Thiết bị cấy não giúp người liệt tay sử dụng máy tính

O'Keefe, 60 tuổi, là một trong những bệnh nhân đã cấy thành công thiết bị cảm biến não. Ông mắc bệnh xơ cứng teo cơ một bên (hội chứng ALS) từ năm 2015. Đây là bệnh lý thoái hóa thần kinh, tế bào noron não và tủy sống dần chết đi, khiến mất kiểm soát cơ bắp.

Thiết bị cảm biến được cấy vào mạch máu não của O’Keefe, ghi lại hoạt động của não sau đó chuyển tín hiệu đến thiết bị đặt tại ngực, rồi gửi đến máy tính. Các tín hiệu não được chuyển đổi thành cú nhấp chuột hoặc phóng to trên màn hình với sự trợ giúp của phần mềm máy học.

Các công ty và phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đang chạy đua chế tạo các thiết bị tiên tiến hơn, kết hợp với trí tuệ nhân tạo có thể ghi nhận, theo dõi và giải mã hoạt động của não bộ. Các nhà khoa học thần kinh cho biết nhu cầu đang ngày một lớn, với ước tính khoảng 500.000 người mỗi năm trên toàn thế giới bị chấn thương tủy sống. Thêm vào đó, đột quỵ cũng tăng ở những bệnh nhân trẻ mắc Covid-19.

Công ty Synchron Inc, ở Thung lũng Silicon tại Mỹ, đã phát triển thiết bị tên Stentrode, thiết bị cảm biến đặt trong mạch máu não, bên cạnh vùng vỏ não vận động có chức năng kiểm soát hoạt động cơ thể.

Thiết bị này đang ở giai đoạn đầu thử nghiệm, tính an toàn lâu dài cần được đánh giá trên nhiều bệnh nhân hơn. Các chuyên gia cho biết nguy cơ thiết bị làm vỡ mạch máu, có thể gây tử vong. Công ty Synchron đang thử nghiệm tính an toàn để giảm thiểu rủi ro.

Thomas Oxley, giám đốc điều hành Synchron, cho biết Stentrode được cấy cho ba bệnh nhân trong một cuộc thử nghiệm nhỏ ở Australia. Thử nghiệm được công bố hôm 28/10, trên tạp chí NeuroInterventional Surgery, bởi các nhà khoa học từ Đại học Melbourne.

Các nhà nghiên cứu dự kiến 5 người tham gia để đánh giá mức độ an toàn của thiết bị, Peter Mitchell cho biết. Ông là bác sĩ phẫu thuật cấy thiết bị Stentrode, giáo sư của Bệnh viện Hoàng gia Melbourne.

"Bệnh của tôi đang ở giai đoạn cuối. Một câu hỏi lớn đặt ra rằng tôi muốn một cuộc sống chất lượng hơn hay chỉ ngồi và xem tivi cả ngày?" Graham Felstead, 76 tuổi, bệnh nhân đầu tiên được cấy cảm biến trong thử nghiệm cho biết.

O'Keefe và Felstead, hai bệnh nhân ALS, đã sử dụng Stentrode để điều khiển hệ điều hành dựa trên máy tính, kết hợp với bộ theo dõi mắt để điều hướng con trỏ. Bệnh nhân không cần chuột hoặc bàn phím.

Nghiên cứu có sự hỗ trợ của máy học để kiểm soát nhiều hành động nhấp chuột, bao gồm cả thu phóng và nhấp chuột trái. Hai bệnh nhân thử nghiệm đầu tiên đạt được độ chính xác khi nhấp chuột trung bình lần lượt là 92% và 93%, tốc độ nhập là 14 và 20 ký tự một phút khi chức năng tiên đoán văn bản được tắt.

Ông O’Keefe, sống gần Melbourne, đã cấy thiết bị Stentrode hồi tháng 4. Khi vết mổ ở ngực đã lành, quá trình tập luyện bắt đầu. Lần đầu tiên, ông mất 4 giờ để tạo và gửi email, nhưng giờ đây ông có thể thực hiện trong vài phút.

Hiện tại, O’Keefe vẫn có khả năng kiểm soát đôi bàn tay để di chuyển chuột và gõ phím chậm. Ông mong muốn dùng Stentrode nhanh và tốt hơn. Ông sử dụng nó trung bình vài lần trong tuần để gửi email, mở trang mạng và thanh toán hóa đơn.

O’Keefe tham gia thử nghiệm bởi mong muốn giúp đỡ những người giống mình. Theo thời gian, bệnh của ông sẽ xấu đi và không thể gõ, sử dụng con chuột và nói.

Các chuyên gia cho biết nhiều người bị hạn chế về khả năng vận động muốn sử dụng máy tính hoặc điện thoại thông minh đang dựa vào công nghệ theo dõi mắt, hiệu quả nhưng có thể gây mệt mỏi. Bên cạnh đó, cũng có phương pháp công nghệ thấp khác, ví dụ như đặt các nút trên xe lăn của bệnh nhân.

Các nhà nghiên cứu cũng đang phát triển các thiết bị có thể thu nhận các tín hiệu thần kinh còn sót lại thông qua các cảm biến đặt trên cánh tay hoặc bàn tay. Các thiết bị dành cho những người không thể di chuyển cần tương tác trực tiếp với bộ não, đòi hỏi cuộc phẫu thuật não diễn ra.

Tara Hamilton, phó giáo sư về kỹ thuật điện và dữ liệu tại Đại học Công nghệ Sydney, cho biết: "Không có quá nhiều lựa chọn cho phép bệnh nhân có quyền tự chủ hơn một chút mà không qua phẫu thuật lớn hoặc không phải theo dõi mắt căng thẳng. Chúng tôi vẫn đang cố gắng tìm ra cách tốt hơn để giao tiếp với não bộ."

Việc tiếp cận nhiều tế bào của não cũng cần phải trả giá. Các điện cực tiếp cận với mô có thể gây viêm theo thời gian. Các nhà phát triển đang nghiên cứu vật liệu giảm nguy cơ và thu nhỏ thiết bị cảm biến.

Các thiết bị thử nghiệm vẫn còn cồng kềnh, hạn chế tính ứng dụng và yêu cầu cuộc phẫu thuật não lớn. Các nhà nghiên cứu đang xem xét cách thức tiếp cận hoạt động của não khác, ví dụ các cảm biến không xâm lấn được đặt trên hộp sọ, hoặc trong tai, hoặc bên trong các mạch máu lớn của não, nơi có thể đặt các cảm biến. Tuy nhiên, khoảng cách của cảm biến với các tế bào não sẽ tăng lên, khiến tính chính xác của cảm biến bị hạn chế.

Nicholas Opie, Phó Giáo sư từ Đại học Melbourne, Giám đốc công nghệ sáng lập của Synchron, cho biết những phát triển này rất thú vị. Những bệnh nhân được can thiệp đã lấy lại phần nào sự tự do trong cuộc sống.

"Hơn 8 năm qua, chúng tôi cùng với những chuyên gia y học và kỹ thuật hàng đầu thế giới, để tạo ra thiết bị cấy ghép có thể giúp người liệt kiểm soát thiết bị bên ngoài bằng sức mạnh của ý nghĩ. Chúng tôi vui mừng khi báo cáo thành công này", Nicholas Opie nói.

Mới đây, cuộc thử nghiệm thiết bị cảm biến Stentronde đã nhận được hơn một triệu USD từ chính phủ Australia để mở rộng thử nghiệm cho các bệnh viện ở New South Wales và Queensland, với hy vọng thu hút thêm bệnh nhân.