Đó là buổi sáng ngày thứ Hai, ngay sau cuối tuần mà bộ phim Blade Runner 2049 được công chiếu. Eric C. Leuthardt đang đứng giữa một phòng phẫu thuật sáng trắng đèn. Ông mặc đồ của bác sĩ phẫu thuật và đeo khẩu trang. Dưới bàn mổ lúc ấy là một bệnh nhân đang hôn mê trong vô thức.
"Tôi nghĩ anh ta là người thật, nhưng tôi cũng không chắc lắm đâu", Leuthardt nói với vị bác sĩ phẫu thuật đang đứng cạnh mình. Trên vùng da đầu đã cạo sạch tóc của bệnh nhân, ông kẻ một đường thẳng. Đó là nơi Leuthardt dự định đặt vết dao mổ đầu tiên trong ca phẫu thuật não này:
- Anh có nghĩ cậu ta là một người nhân bản không?
Bác sĩ kia trả lời:
- Tôi nghĩ chắc chắn cậu ta là người nhân bản.
Bác sĩ Eric C. Leuthardt đang đứng giữa phòng phẫu thuật não
Blade Runner 2049 kể về một thế giới hậu tận thế, trong đó, con người tạo ra được những cỗ máy sinh học giống hệt mình. Loài người gọi những cỗ máy này là replicant (người nhân bản), lập trình và sử dụng họ cho mục đích nô lệ.
Trong khi Trái Đất đang bước vào thời kỳ khủng hoảng môi trường và lương thực, cuộc sống của con người trở thành một địa ngục thực sự. Ở đó, người nhân bản là lực lượng được lợi dụng để khai thác các hành tinh thuộc địa khác trong vũ trụ, tránh cho con người khỏi thảm họa diệt vong.
"Một điều tôi nghĩ rất thú vị, đó là tương lai thảo nào cũng có những chiếc ô tô bay", Leuthardt nói trong khi đưa cho vị bác sĩ cây bút ông vừa vẽ xong rồi lấy con dao mổ.
"Người ta đã nghĩ về sự suy tàn của thế giới: Họ nói về sinh học, về con người nhân bản. Nhưng họ đã bỏ lỡ một phần quan trọng của tương lai: Những hệ thống thần kinh giả".
Đó là chủ đề mà Leuthardt, một khà khoa học, bác sĩ phẫu thuật não 44 tuổi đã dành rất nhiều thời gian nghĩ tới. Ngoài vai trò bác sĩ phẫu thuật thần kinh tại Đại học Washington, ông cũng đã xuất bản 2 cuốn tiểu thuyết và viết một vở kịch ẵm giải thưởng về đề tài khoa học giả tưởng này.
Leuthardt nói rằng các tác phẩm sẽ giúp “chuẩn bị cho xã hội”, để mọi người không bị sốc nếu con người tương lai thực sự có thể sở hữu mạng thần kinh điện tử.
Trong cuốn tiểu thuyết đầu tay, RedDevil 4, Leuthardt đã xây dựng một thế giới trong đó, 90% con người đều cấy ghép trực tiếp thiết bị phần cứng vào não.
Các thiết bị cho phép họ kết nối gần như không gián đoạn với máy tính. Qua đó, ký ức thực tế và ảo giác sẽ giao thoa lẫn nhau. Một người chỉ cần ngồi một chỗ cũng có thể trải nghiệm được những kinh nghiệm ảo không thể phân biệt với thực tại.
Leuthardt tin rằng trong vài thập kỷ tới, những cấy ghép như vậy sẽ trở nên phổ biến như phẫu thuật thẩm mỹ hoặc nghệ thuật xăm mình hiện nay. Đó sẽ là những thứ mà mọi người muốn làm với cơ thể mình chỉ sau một chút băn khoăn suy nghĩ.
“Tôi mổ sọ người khác ra thường xuyên, và mổ não còn là một nghề rồi”, ông nhấn mạnh. “Vì vậy không hề khó để tưởng tượng [ rằng tương lai đó sẽ đến]”.
Một trong những bệnh nhân u não của Leuthardt đang được gây mê trong ca phẫu thuật bằng laser xâm lấn tối thiểu
Nhưng Leuthardt không chỉ tưởng tượng, ông còn thúc đẩy tương lai đó xảy ra. Chuyên môn của ông là thực hiện những ca phẫu thuật cho bệnh nhân động kinh khó chữa.
Vài ngày trước khi ca phẫu thuật chính có thể diễn ra, tất cả những bệnh nhân này đều phải được cấy điện cực vào vỏ não. Các điện cực sẽ thu thập tín hiệu vào máy tính, nhằm tổng hợp lên mô hình của các cơn động kinh.
Trong suốt khoảng thời gian này, các bệnh nhân phải nằm dính lấy giường bệnh và thường cực kỳ chán nản.
Khoảng 15 năm trước, Leuthardt nảy ra một ý tưởng: Tại sao không tuyển dụng họ vào một chương trình thử nghiệm? Điều này vừa giúp các bệnh nhân đỡ chán hơn, vừa giúp giấc mơ của ông sớm trở thành hiện thực.
Và thế là Leuthardt đã thiết kế thí nghiệm, trong đó yêu cầu bệnh nhân làm những bài kiểm tra trong khi não của họ vẫn gắn điện cực.
Tín hiệu thần kinh thu lại được Leuthardt phân tích, để xem cách bộ não mã hóa những ý nghĩ và ý định của chúng ta. Ông còn muốn xem liệu có thể khai thác các tín hiệu này để điều khiển thiết bị điện tử ngoại vi hay không.
Liệu những dữ liệu của Leuthardt đã đủ để thực hiện ý định của ông? Liệu ông ấy có thể nghe được một cuộc độc thoại nội tâm của bệnh nhân hay không? Và liệu Leuthardt đã biết cách giải mã nhận thức của một người?
Mặc dù câu trả lời cho những câu hỏi này còn lâu mới đi đến điểm kết luận, nhưng chúng đều rất đáng khích lệ. Đáng khích lệ đủ để thấm nhuần vào Leuthardt một niềm tin chắc chắn như một tín đồ.
Niềm tin ấy có xu hướng biến ông thành một kẻ lập dị, chứ không phải một bác sĩ phẫu thuật não đang quyết định sự sống chết của bệnh nhân trong phòng mổ, nơi không có chỗ cho sự ngạo nghễ hoặc ảo tưởng.
Thế nhưng Leuthardt là người biết rõ hơn ai hết, rằng các cuộc phẫu thuật não rất nguy hiểm, đáng sợ, và khó khăn với bệnh nhân.
Nhưng những kiến thức mà ông biết về não bộ cũng cho ra một cái nhìn rõ ràng về hạn chế vốn có của nó - và cả những tiềm năng công nghệ có thể khắc phục những hạn chế này cho con người.
Leuthardt khẳng định rằng, một khi cả thế giới biết được những tiềm năng này và tiến bộ công nghệ đã tích lũy đủ, nhân loại sẽ làm những gì họ đã luôn luôn làm trong quá khứ. Chúng ta sẽ tiến hóa. Lần này, với sự trợ giúp của những con chip cấy vào trong đầu.
"Một sự tích hợp thần kinh thực sự sắp diễn ra", Leuthardt nói. "Chỉ là vấn đề thời gian mà thôi. Nếu nó diễn ra sau 10 hoặc 100 năm nữa trong kế hoạch lớn của vạn vật, đó vẫn sẽ là một sự phát triển trọng đại trong tiến trình lịch sử nhân loại".
Các bác sĩ sẽ khoan một lỗ qua hộp sọ bệnh nhân để đặt vào đầu dò laser
Leuthardt không phải là người duy nhất có tham vọng kỳ lạ với những chủ đề xung quanh một giao diện não-máy tính.
Tháng 3 vừa rồi, Elon Musk, nhà sáng lập của Tesla và SpaceX, đã khởi động liên doanh Neuralink, nhằm tạo ra các thiết bị tương thích với bối cảnh tương lai, khi ý thức được kết nối trực tiếp với máy móc.
Ông chủ của Facebook, Mark Zuckerberg cũng bày tỏ những ước mơ tương tự vào năm ngoái, khi tiết lộ rằng có 60 kỹ sư tại Facebook đang xây dựng các giao diện cho phép bạn gõ văn bản mà chỉ sử dụng tâm trí chứ không cần dùng tay.
Bryan Johnson, người sáng lập hệ thống thanh toán trực tuyến Braintree, đang sử dụng chính tài sản của mình để tài trợ Kernel, một công ty đang phát triển hệ thống giả thần kinh. Ông hy vọng dự án cuối cùng sẽ tìm ra cách làm tăng trí thông minh, trí nhớ cho con người và nhiều điều hơn thế nữa.
Mặc dù vậy, tất cả các kế hoạch này đều đang trong giai đoạn đầu và được giữ bí mật. Điều đó gây khó khăn cho việc đánh giá mức độ tiến bộ chúng ta đã đạt được - hoặc liệu các mục tiêu đó có xa vời với thực tế hay không.
Có vô số những thách thức trong lĩnh vực phát triển giao diện não-máy tính. Các loại thiết bị mà Musk hay Zuckerberg đang nói đến không chỉ đòi hỏi phần cứng tốt hơn, tương thích với kết nối cơ học và truyền thông liền mạch giữa các máy tính, dựa trên công nghệ bán dẫn silic, và chất xám trong bộ não con người.
Chúng cũng sẽ phải đủ sức mạnh tính toán để có thể hiểu được khối lượng dữ liệu khổng lồ, được tạo ra liên tục khi gần 100 tỷ tế bào thần kinh của não đồng thời hoạt động.
Một điều nữa: chúng ta vẫn chưa biết biết loại ngôn ngữ mã hóa mà não bộ đang sử dụng. Nói cách khác, chúng ta sẽ phải học cách đọc tâm trí của một người, trước khi làm ra một giao diện não-máy tính.
Leuthardt là một người mong muốn sẽ sống đến lúc chứng kiến điều đó xảy ra. "Với tốc độ thay đổi của công nghệ hiện nay, không thể không tưởng tượng rằng trong khoảng thời gian 20 năm nữa, tất cả mọi thứ bên trọng một chiếc điện thoại di động có thể được thu nhỏ bằng một hạt gạo", ông nói.
"Nó có thể được cấy vào đầu bạn mà ít gây xâm lấn nhất, và có thể thực hiện các tính toán cần thiết để trở thành một giao diện não-máy tính thực sự hiệu quả".
Khung cố định bên ngoài làm điểm tựa cho đầu dò laser di chuyển giữa các khu vực trong não
Lắng nghe những lời thì thầm trong não bộ
Từ lâu, các nhà khoa học đã biết rằng các tín hiệu phát ra từ tế bào thần kinh là thứ cho phép chúng ta di chuyển, cảm nhận và suy nghĩ.
Nhưng giải ra được các mã ngôn ngữ mà những nơ-ron sử dụng để liên lạc với nhau, và với phần còn lại của cơ thể - để có khả năng thực sự lắng nghe và hiểu chính xác tế bào não điều khiển chúng ta như thế nào – vẫn tiếp tục đã là một trong những nhiệm vụ khoa học thần kinh dễ gây nản lòng nhất.
Vào đầu những năm 1980, Apostolos Georgopoulos, một kỹ sư tại Bệnh viện Johns Hopkins đã mở đường cho cuộc cách mạng hiện tại trong lĩnh vực giao diện não-máy tính.
Georgopoulos xác định được các nơ-ron thuộc khu vực xử lý có tín hiệu cao hơn ở vỏ não vận động, chúng là thứ đã kích thích các hành động cụ thể - chẳng hạn như di chuyển cổ tay sang phải, hoặc đẩy bằn tay xuống dưới.
Khám phá của Georgopoulos có vai trò rất quan trọng, bởi nhờ đó bạn có thể ghi lại các tín hiệu và sử dụng chúng để dự đoán cường độ và hướng các chuyển động cơ thể của một người. Một số các mô hình kích hoạt nơ-ron này hướng dẫn hành vi của các nơ-ron có tín hiệu thấp làm việc cùng nhau để di chuyển từng bó cơ một, và cuối cùng là cả một chi.
Sử dụng các miếng dán chứa hàng chục điện cực để theo dõi các tín hiệu cường độ cao này, Georgopoulos đã chứng minh rằng ông có thể dự đoán không chỉ cách một con khỉ điều khiển một cần Joysticks trong không gian ba chiều, mà còn cả vận tốc chuyển động và xu hướng thay đổi theo thời gian như thế nào.
Vậy là dường như đã rõ ràng, đó chính xác là loại dữ liệu chúng ta có thể cung cấp cho người liệt, để họ điều khiển được các thiết bị cơ thể giả. Đây chính là nhiệm vụ mà một trong những học trò của Georgopoulos, Andrew Schwartz, đã tiếp nhận vào những năm 1990.
Vào cuối thập niên cuối cùng của thế kỷ trước, Schwartz, hiện đang là nhà nghiên cứu thần kinh học tại Đại học Pittsburgh, đã cấy các điện cực vào bộ não của khỉ, và bắt đầu chứng minh rằng chúng ta thực sự có thể huấn luyện những con khỉ kiểm soát chi giả bằng ý nghĩ.
Bác sĩ Leuthardt đang chọc đầu dò laser vào não bệnh nhân
Leuthardt đang ở St. Louis và làm việc như một bác sĩ phẫu thuật thần kinh nội trú tại Đại học Washington vào năm 1999.
Ông được truyền rất nhiều cảm hứng từ những nghiên cứu của Georgopoulos và Schwartz. Cho nên, khi Leuthardt cần quyết định sẽ cần làm gì trong thời gian nghiên cứu kéo dài một năm tiếp theo, ông biết chính xác lĩnh vực mình muốn tập trung vào.
Thành công ban đầu của Schwartz đã thuyết phục Leuthardt rằng khoa học viễn tưởng sắp sửa trở thành hiện thực. Các nhà khoa học cuối cùng cũng đã có những bước đi đầu tiên, hướng tới sự kết hợp của con người và máy móc. Leuthardt muốn trở thành một phần của cuộc cách mạng đang trên đường đến ấy.
Ông nghĩ rằng mình có thể dành cả năm để nghiên cứu vấn đề tạo sẹo ở não ở chuột. Cụ thể, theo thời gian, các đơn điện cực mà Schwartz và những nhà khoa học khác cấy ghép vào não chuột đã gây ra phản ứng viêm, chúng bị các tế bào não mới bọc xung quanh và vô hiệu hóa.
Nhưng khi Leuthardt và cố vấn của ông ngồi xuống bàn luận về vấn đề này, hai người đã có một ý tưởng tốt hơn. Tại sao không sử dụng một kỹ thuật ghi tín hiệu não khác để thay thế?
"Chúng tôi đã nghĩ kiểu như, 'Này, ở đây tôi với anh vẫn luôn có những người gắn sẵn điện cực vào trong đầu!", Leuthardt nói. "Vậy thì tại sao chúng ta không làm một số thí nghiệm với họ?".
Đây là phần đầu của chiếc đầu dò laser
Georgopoulos và Schwartz đã sử dụng một kỹ thuật, trong đó, các điện cực nhỏ được gắn vào cạnh màng tế bào các nơ-ron của bệnh nhân động kinh sắp phẫu thuật sẽ phát hiện sự thay đổi điện áp ở đó.
Nhưng khác với Schwartz, các điện cực mà Leuthardt sử dụng được kết vào một dải nhựa lớn hơn rất nhiều, đặt trên ngay bề mặt của vỏ não, dưới da đầu, nơi chúng ghi lại các tín hiệu phát ra từ hàng trăm ngàn nơ-ron cùng lúc.
Để cài đặt thiết bị vào những vị trí đó, Leuthardt đã thực hiện một thủ thuật ban đầu, trong đó ông cắt phần trên hộp sọ bệnh nhân, xuyên qua lớp dura (màng ngoài cùng của não), và đặt trực tiếp các điện cực lên trên não.
Sau đó, ông nối chúng với những dây dẫn ra khỏi đầu bệnh nhân, gom chúng thành một bó và cắm vào máy tính để phân tích các tín hiệu của não.
Những điện cực như vậy đã được sử dụng thành công trong nhiều thập kỷ, để xác định nguồn gốc chính xác của những cơn co giật khó chữa của bệnh nhân động kinh. Sau cuộc giải phẫu đầu tiên, bệnh nhân ngừng dùng thuốc chống động kinh.
Lẽ dĩ nhiên họ sẽ phải trải nghiệm những cơn động kinh. Nhưng dữ liệu sẽ tiết lộ nguồn gốc vật lý của những cơn động kinh, giúp các bác sĩ như Leuthardt quyết định phần nào của não phải được cắt bỏ để ngăn chặn các cơn co giật tiếp tục diễn ra trong tương lai.
Chưa dừng lại ở mục đích này, nhiều người cho rằng thông tin thu được từ các điện cực này đủ để giúp một người kiểm soát bộ phận giả.
Để xem điều đó có đúng không, Leuthardt tuyển dụng Gerwin Schalk vào dự án nghiên cứu, một nhà khoa học máy tính tại Trung tâm Wadsworth, phòng thí nghiệm y tế công cộng thuộc Bộ Y tế Bang New York.
Với sự hợp tác mới, nhiều phát hiện đã nhanh chóng được cả hai hé lộ. Trong vòng vài năm thử nghiệm, các bệnh nhân của Leuthardt đã cho thấy khả năng chơi Space Invaders bằng suy nghĩ.
Đó là một trò chơi yêu cầu di chuyển một tàu vũ trụ trên màn hình sang trái hoặc phải. Sau đó, họ đã có thể di chuyển con trỏ trong không gian ba chiều của màn hình.
Bác sĩ Leuthardt đang định vị đầu dò thông qua một màn hình
Năm 2006, sau một bài phát biểu đề cập đến thành công này tại một hội nghị, Elmar Schmeisser, quản lý dự án tại Văn phòng Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ đã tiếp cận Schalk.
Từ lâu, Schmeisser để tâm đến một điều phức tạp hơn rất nhiều. Anh ta muốn tìm hiểu xem liệu mình có thể giải mã để đọc được "lời nói tưởng tượng" - những từ ngữ đã không phát ra, mà chỉ thầm thì trong tâm trí của một người hay không.
Chính xác thì Schmeisser, một fan hâm mộ của khoa học viễn tưởng, đã mơ ước có được một "chiếc mũ đọc suy nghĩ", thứ có thể phát hiện lời nói bên trong đầu của một người lính và truyền tải tới tai của một người lính khác qua tín hiệu không dây.
Trở lại với Leuthardt, ông đã tuyển dụng 12 bệnh nhân động kinh nằm liệt giường, những người chỉ đang nhìn lên trần nhà và chán nản khi chờ đợi cơn co giật tới.
Ông đưa cho họ cơ hội tham gia vào một nghiên cứu, trong đó, Leuthardt cung cấp cho bệnh nhân 36 từ Tiếng Anh có cấu trúc đơn giản như "bet", "bat", beat "và "bot".
Ông làm điều này bằng 2 cách viết chúng lên màn hình máy tính hoặc nói trực tiếp cho họ biết. Mỗi một lần làm như vậy, Leuthardt yêu cầu bệnh nhân đầu tiên phải nói to những từ này rồi tưởng tượng rằng họ đang nói to chúng trong tâm trí.
Sau khi thu thập hết dữ liệu từ các điện cực, Leuthardt chuyển chúng cho Schalk để phân tích.
Phần mềm của Schalk dựa vào các thuật toán nhận dạng khuôn mẫu - các chương trình của ông có thể được đào tạo để nhận dạng mô hình kích thích của các nhóm nơ-ron liên quan đến một nhiệm vụ hoặc suy nghĩ nhất định.
Với tối thiểu là 50 đến 200 điện cực, mỗi điện cực sản xuất 1.000 khả năng đọc mỗi giây, các chương trình phải khuấy tung một số lượng khủng khiếp các biến số.
Càng nhiều điện cực và số lượng tế bào thần kinh tiếp xúc với mỗi điện cực càng nhỏ, cơ hội phát hiện các khuôn mẫu có nghĩa càng lớn – dĩ nhiên cũng phải có đủ sức mạnh tính toán để lọc các tín hiệu nhiễu không liên quan nữa.
"Độ phân giải càng cao thì càng tốt, nhưng mức tối thiểu phải là khoảng 50.000 tín hiệu một giây", Schalk cho biết. “Bạn phải trích ra một điều mà bạn thực sự quan tâm. Nó thường không đơn giản như vậy".
Vị trí của chiếc đầu dò được ghi lại trong thời gian thực
Tuy nhiên, kết quả phân tích của Schalk khá ấn tượng . Như ai đó có thể đã mong đợi, khi các đối tượng của Leuthardt nói ra lời một từ, dữ liệu cho thấy hoạt động ở các khu vực của vỏ vận động liên quan đến nhóm cơ tạo lời nói.
Khu vực thính giác, và một khu vực lân cận được cho là có liên quan đến quá trình xử lý lời nói, cũng hoạt động gần như cùng thời điểm. Đáng lưu ý, có những mô hình kích hoạt tương tự nhưng hơi khác một chút khi các đối tượng chỉ tưởng tượng những từ đó trong im lặng mà không nói ra lời.
Schalk, Leuthardt và các nhà nghiên cứu khác tham gia vào dự án tin rằng họ đã tìm ra được tiếng nói thì thầm trong tâm trí mình, mỗi khi chúng ta tưởng tượng.
Tuy nhiên, hệ thống ấy chưa bao giờ hoàn hảo: sau nhiều năm nỗ lực và tinh chỉnh các thuật toán của mình, chương trình của Schalk mới đoán đúng 45% số lần.
Nhưng thay vì cố gắng đẩy những con số này cao hơn (họ từng mong cải thiện hiệu suất nhờ các cảm biến tốt hơn), Schalk và Leuthardt đã tập trung vào việc giải mã các thành phần phức tạp của lời nói.
Trong những năm gần đây, Schalk đã tiếp tục mở rộng các phát hiện về lời nói thực và tưởng tượng (ông có thể cho biết một đối tượng đang tưởng tượng họ đang đọc bài diễn văn "Tôi có một giấc mơ" của Martin Luther King Jr. hay diễn văn Gettysburg của Lincoln).
Trong khi đó, Leuthardt đã cố gắng đẩy mạnh vào lĩnh vực tiếp theo: xác định cách não bộ mã hoá khái niệm trên khắp các vùng khác nhau của nó.
Kết quả về nỗ lực này của Leuthardt chưa được công bố, "nhưng sự thật là chúng ta vẫn đang cố gắng để hiểu về nó", ông nói. Leuthardt thừa nhận phòng thí nghiệm của mình đã đi xa đến độ tiến tới giới hạn những gì chúng ta có thể biết nhờ mọi công nghệ hiện tại.
Các dụng cụ trong ca phẫu thuật não
Cấy ghép tương lai
"Thời điểm chúng tôi có được bằng chứng ban đầu, rằng chúng tôi có thể giải mã ý nghĩ", Leuthardt nói, "Tôi đã biết tương lai đó đang đến”.
Ngay sau khi có được những kết quả, Leuthardt mất bảy ngày để viết, hình dung tương lai, và suy nghĩ về cả mục tiêu ngắn và dài hạn. Ở đầu danh sách những điều cần làm, ông quyết định phải chuẩn bị cho nhân loại biết về những gì sắp tới, trong khi những công việc khác tiếp tục tiến triển.
Với nguồn tài chính đầy đủ, Leuthardt đã kiên định trên mục tiêu của mình. Bây giờ, ông đang ngồi trong văn phòng, tựa lưng vào ghế nghỉ ngơi sau ca phẫu thuật.
Ông đã có thể tạo ra một bộ phận cấy ghép vào não sẵn sàng tung ra thị trường. Nó cho phép một người sử dụng máy tính và điều khiển một con trỏ chuột trong không gian ba chiều.
Người dùng cũng có thể chỉ dùng suy nghĩ để làm những việc đơn giản như bật tắt đèn, hoặc tăng hoặc giảm nhiệt độ điều hòa. Họ thậm chí có thể cảm nhận xúc giác giả mạo và tiệm cận đến độ gõ được văn bản bằng ý nghĩ.
"Với công nghệ hiện tại, tôi có thể thực hiện ca cấy ghép ấy - nhưng bây giờ, sẽ có bao nhiêu người muốn điều đó?", Leuthardt nói. "Tôi nghĩ thử nghiệm lâm sàng là rất quan trọng, nó sẽ là một bước rút gọn giúp mọi người di chuyển theo con đường hướng đến tầm nhìn dài hạn".
Để đạt được mục đích đó, Leuthardt thành lập NeuroLutions, một công ty nhằm chứng minh rằng có một thị trường, ngay trong bối cảnh ngày nay, cho các thiết bị đơn giản liên kết trí óc và máy tính. Và những công nghệ này có thể bắt đầu giúp đỡ mọi người.
NeuroLutions đã huy động được vài triệu USD ở thời điểm hiện tại, và một giao diện não-máy tính không xâm lấn dành cho các nạn nhân đột qụy liệt nửa người hiện đang được thử nghiệm.
Thiết bị bao gồm các điện cực giám sát não nằm trên da đầu và được kết nối với một khung cánh tay giả; nó có thể phát hiện ra một dấu hiệu thần kinh điều khiển chuyển động dự định, trước cả khi tín hiệu đến khu vực vận động của não.
Các tín hiệu thần kinh này đến từ phía đối diện khu vực thường bị phá hủy bởi đột quỵ-và do đó, chúng thường không gặp thiệt hại.
Leuthardt đã tìm ra manh mối đó, ông thực sự có thể giúp bệnh nhân giành lại khả năng kiểm soát chân tay, nhanh hơn và hiệu quả hơn nhiều so với bất kỳ cách tiếp cận hiện tại nào có mặt trên thị trường. Điều quan trọng là thiết bị có thể được sử dụng mà không cần phẫu thuật vào não.
Chiếc mũ này là một thiết bị không xâm lấn, cho phép bệnh nhân liệt điều khiển một cánh tay giả bằng ý nghĩ
Mặc dù công nghệ còn khiêm tốn so với những dự định lớn của Leuthardt trong tương lai, ông tin rằng đây là một lĩnh vực mà ông có thể giúp rất nhiều người tìm lại được cuộc sống của họ ngay lúc này. Có khoảng 700.000 bệnh nhân đột quỵ mới ở Mỹ mỗi năm, và hậu quả phổ biến nhất đối với họ là bị liệt bàn tay.
Tìm ra cách để giúp nhiều người lấy lại chức năng - và chứng minh rằng anh ta có thể làm nhanh hơn và hiệu quả hơn bất kể công nghệ nào khác - không chỉ thể hiện sức mạnh của giao diện não-máy tính mà còn giải quyết được một nhu cầu y tế to lớn.
Sử dụng các điện cực không xâm lấn đặt bên ngoài da đầu làm cho sáng chế này thân thiện hơn với người bệnh, nhưng nó cũng có những hạn chế cơ bản. Các tín hiệu điện áp đến từ tế bào não có thể bị bóp méo khi chúng đi qua da đầu để tiếp cận các cảm biến, và chúng có thể bị khuếch tán khi đi qua xương.
Tất cả đều làm cho tín hiệu khó được phát hiện và giải thích nguồn gốc của chúng cũng gặp nhiều khó khăn hơn.
Leuthardt có thể đạt được hiệu suất tốt hơn bằng cách sử dụng điện cực cấy ghép trực tiếp trên vỏ não. Nhưng thứ mà anh đã học được qua một kinh nghiệm đau đớn, là phẫu thuật não tự nguyện không phải một lựa chọn dễ dàng gì - không chỉ với bệnh nhân mà còn với cả các nhà đầu tư nữa.
Năm 2008, khi ông và Schalk thành lập NeuroLutions, cả hai đã hy vọng thực hiện sứ mệnh khôi phục lại khả năng vận động cho những người liệt, bằng cách đưa một công nghệ giao diện não-máy tính ra thị trường. Nhưng cộng đồng các nhà đầu tư đã không quan tâm.
Một là, các công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực khoa học thần kinh đã thử nghiệm các giao diện não-máy tính trong hơn một thập niên, nhưng chưa một ai thành công trong việc biến công nghệ ấy thành một phương pháp điều trị hữu hiệu cho bệnh nhân liệt.
Hai là, số lượng bệnh nhân tiềm năng cũng bị giới hạn - ít nhất là so với một số bệnh khác đang được nhắm mục tiêu bởi các công ty khởi nghiệp về y tế, có cạnh tranh nguồn vốn đầu tư mạo hiểm. Ví dụ như khoảng 40.000 người ở Hoa Kỳ bị liệt hoàn toàn cả 4 chi.
Cuối cùng, hầu hết các chức năng mà giao diện não-máy tính có thể làm được hiện nay, vẫn là điều ,à các thiết bị không xâm lấn khác cũng làm được. Bằng chứng là ngay cả những bệnh nhân liệt nặng nhất vẫn có thể nháy mắt hoặc lắc ngón tay.
Các phương pháp khai thác cử động này có thể được sử dụng giúp bệnh nhân viết bằng máy tính hoặc di chuyển xe lăn. Các công nghệ này không xâm lấn và không tồn tại những nguy cơ biến chứng, cần thời gian phục hồi, hoặc chấn thương tâm lý liên quan đến cấy ghép điện cực trực tiếp lên vỏ não người bệnh.
Chân dung bác sĩ Leuthardt
Sau nỗ lực gây quỹ đầu tiên thất bại, Leuthardt và Schalk đã đặt tầm nhìn của họ tới một mục tiêu khiêm tốn hơn. Khi đó, thật bất ngờ, họ nhận thấy rằng nhiều bệnh nhân của mình tiếp tục phục hồi thêm chức năng ngay cả sau khi khung chi giả đã được tháo bỏ.
Ví dụ, họ tăng cường được khả năng vận động của ngón tay. Hóa ra, tất cả các bệnh nhân thường cần một sự thúc đẩy nhẹ mà ông đã vô tình dùng các điện cực để làm điều đó.
Và rồi, một khi các đường thần kinh mới đã được thiết lập, não tiếp tục phát triển thêm và mở rộng chúng để có thể truyền tải các lệnh vận động phức tạp hơn vào tay.
Leuthardt hi vọng và mong đợi những thành công ban đầu này của ông sẽ khuyến khích một số bệnh nhân chuyển sang sử dụng hệ thống xâm lấn mạnh mẽ hơn. "Một vài năm nữa bạn có thể nói với [bệnh nhân] rằng, 'Ông biết không? Với phiên bản không xâm lấn này, ông có thể có nhiều lợi ích.
Nhưng tôi nghĩ rằng ở thời điểm này, vì trình độ khoa học mà chúng tôi đã đạt đến và mọi điều kiện đã đủ, để có thể mang lại cho ông nhiều lợi ích hơn", Leuthardt nói. "Chúng tôi có thể cải thiện chức năng cho ông tốt hơn nữa"
Leuthardt rất mong muốn cả thế giới sẽ cùng chia sẻ khao khát của ông, về những tác động đầy tiềm năng của công nghệ giao diện não- máy tính.
Bởi vậy, ông cũng đã tìm cách lôi kéo công chúng thông qua nghệ thuật. Ngoài việc viết tiểu thuyết và kịch, ông đang làm việc trên podcast và YouTube với một bác sĩ phẫu thuật thần kinh, trong đó cả hai sẽ thảo luận về công nghệ này.
Trong cuốn sách đầu tiên của Leuthardt, RedDevil 4, một nhân vật đã sử dụng thiết bị cấy ghép vào vỏ não để trải nghiệm cảm giác đi bộ trên dãy Himalaya, trong khi, thực sự anh ta đang ngồi trên ghế.
Một nhân vật khác, là một thám tử cảnh sát, đã sử dụng công nghệ này để nói chuyện “thần giao cách cảm” với một đồng nghiệp, bàn xem họ sẽ đặt câu hỏi gì cho nghi phạm giết người đang đứng ngay trước mặt.
Mỗi nhân vật có quyền truy cập vào tất cả các kiến thức trong một thư viện chung của thế giới- với tốc độ nhanh như ý tưởng tự phát lên trong đầu chúng ta ngày nay.
Sẽ không còn ai cô đơn, khi cơ thể chúng ta không còn là một giới hạn. Ở phía ngược lại, não của mọi người có thể bị tổn thương bởi virus máy tính, những thứ có thể biến con người thành những kẻ rối loạn đa nhân cách.
Leuthardt thừa nhận rằng hiện nay, chúng ta chưa thể ghi lại và kích thích lượng nơ-ron thần kinh cần thiết để tạo ra chuyện viễn tưởng này.
Nhưng ông khẳng định những cuộc đối thoại của ông với một số nhà đầu tư ở Thung lũng Silicon đã làm tăng niềm tin và độ lạc quan, rằng chúng ta sắp sửa tạo ra những công nghệ bùng nổ để đạt được nó.
Schalk thì ít lạc quan hơn. Ông hoài nghi rằng Facebook, Musk, và những người khác không làm được quá nhiều thứ mới mẻ, trong việc phát triển một giao diện não-máy tính tốt hơn những gì ông và các nhà khoa học khác đang làm.
"Họ đang làm những thứ chẳng khác gì cộng đồng khoa học đã thực hiện”, Schalk nói. "Có thể cái gì đó sẽ xảy ra, nhưng không có vẻ gì là họ đang sở hữu một thứ hoàn toàn mới mẻ, mà chẳng ai có".
Schalk nói rằng "rất, rất rõ ràng", trong vòng 5 đến 10 năm tới, một số hình thức giao diện não-máy tính sẽ được sử dụng để khôi phục chức năng cho nạn nhân đột quỵ, tổn thương tủy sống, đau mạn tính và các rối loạn khác.
Nhưng ông so sánh các kỹ thuật ghi tín hiệu thần kinh hiện tại như máy tính IBM của những năm 1960, nói rằng ở thời điểm này chúng quá lạc hậu.
Để làm cho công nghệ này thực sự đạt tới tiềm năng dài hạn, ông tin rằng cần phải có một loại công nghệ quét não mới – là cái gì đó có thể đọc được nhiều tế bào thần kinh cùng lúc.
"Điều bạn thực sự muốn là có thể lắng nghe và nói chuyện với não bộ theo một cách mà bộ não không thể phân biệt được với khi nó liên lạc nội bộ, và chúng ta bây giờ chưa thể làm điều đó”, Schalk cho biết.
"Chúng ta thực sự không biết làm thế nào để làm điều đó vào thời điểm hiện tại. Nhưng cũng rõ ràng, tôi cho rằng nó sẽ xảy ra. Và khi điều đó xảy ra thật, cuộc sống của chúng ta sẽ thay đổi sẽ thay đổi hoàn toàn theo những chiều hướng chưa từng có".
Những đột phá sẽ xảy ra ở đâu và khi nào là điều không rõ ràng. Sau nhiều thập niên nghiên cứu và đạt được nhiều tiến bộ, chúng ta vẫn còn nhiều thách thức về mặt công nghệ.
Tuy nhiên, sự tiến bộ trong khoa học thần kinh, phần cứng và phần mềm máy tính đã làm cho tương lai ấy - ít nhất là đối với những tín đồ thật sự - trở thành tương lai chắc chắn sẽ đến và không thể tránh khỏi.
Theo Leuthardt, ít nhất những tin đồn từ Thung lũng Silicon đã tạo ra "sự phấn khích thực sự và những suy nghĩ thực sự về các giao diện máy tính-não, coi đó là một thực tế thực tiễn". Ông nói đó là "điều mà chúng ta chưa từng thấy trước đây".
Mặc dù ông thừa nhận, nếu những lời đồn đó chỉ đang được thổi phồng lên, chúng có thể "đẩy lùi lĩnh vực này lại một hoặc hai thập kỷ".
Nhưng Leuthardt tin chắc rằng không có gì ngăn cản chúng ta đạt tới mục tiêu cuối cùng: Có một công nghệ cho phép chúng ta vượt qua giới hạn của nhận thức và thể chất, giới hạn mà tất cả các thế hệ nhân loại trước nay đã phải chấp nhận.
"Nó sẽ xảy ra", ông nhấn mạnh. "Và điều này có khả năng thay đổi cả xu hướng tiến hóa của loài người".
Tham khảo Technologyreview