Công nghệ giao diện não hỗ trợ đắc lực cho ​bệnh nhân bị liệt tứ chi

Hãy tưởng tượng bạn có thể điều khiển một cánh tay robot từ xa mà chỉ sử dụng tâm trí của bạn. Bây giờ, hãy tưởng tượng bạn có thể cảm nhận được khi ngón tay của nó nắm lấy một vật thể, như thể đó là bàn tay của chính bạn.

Các nhà khoa học Mỹ ngày 20/5 đã công bố trên tạp chí Science về công nghệ giao diện não-máy tính (BCI) đầu tiên trên thế giới cho phép một bệnh nhân bị liệt từ ngực trở xuống có thể thực hiện được kỳ tích này.

BCI là công nghệ sử dụng các điện cực khác nhau để thu thập các tín hiệu điện sinh học do hoạt động của não tạo ra, sau đó xử lý và phân tích các tín hiệu thông qua máy tính để giải mã các tín hiệu như chuyển động và thị giác, nhằm đạt được sự tương tác giữa người và máy tính.

Năm 2004, một vụ tai nạn ô tô đã khiến anh Nathan Copeland, 34 tuổi, bị chấn thương tủy sống nghiêm trọng và bị liệt tứ chi. Anh đã tình nguyện tham gia nghiên cứu trên và cách đây 6 năm, anh đã trải qua cuộc đại phẫu để cấy các điện cực siêu nhỏ vào não.

Hai bộ gồm 88 điện cực có chiều rộng bằng một sợi tóc được sắp xếp tựa như những chiếc lược chải đầu nhỏ và thâm nhập sâu vào vùng vỏ não điều khiển chức năng vận động.

Theo Phó Giáo sư Rob Gaunt thuộc Khoa Y học vật lý và phục hồi chức năng tại Đại học Pittsburgh, đồng trưởng nhóm nghiên cứu, biết trên thế giới chỉ có chưa đến 30 người được cấy ghép các điện cực siêu nhỏ vào não.

Tuy nhiên, điểm đặc biệt trong trường hợp của Copeland là anh được cấy một bộ điện cực bổ sung kết nối với vùng vỏ não điều khiển xúc giác. Theo các nhà nghiên cứu, điều này giúp cải thiện đáng kể chức năng của chân, tay giả cho các bệnh nhân bị liệt tứ chi.

Ông Gaunt giải thích: "Khi nắm lấy đồ vật, chúng ta sử dụng xúc giác một cách rất tự nhiên để cải thiện khả năng kiểm soát. Nhóm đã phát triển một giao diện 'hai chiều' - có nghĩa là nó không chỉ có thể "đọc" các hướng dẫn phát đi từ não và truyền 'chỉ thị' đến chân, tay giả, mà còn có thể 'ghi lại' các cảm giác từ thiết bị và truyền chúng trở lại".

Trước khi BCI có thể hoạt động với cánh tay robot, các nhà khoa học đã phải thực hiện một loạt thử nghiệm với anh Copeland. Đầu tiên, họ cần tìm hiểu các điện cực nào kích thích cảm giác gì khi được kích hoạt và ngón tay nào được liên kết với chúng, qua đó thiết lập bàn tay robot một cách chính xác.

Họ cũng yêu cầu anh Copeland xem video về cánh tay robot di chuyển sang trái hoặc phải và ghi lại các điện cực sáng lên khi Copeland được yêu cầu "nghĩ" về việc anh ấy đang điều khiển nó.

Sau đó, nhóm nghiên cứu bắt đầu thử phát đi những tín hiệu cảm giác đầu tiên. Anh Copeland ngồi bên cạnh cánh tay robot màu đen kim loại và được yêu cầu nhặt một loạt các vật thể nhỏ như đá, quả cầu và đặt chúng vào một chiếc hộp trong điều kiện các cảm biến xúc giác được bật hoặc tắt.

Khi các cảm biến được kích hoạt, anh ấy có thể hoàn thành mỗi nhiệm vụ với tốc độ trung bình nhanh hơn gấp đôi và thậm chí có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn như nhấc một chiếc ly và đổ những đồ vật trong đó vào một chiếc ly khác.

Anh Copeland chia sẻ: "Tôi là người đầu tiên trên thế giới được cấy (các điện cực) vào vỏ não điều khiển xúc giác mà họ có thể sử dụng để kích thích não bộ trực tiếp. Sau đó, tôi cảm thấy như thể bàn tay của tôi dường như dần lấy lại cảm giác. Cảm giác đó đã giúp tôi tự tin khi biết rằng tôi chắc chắn đã nắm chặt lấy vật thể đó và có thể nhấc nó lên".

Phó Giáo sư Gaunt cho biết nhóm nghiên cứu muốn tinh chỉnh thêm các bộ phận chân, tay robot vì "chúng tôi không muốn chỉ làm các thí nghiệm khoa học trong phòng thí nghiệm, chúng tôi muốn thực sự chế tạo các thiết bị hữu ích cho mọi người trong ngôi nhà của họ"./.