Thần kinh giả (neuroprosthetics) hay giao diện não - máy tính là những thiết bị giúp người bị khuyết tật ở các giác quan hoặc vận động lấy lại sự kiểm soát cảm giác và vận động bằng cách tạo ra sự kết nối giữa não và máy tính. Hãy cùng lướt qua 5 đột phá lớn trong lĩnh vực này để biết chúng ta đã đi đến đâu và chúng ta có thể đi đến đâu chỉ bằng sức mạnh của ý nghĩ.
Ốc tai điện tử
Cục Quản lý thuốc và thực phẩm Mỹ (FDA) đã phê duyệt ốc tai điện tử từ đầu những năm 1980 và đến năm 2012 đã có gần 60.000 người Mỹ được cấy ốc tai điện tử. Trên toàn thế giới, hơn 320.000 người đã được cấy thiết bị này.
Nguyên lý hoạt động của ốc tai điện tử là bỏ qua những phần bị tổn thương của tai và kích thích dây thần kinh thính giác bằng các tín hiệu thu được nhờ những điện cực. Các tín hiệu chuyển tiếp qua dây thần kinh thính giác tới não được tiếp nhận như những âm thanh, mặc dù nghe qua ốc tai điện tử khá là khác so với việc nghe bình thường, cho phép người dùng phân biệt lời nói trực tiếp từ người hay qua điện thoại.
Mắt điện tử
Võng mạc nhân tạo đầu tiên có tên Argus II được làm hoàn toàn từ các điện cực cấy vào mắt và đã được FDA phê duyệt hồi tháng 2/2013. Điều này được thực hiện bằng cách chuyển các hình ảnh thành những điểm ảnh sáng tối sẽ biến thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện sau đó được gửi đến các điện cực, từ đó gửi tín hiệu tới thần kinh thị giác của não.
Tuy Argus II không khôi phục được hoàn toàn thị lực, nó cho phép các bệnh nhân bị viêm võng mạc sắc tố - một tình trạng gây tổn thương các thụ thể ánh sáng của mắt - phân biệt đường nét và hình dạng, mà như nhiều bệnh nhân báo cáo đã tạo ra sự khác biệt đáng kể trong cuộc sống của họ.
Sử dụng các điện cực, máy tính và sức mạnh của ý nghĩ, các thiết bị thần kinh giả có thể giúp những bệnh nhân gặp khó khăn về vận động hoặc giác quan có thể đi lại, cảm nhận, nghe và nhìn.
Chấn thương tủy sống
Một báo cáo mới đây trên Medical News Today đã kể về thử nghiệm đột phá cho phép một bệnh nhân nam bị liệt tứ chi cử động tay chỉ bằng cách sử dụng sức mạnh của ý nghĩ.
Bill Kochevar đã được phẫu thuật đặt điện cực vào não. Sau khi “dạy” cho giao diện máy tính - não “biết” hoạt động nào của bộ não phù hợp với cử động mà bệnh nhân nghĩ trong đầu, hoạt động này được biến thành xung điện sau đó truyền trở lại đến các điện cực trong não.
Với sự trợ giúp của thiết bị thần kinh giả, bệnh nhân đã có thể tự ăn và uống. “Thật là tuyệt vời, vì tôi nghĩ về việc cử động cánh tay và thế là sử động được”, Kochevar chia sẻ.
Silvestro Micera, đồng tác giả của thí nghiệm và là một chuyên gia công nghệ thần kinh Courtney Labs cho biết: “Chúng tôi tin rằng một ngày nào đó công nghệ này sẽ cải thiện đáng kể chất lượng sống cho những người bị các rối loạn thần kinh”.
Gần đây, GS. Courtine cũng đã dẫn dắt một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế tạo ra vận động tự chủ trên chân khỉ rhesus. Đây là lần đầu tiên một thiết bị thần kinh giả được sử dụng cho phép động vật linh trưởng đi lại được.
Cánh tay giả có cảm giác
Silvestro Micera cũng đã dẫn dắt những dự án khác về thần kinh giả, trong số đó là cánh tay có “cảm giác”. Năm 2014, MNT đã báo cáo về bàn tay nhân tạo đầu tiên được tăng cường với các cảm biến.
Các nhà nghiên cứu đã đo sức căng ở các gân của bàn tay giả điều khiển cử động cầm nắm và biến nó thành dòng điện. Sau đó, bằng một thuật toán, nó được “phiên dịch” thành những xung gửi đến dây thần kinh ở cánh tay, tạo ra cảm giác xúc giác.
Kể từ đó, cánh tay giả “có cảm giác” còn được cải tiến hơn nữa. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Pittsburgh và Trung tâm y tế Đại học Pittsburgh đã thử nghiệm giao diện máy tính - não trên một bệnh nhân bị liệt tứ chi là Nathan Copeland.
Họ đã cấy một bó vi điện cực nhỏ vào dưới vỏ não của Copeland và kết nối chúng với một cánh tay giả trang bị những cảm biến. Điều này cho phép bệnh nhân cảm thấy sự đụng chạm, như thể chúng thuộc về bàn tay bị liệt của mình.
Thần kinh giả cho các nơ-ron?
Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Quốc gia Australia (ANU) ở Canberra đã phát triển những tế bào não nhân tạo và tạo ra các kết nối thần kinh có chức năng ở não, mở đường cho thần kinh giả cho não.
Trưởng nhóm dự án, TS. Vincent Daria thuộc Trường Nghiên cứu y khoa John Curtin đã giải thích cho sự thành công của nghiên cứu: “Chúng tôi có thể tạo ra những kết nối đoán trước giữa các nơ-ron và chứng minh chúng có chức năng với các nơ-ron hoạt động đồng bộ. Công trình này có thể mở ra một mô hình nghiên cứu mới, hình thành sự kết hợp chặt chẽ hơn giữa công nghệ vật liệu nano và ngành thần kinh học”.
Thần kinh giả cho não một ngày nào đó có thể giúp bệnh nhân bị đột quỵ hoặc bị các bệnh thoái hóa thần kinh khác hồi phục.
