Thiết bị cấy ghép não giúp bệnh nhân ALS giao tiếp bình thường

Casey Harrell (48 tuổi) được chẩn đoán mắc bệnh xơ cứng teo cơ một bên (ALS) - một dạng bệnh lý tế bào thần kinh vận động - cách đây 6 năm. Giờ đây, hệ thống BCI đã mang lại cho anh khả năng giao tiếp với tốc độ trung bình 56 từ mỗi phút. Thiết bị này dịch hoạt động thần kinh thành văn bản hiển thị trên màn hình máy tính, cho phép anh thao tác trên máy, gửi tin nhắn, email và tiếp tục công việc trong lĩnh vực vận động hành lang về khí hậu.
Harrell chia sẻ rằng, công nghệ này "không gì khác ngoài một cuộc cách mạng". Anh nói: "Điều này đã cho phép tôi tiếp tục làm việc và kiếm tiền cùng bảo hiểm cho gia đình. Điều này đang kết nối tôi lại với bạn bè và gia đình, những người quá nhút nhát hoặc quá sợ hãi để ghé qua và không thể hiểu tôi."
Vào năm 2023, Harrell đã được cấy ghép 256 vi điện cực vào vỏ não vận động ngôn ngữ. Các điện cực này kết nối với thiết bị ghi âm điện tử thông qua các bệ đỡ bằng titan gắn trên hộp sọ. Hệ thống không chỉ hiển thị văn bản mà còn tích hợp bộ chuyển đổi văn bản thành giọng nói, đọc to các câu hoàn chỉnh bằng chính phiên bản giọng nói tổng hợp của Harrell trước khi anh mắc bệnh. Ban đầu, anh làm quen với thiết bị trong phòng thí nghiệm. Sau khoảng 40 tuần được đào tạo cùng những người chăm sóc, anh đã có thể tự sử dụng hệ thống này tại nhà.
Theo nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Nature Medicine ngày 15/6, hệ thống đã ghi nhận kết quả sử dụng tại nhà của Harrell trong suốt 23 tháng sau phẫu thuật. Đồng tác giả Sergey Stavisky, nhà khoa học thần kinh tại Đại học California, Davis, cho biết đây là "tập dữ liệu mở rộng nhất và giao tiếp bằng lời nói diễn ra lâu nhất của bất kỳ ai" mang một thiết bị cấy ghép như vậy.
Khác với các thử nghiệm BCI trước đây thường bị giới hạn hiệu quả khi mang về nhà, Harrell đã sử dụng thiết bị này 364 trên tổng số 397 ngày. Anh đã giao tiếp 183.060 câu, trong đó 92% được anh đánh giá là giải mã hầu như chính xác. Ngoài ra, BCI còn thu nhận tín hiệu thần kinh từ ý định cử động tay để điều khiển chuột máy tính.
Christian Herff, nhà khoa học thần kinh tính toán tại Đại học Maastricht (Hà Lan), nhận định: "Điều này thực sự đang giúp ích cho bệnh nhân trong cuộc sống hằng ngày". Ông đánh giá BCI đang "thực sự trở thành một thiết bị y tế thay vì một công cụ nghiên cứu", đồng thời cho biết thêm: "Chất lượng giải mã lời nói là khá đáng chú ý" và "tốc độ truyền thông tin nhanh hơn vài bậc độ lớn" so với các nỗ lực triển khai BCI tại nhà bệnh nhân trước đây.
Điểm đặc biệt của hệ thống là có tích hợp "chế độ bảo mật", cho phép Harrell chặn việc gửi dữ liệu BCI cho các nhà nghiên cứu. Đồng tác giả Nicholas Card, kỹ sư thần kinh tại Đại học California, Davis, giải thích: "Chúng tôi muốn thêm tính năng quyền riêng tư này để nêu một ví dụ tốt về những gì một BCI giọng nói có thể bao gồm trong các dạng thức tương lai khi các công ty bắt đầu mở rộng về nó".
Đến ngày thứ 678 sau phẫu thuật, hiệu suất giải mã giọng nói và con trỏ chuột của Harrell vẫn duy trì sự ổn định. Jennifer Collinger, kỹ sư thần kinh tại Đại học Pittsburgh, đánh giá nghiên cứu mới nhất này "thực sự là minh chứng quan trọng nhất về việc sử dụng BCI tại nhà" trong khuôn khổ các thử nghiệm lâm sàng do giới học thuật dẫn dắt.
Hướng tới tương lai, Harrell hy vọng thiết bị sẽ được thiết kế không dây và di động để "không một người nào phải đi ra ngoài với các bệ đỡ nhô ra khỏi đầu họ". Anh cũng mong muốn BCI có thể dịch trực tiếp tín hiệu não thành giọng nói. "Rất may, đây dường như là nơi ngành công nghiệp đang hướng tới," anh nói. Kỹ sư Card xác nhận nhóm đang nỗ lực nâng cấp thiết bị để đáp ứng khả năng này, "nhưng đó chỉ là điều mà chúng tôi vẫn chưa hoàn thành xong".
Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng phải tính đến những thách thức dài hạn. Kỹ sư Collinger lưu ý rằng giới nghiên cứu cần phải tìm cách điều chỉnh BCI trong trường hợp tín hiệu thần kinh bị suy giảm theo thời gian hoặc khi bệnh tình tiến triển nặng hơn. Bà nhấn mạnh: "Đó sẽ thực sự là chìa khóa để chuyển đổi điều này cho một nhóm cá nhân lớn hơn".