện và bày tỏ cảm xúc của mình, tôi cảm thấy rất suy sụp, khó khăn nếu sống tiếp như vậy". 

Trong một cuộc gọi video với The New York Times, Pancho sử dụng "chuột điều khiển bằng đầu" để gõ từng chữ trên màn hình

Trong suốt cuộc thử nghiệm, anh chia sẻ rằng: "Tôi chấp nhận tham gia vì tôi thấy mình có cơ hội để nói lại được". Pancho từng là một người bình thường cho đến khi anh gặp tai nạn xe nghiêm trọng. Sau cuộc phẫu thuật dạ dày do bị chấn thương nặng, anh dần hồi phục và được xuất viện. Mọi thứ đều ổn, nhưng đến sáng hôm sau, anh "bắt đầu nôn mửa liên tục". Các bác sĩ lúc đó chẩn đoán rằng anh đang trải qua cơn đột quỵ não bộ và nguyên nhân là do cục máu đông sau khi phẫu thuật gây ra. 

Một tuần sau, Pancho tỉnh dậy sau cơn hôn mê trong một căn phòng nhỏ. "Tôi cố gắng di chuyển, nhưng tôi thậm chí không thể nhấc một ngón tay. Và tôi cũng cố gắng nói, nhưng tôi không thể thốt ra một lời nào", Pancho chia sẻ với The New York Times. "Tôi bắt đầu khóc, nhưng vì tôi đã mất khả năng phát ra âm thanh, nên lúc đó trông như tôi đang làm điều gì ngớ ngẩn".

Nó thật sự kinh khủng. "Tôi ước mình không bao giờ phải trải qua cảm giác hôn mê đó một lần nữa", anh ấy viết trên màn hình. 

Tiến sĩ Leigh Hochberg, nhà thần kinh học tại Massachusetts, cho biết nghiên cứu này là một bước đột phá trong việc tìm ra cách điều trị cho hàng chục nghìn người mắc những căn bệnh khiến họ mất khả năng nói như chấn thương não, bại não, teo cơ một bên. "Giải pháp này vẫn cần thêm thời gian để hoàn thiện", tiến sĩ Hochberg, trưởng nhóm của dự án BrainGate, nghiên cứu vừa giải mã chuyển động viết tay của một bệnh nhân bị liệt. "Sẽ mất vài năm nữa để sản xuất một hệ thống lâm sàng cho phép khôi phục khả năng giao tiếp", ông nói. Trong nhiều năm, Pancho giao tiếp thông qua một thiết bị giống như con trỏ gắn trên một chiếc nón, phương pháp này giúp anh gõ được khoảng 5 từ chính xác mỗi phút. "Tôi phải cúi hoặc ngửa đầu về trước, sau, để viết gõ từng từ một", anh cho biết. 

Sau thời gian dài ở bệnh viện, Pancho cuối cùng chuyển vào viện dưỡng lão khoảng 15 năm trước

Năm ngoái, các nhà nghiên cứu gắn cho anh một thiết bị khác được trang bị một con chuột điều khiển bằng đầu, nhưng nó vẫn không nhanh bằng hệ thống sử dụng điện cực não mới đây. Thông qua các điện cực, Pancho có thể nói 15 đến 18 từ mỗi phút, nhưng đây là con số cao nhất tính đến hiện tại vì máy tính cần thời gian để xử lý. Tiến sĩ Chang nói rằng việc tăng tốc thuật toán là khả thi, nhưng không chắc chắn rằng nó có thể đạt tới tốc độ nói chuyện của một người bình thường: khoảng 150 từ mỗi phút. Tốc độ là vấn đề mà nhóm nghiên cứu đang giải quyết.

"Nó sẽ giúp các bệnh nhân giao tiếp tự nhiên hơn", ông nói. 

Sự hăng hái của Pancho hỗ trợ các nhà nghiên cứu nhiều trong việc vượt qua thử thách này, và đôi khi giúp họ tìm ra điểm yếu của hệ thống. "Đôi lúc tôi không thể điều khiển cảm xúc của mình. Tôi cười khá nhiều và tự thấy rằng mình không thực hiện tốt trách nhiệm của bản thân trong nghiên cứu". Theo lời kể của tiến sĩ Chang, có nhiều lần sau khi thuật toán xác định chính xác một lời nói, "bạn có thể thấy cơ thể anh ấy rõ ràng đang run và có vẻ như đó là vì anh ấy đang cười". Mỗi khi điều này xảy ra, Pancho sẽ bị phân tâm, "hệ thống không hoạt động tốt vào những lúc đó vì anh ấy không tập trung vào việc giao tiếp. Vì vậy, chúng tôi lại có thêm việc để làm vì chúng tôi muốn hệ thống hoạt động hiệu quả trong mọi trường hợp". 

Đôi khi, thuật toán còn "nhầm lẫn" giữa những từ có âm tương tự nhau. Đối với những câu dài thì nó cần thêm sự trợ giúp của hệ thống ngôn ngữ vì nếu không có hệ thống này thì thuật toán sẽ biên dịch lỗi và biến câu nói thành câu vô nghĩa hay sai cấu trúc. Mặc dù phải các nhà khoa học phải tạm ngừng việc nghiên cứu do đại dịch, nhưng độ chính xác của thiết bị vẫn được cải thiện. Tiến sĩ Chang giải thích rằng có 2 lý do, một là thuật toán có khả năng học để đưa ra quyết định tốt hơn và hai là do nỗ lực mạnh mẽ của Pancho. "Chắc chắn có những thay đổi tích cực trong não anh ấy, giúp cho việc tìm ra tín hiệu sóng não trở nên dễ dàng", Chang nói thêm. 

Pancho thường xuyên sử dụng một con trỏ laser cùng một bảng chữ cái để giao tiếp

Trước khi bị đột quỵ, Pancho chỉ học đến lớp sáu ở Mexico, nhưng với sự cố gắng không ngừng, anh đã lấy được bằng tốt nghiệp trung học, tham gia các lớp đại học, đạt chứng chỉ lập trình viên web và bắt đầu học tiếng Pháp. "Tôi nghĩ rằng vụ tai nạn đã khiến tôi trở thành một người tốt hơn và cũng thông minh hơn", anh viết trong email. Vì cử động cổ tay bị hạn chế, Pancho phải di chuyển bằng xe lăn điện. Lúc chưa được cấy ghép não, anh phải lượn vòng gần thứ anh muốn mua nhiều lần đến khi nhân viên hiểu ra. 

"Họ đặt nó vào xe lăn của tôi, tôi mang nó về nhà và nhờ người thân giúp mình uống", anh nói. "Nhiều người cảm thấy ngạc nhiên, họ luôn tự hỏi: ‘Anh ấy đã mua hàng như thế nào', ‘Làm thế nào để anh ấy nói cho người bán điều anh ấy muốn?'". Nhận thấy hạn chế của tay Pancho, các nhà nghiên cứu cũng đã sử dụng các hạt điện cực để giúp anh điều khiển một cánh tay robot. 2 buổi luyện tập nói mỗi tuần có thể khó khăn và mệt mỏi, nhưng Pancho luôn "mong chờ tới ngày hôm đó". 

Thành công này là kết quả của quá trình nghiên cứu kéo dài trong hơn thập kỷ của các nhà khoa học. Nhóm của tiến sĩ Chang đã lập sơ đồ mô tả hoạt động của não với tất cả nguyên âm và phụ âm. Ngoài ra, họ còn đi sâu vào khám phá cơ chế phát âm trong vùng não của người bình thường. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng các điện cực không đọc tâm trí của Pancho mà chúng tìm ra những tín hiệu não tương ứng với từng từ ngữ anh nói. Tiến sĩ Fried-Oken nói: "Máy tính sẽ chọn đúng từ ngữ mà anh ấy đang suy nghĩ chứ không phải là lấy chúng một cách ngẫu nhiên". 

Tiến sĩ Chang cho biết: "Trong tương lai, chúng tôi có thể biết được cả người khác đang nghĩ gì", nhưng điều này "đặt ra câu hỏi quan trọng về vấn đề đạo đức của công nghệ này. Mục đích của dự án chỉ nên giới hạn ở việc khôi phục giọng nói cho người khiếm khuyết". Trong thời gian tới, Pancho sẽ học cách thể hiện ngôn ngữ qua biểu cảm gương mặt hay tay và tập nói những từ ít phổ biến trong bảng chữ cái quân sự. 

"Anh ấy thực sự là một người tiên phong", tiến sĩ Moses chia sẻ. 

Bên cạnh đó, theo tiến sĩ Chang, nhóm nghiên cứu sẽ thiết kế các thiết bị cấy ghép có độ nhạy cao hơn và không có dây để tránh nguy cơ nhiễm trùng. Khi nhiều bệnh nhân tham gia hơn, các nhà khoa học có thể nghiên cứu trên nhiều biến thể não. Tiến sĩ Fried-Oken cho biết thêm rằng nếu bệnh nhân mệt mỏi hoặc ốm yếu, cường độ của các tín hiệu não có thể thay đổi. "Trước đây, tôi chỉ cố gắng vì bản thân mình. Nhưng giờ đây, tôi không làm điều đó chỉ vì mình nữa", Pancho nói. 

Chí Tôn