Câu chuyện về một nhà thần kinh học tự hack não của mình và suýt mất hết trí nhớ

Từ rất lâu trước khi xuất hiện máy tính, đã có những người cố gắng hình dung ra cách điều khiển chúng bằng trí não. Năm 1963, một nhà khoa học tại Đại học Oxford cho biết, ông đã tìm ra cách sử dụng não người để điều khiển một máy chiếu đơn giản.

Từ những điện cực nhỏ trên não ...

Cùng lúc đó, tại Đại học Yale của Mỹ, nhà thần kinh học José Delgado đã phát minh một thiết bị được gọi là stimoceiver – một thiết bị điều khiển bằng sóng radio được cấy ghép vào não. Thiết bị này có thể bắt được các tín hiệu và truyền các chấn rung nhỏ tới vỏ não. Ông đã thử nghiệm thiết bị này trên một con bò tót. Tín hiệu truyền đi đủ để làm con bò tót đang hung hăng phải chạy chậm lại và quay đầu bỏ chạy.

Nhà thần kinh học José Delgado.

Không chỉ dừng lại ở đó, ông còn thử cấy ghép thiết bị của mình trên những người thí nghiệm bị bệnh tâm thần, với giấc mơ sử dụng các điện cực cấy ghép để không chỉ đọc trí não con người, mà còn chỉnh sửa và cải thiện chúng. “Nhân loại đang ở một bước ngoặt của sự tiến hóa. Chúng ta rất gần với quyền năng để xây dựng các chức năng tinh thần của riêng mình.” ông nói với tờ New York Times năm 1970. Tuy nhiên, nghiên cứu của Delgado cũng làm nhiều người lo lắng. Trong những năm sau đó, công trình nghiên cứu của ông dần bị vây quanh bởi những tranh cãi, hạn chế kinh phí và cản trở bởi não bộ phức tạp hơn những gì ông tưởng tượng.

Trong khi đó, cũng có những nhà khoa học khác có mục tiêu khiêm tốn hơn, họ chỉ muốn giải mã tín hiệu của bộ não thay vì thay đổi cả nền văn minh. Đến những năm 1980, bằng cách cấy ghép điện cực để ghi lại các tín hiệu từ một nhóm các tế bào trên vỏ não khỉ, các nhà thần kinh học có thể hình dung những phần của não khỉ dùng để di chuyển các chi. Đây được xem như bước tiến quan trọng hướng tới việc phát triển các bộ phận giả điều khiển bằng não cho người bệnh.

Nhưng phương pháp cấy ghép điện cực trên vỏ não cũng có những nhược điểm : khi tín hiệu thu được không ổn định, các tế bào có thể di chuyển sang chỗ khác hoặc va chạm với các mảnh kim loại của điện cực, làm chết tế bào hay sai lệch về tín hiệu. Nhưng nhà thần kinh học Phil Kennedy đã đạt được bước đột phá về phương pháp nghiên cứu nhằm giải quyết các vấn đề cơ bản trên.

Cấu tạo điện cực thủy tinh hình nón của Phil Kennedy.

Ý tưởng của ông là đặt các điện cực sâu bên trong não thay vì nằm bên ngoài vỏ não. Để làm được điều này, ông luồn đầu những sợi dây vàng phủ Teflon bên trong một ống thủy tinh rỗng hình nón. Trong không gian nhỏ xíu đó, ông chèn thêm một thành phần rất quan trọng : một lát mỏng dây thần kinh hông. Mẩu vật liệu sinh học này sẽ đóng vai trò kết nối với các mô thần kinh ở gần đó, thu hút các nhánh cực nhỏ của những tế bào ban đầu để bao lấy ống thủy tinh. Như vậy, thay vì đặt một dây điện trần vào vỏ não, Kennedy sẽ để các tế bào thần kinh dệt nên các tua bao quanh lấy mô cấy, cố định vị trí của mô cấy. (Đối với các thí nghiệm trên người, ông sẽ thay thế dây thần kinh hông bằng một hỗn hợp các chất hóa học để kích thích tăng trưởng tế bào thần kinh).

... đến bước tiến dài hơn.

Sau phát minh về “điện cực dinh dưỡng thần kinh” (neurotrophic electrode) này, Kennedy bỏ chương trình học tại Đại học Công nghệ Georgia và lập một công ty công nghệ sinh học có tên Neural Signals. Năm 1996, sau vài năm thí nghiệm trên động vật, Neural Signals được FDA đồng ý cho thử nghiệm trên người. Năm 1998, Kennedy và cộng tác viên y tế của mình Roy Bakay, đã tiến hành giải phẫu thần kinh cho Johnny Ray, 52 tuổi, một bệnh nhân của chứng đột quỵ. Những chấn thương làm ông phải dùng máy thở, nằm liệt trên giường và chỉ trả lời câu hỏi bằng cách nháy mắt, một lần nghĩa là “không” và hai lần nghĩa là “có”.

Minh họa việc đặt các điện cực của Kennedy vào trong não.

Do não của Ray không có cách nào gửi tín hiệu đến các cơ trong cơ thể, Kennedy thử quấn dây quanh đầu Ray để ông có thể giao tiếp được. Kennedy và Bakay đặt các điện cực vào phần vỏ não vận động chính của Ray. Trước đó, để xác định được vùng vỏ não này, họ đã phải đặt Ray trong máy quét Cộng hưởng từ MRI và yêu cầu ông nghĩ đến các chuyển động. Vùng vỏ não vận động sẽ là vùng sáng nhất trên kết quả của máy quét. Khi các ống thủy tinh hình nón đã vào đúng vị trí, Kennedy nối chúng với một máy phát sóng radio, được cấy trên đỉnh hộp sọ của Ray và bên dưới da đầu.

Sau một thời gian, dưới sự hướng dẫn của Kennedy, Ray đã có thể điều chỉnh tín hiệu từ thiết bị cấy ghép chỉ bằng suy nghĩ. Khi kết nối Ray với một máy tính, ông thậm chí có thể điều khiển con chuột trên màn hình đi từ trái sang phải, và nhấn chuột. Bằng cách này, Ray có thể chọn ra các từ trong một bức thư và đánh vần câu của mình. Nhưng đó cũng là một tiến bộ lớn trên thế giới. “Thiết bị này đúng là một bước tiến đáng kể, như những đồ vật trong Star Wars vậy.” Bakay nói như vậy với khán giả là các đồng nghiệp về phẫu thuật thần kinh vào tháng Mười năm 1998.

Những thách thức khó vượt qua.

Tuy nhiên, sau đó nghiên cứu của họ hầu như không có tiến triển khi việc cấy ghép trên hai bệnh nhân khác thất bại. Vết mổ trên một bệnh nhân không kín làm rơi thiết bị cấy ghép, còn bệnh tình của một bệnh nhân khác tiến triển khác nhau nên thiết bị trở nên vô dụng. Mùa thu năm 2002, Ray cũng qua đời vì chứng phình động mạch não.

Không nản lòng, ông vẫn tìm cách phát triển tiếp dự án ứu của mình, cũng như định hướng ứng dụng cho nghiên cứu này. Trong khi các đồng nghiệp khác hướng đến khả năng điều khiển chân tay giả cho người khuyết tật, ông chú ý nhiều hơn đến khả năng nói của bệnh nhân, dù việc này phức tạp hơn nhiều so với chuyển động. Việc phát ra các âm cơ bản đòi hỏi phải có sự phối hợp của hơn 100 cơ khác nhau, từ cơ hoành đến lưỡi và môi.

Tuy nhiên, những khó khăn vẫn dồn dập đến với Kennedy. Bệnh nhân mới của ông, Erik Ramsey do các tật về mắt đã làm ông không kiểm tra được các phản ứng với thí nghiệm. Các khoản trợ cấp nghiên cứu bị cắt giảm, đối tác của ông, Roy Bakay cũng qua đời. Ngoài ra, FDA cũng buộc ông phải đảm bảo các yêu cầu về an toàn và vô trùng khi thử nghiệm, do vậy ông bị cấm sử dụng điện cực trên các bệnh nhân.

Một bước đi quyết định

Đến mùa hè năm 2014, Kennedy quyết định, cách duy nhất để có được tiến triển cho dự án của mình là ông phải tự làm cho mình. Để đạt được bước đột phá tiếp theo, ông sẽ tiến hành cấy ghép trên một bộ não khỏe mạnh. Bộ não của chính ông.

Nhà thần kinh học Phil Kennedy.

Vì vậy ông tới thành phố Belize của Honduras để tiến hành phẫu thuật. Hai người thực hiện phẫu thuật cho ông gồm Paul Powton, một nông dân địa phương và chủ một câu lạc bộ đêm, phụ trách hậu cần cho ca phẫu thuật, và Joel Cervantes, bác sỹ giải phẫu thần kinh đầu tiên của thành phố Belize, là người cầm dao mổ. Cả hai người là sáng lập viên của trung tâm y tế Phẫu thuật vì chất lượng cuộc sống.

Ca phẫu thuật não kéo dài hơn 11 tiếng đồng hồ, bắt đầu từ trưa ngày 21 tháng Sáu năm 2014. Trước đó ông Kennedy đã phải đồng ý bỏ ra đến 30.000 USD để thuê Cervantes cấy một tập hợp các điện cực xuống dưới bề mặt não của mình. Ca phẫu thuật dường như diễn ra khá suôn sẻ, ông Kennedy không mất nhiều máu trong quá trình cấy ghép. Tuy nhiên, việc phục hồi dường như có vấn đề. Hai ngày sau đó, khi Kennedy đang ngồi trên giường, đột nhiên, quai hàm của ông nghiến lại và nói nhảm, một trong hai bàn tay bắt đầu run lên.

Ông Powton kể lại “ông ấy liên tục xin lỗi, xin lỗi”, ”bởi vì ông ấy không thể nói bất cứ điều gì khác.” Dù Kennedy vẫn giữ được khả năng phát âm, nhưng dường như các cụm từ và câu của ông không có sự kết dính với nhau. Thậm chí ông cũng không thể viết thành chữ, thay vào đó, chỉ là một vài đường nguệch ngoạc trên trang giấy.

Nhà phẫu thuật tại thành phố Belize, Honduras, ông Joel Cervantes.

Dần dần, khả năng ngôn ngữ của Kennedy được cải thiện, ví dụ : khi nhìn thấy cái bút chì, ông có thể gọi nó là cái bút. Sau đó, Kennedy cũng được về nhà, khi Cervantes cảm thấy bệnh nhân của mình đã đi được nửa đường của sự hồi phục. Hóa ra những lo lắng rằng, di chứng của ca phẫu thuật sẽ phá hủy cuộc sống của Kennedy, là vô căn cứ. Những khó khăn trong việc sử dụng ngôn ngữ chỉ là triệu chứng của việc sưng não hậu phẫu. Kiểm soát được triệu chứng đó, ông ấy sẽ ổn. Chỉ vài ngày sau khi về nhà, Kennedy đã có thể quay trở lại với các bệnh nhân trong phòng khám của mình. Nhưng ông vẫn phải tiếp tục dùng thuốc chống động kinh trong vài tháng chờ đợi các tế bào thần kinh phát triển quanh ba điện cực hình nón của ông.

Đến tháng Mười năm đó, Kennedy quay trở lại Belize để phẫu thuật lần hai, nhằm đặt một cuộn dây điện cảm ứng và một máy thu phát sóng radio, kết nối với dây điện nhô ra từ não của ông. Ca phẫu thuật diễn ra tốt đẹp, dù cả Cervantes và Powton vẫn lúng túng về các thành phần mà Kennedy muốn giấu dưới não của mình.

Trở về nhà từ ca phẫu thuật lần hai, Kennedy nhanh chóng bắt tay vào thu thập dữ liệu từ bộ não của mình. Trong một tuần trước Lễ Tạ ơn, ông liên tục đến phòng thí nghiệm để cân bằng cuộn dây từ trường và máy thu tín hiệu trong đầu mình. Sau đó, ông bắt đầu ghi lại hoạt động của não bộ khi ông nói to những câu khác nhau, vừa đồng bộ với một máy theo dõi xung thần kinh. Các nhật ký lưu lại cho thấy, ông đã ở phòng thí nghiệm vào các buổi chiều tối suốt từ Lễ Tạ ơn cho đến Lễ Giáng Sinh.

Thí nghiệm kết thúc.

Thí nghiệm này không kéo dài được như ông mong đợi. Vết mổ trên da đầu không bao giờ liền lại được do độ dầy của các thiết bị điện tử cấy ghép. Vậy là chỉ sau 88 ngày, ông Kennedy lại một lần nữa nằm dưới dao mổ. Nhưng lần này thay vì đến Belize, ông đến thẳng bệnh viện địa phương. Một ca phẫu thuật để đảm bảo sức khỏe cho mình sẽ không cần đến sự cho phép của FDA, và còn được bảo hiểm thanh toán các chi phí.

Ngày 13 tháng Một năm 2015, thí nghiệm của Kennedy chính thức chấm dứt, khi một bác sỹ phẫu thuật địa phương đã mở da đầu ông để lấy ra cuộn dây điện và máy thu phát. Tuy nhiên, các điện cực thì nằm lại trong não ông vĩnh viễn, do quá nguy hiểm để lấy chúng ra. Ngoài ra, các ca phẫu thuật cũng để lại một di chứng trên khuôn mặt điển trai của ông : “Các cơ co rút đã kéo một nhánh dây thần kinh trên cơ thái dương của tôi. Giờ tôi không thể chân mày của mình lên.”

Cuối cùng, Kennedy cũng công bố các dữ liệu mà mình thu thập được từ các thí nghiệm trên bản thân, cho các đồng nghiệp tại các cuộc hội nghị chuyên đề về khoa học thần kinh của Đại học Emory, vào tháng Năm và Mười năm 2015. Bằng việc thí nghiệm trên chính bộ não của mình, ông đã nhận được sự ủng hộ từ một số đồng nghiệp. Edward Chang, nhà phẫu thuật và sinh lý học thần kinh tại San Francisco, cho biết “Đó là những dữ liệu rất quý giá, cho dù nó có nắm giữ bí mật của chức năng nói hay không. Đây đúng là một sự kiện phi thường.” Nhưng cũng có nhiều đồng nghiệp khác cho rằng, thí nghiệm này là sự điên rồ và vi phạm vấn đề đạo đức trong khoa học.

Những giải pháp khác.

Hiện nay, cấy ghép não xâm lấn đã không còn là phương pháp phù hợp nữa. Các nhà gây quỹ chính cho nghiên cứu thần kinh đang ưa chuộng một cách tiếp cận khác hơn. Các nhà khoa học sử dụng một lưới điện cực phẳng (lưới hình vuông, mỗi chiều 8 hay 16 điện cực) trên bề mặt của bộ não. Được gọi là ECoG (electrocorticography), phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn so với của Kennedy, khi cho phép “nghe” được âm thanh của hàng trăm nghìn nơ ron thần kinh, thay vì chỉ một vài nơ ron riêng biệt. Các điện cực này rất mỏng nên có thể an toàn ở trong não của bệnh nhân một thời gian dài hơn so với các điện cực hình nón của Kennedy.

Phương pháp cấy ghép Electrocorticography.

Từ phương pháp này, Trung tâm Wadsworth tại New York đã phát triển một ứng dụng, được gọi là Brain-to-Text, có thể học được cách phát âm từ giọng đọc của người, và tái tạo lại thành dạng văn bản. Cách thức hoạt động của nó tương tự phần mềm Spech-to-text trên điện thoại, nhưng hiệu quả hơn do được tín hiệu của từ ngữ được ghi lại trực tiếp từ não thay vì âm thanh như trước đây.

Ngoài ra hiện cũng đã có những phương pháp khác đơn giản và nhiều chức năng hơn để giúp những người bệnh gặp khó khăn về phát âm. Ví dụ họ có thể viết thông điệp của mình bằng mã Morse. Hay nếu họ có thể di chuyển mắt, họ có thể sử dụng phần mềm theo dõi mắt trên smartphone để viết lại câu mình định nói.

Như Kennedy nhận xét về kế hoạch độc đáo của mình “Các nhà khoa học phải là các cá nhân.” Ông cho biết “Bạn không thể làm khoa học bằng một Ủy ban được.” Dù đồng tình với thí nghiệm của nhà khoa học này hay không, đây là điều mà bạn nên rút ra từ ông ấy : Bạn không thể luôn luôn lên kế hoạch cho con đường của bạn tới tương lai. Đôi khi bạn phải tự làm nó trước.

Tham khảo WIRED.com