Trung Quốc phát triển công nghệ 3 trong 1 giúp người liệt đầu tiên đứng dậy đi lại được

Một người đàn ông 34 tuổi đến từ tỉnh Quảng Đông đã trở thành người đầu tiên tại Trung Quốc có thể đứng dậy và đi lại được sau khi bị liệt hoàn toàn hai chi dưới.

Kỳ tích này có được là nhờ một ca phẫu thuật sử dụng công nghệ 3 trong 1: Giao diện não-tủy sống (Brain-Spine Interface- BSI), kích thích điện ngoài màng cứng (Epidural Electrical Stimulation-EES) và trí tuệ nhân tạo (AI).

Hệ thống đang được phát triển bởi các nhà khoa học Trung Quốc, hứa hẹn sẽ giúp phục hồi khả năng vận động cho gần 3,5 triệu bệnh nhân ở nước này, những người đang bị liệt do hậu quả của chấn thương cột sống gây ra.

Chúng ta biết với các bệnh nhân bị chấn thương cột sống, tủy sống của họ sẽ bị đứt hoặc chèn ép, dẫn tới tín hiệu thần kinh truyền từ não tới các chi bị gián đoạn. Hệ quả là bệnh nhân sẽ không thể cử động được, hay còn gọi là liệt.

Liệt do chấn thương cột sống khác với liệt do đột quỵ, bệnh đa xơ cứng hay bệnh bại liệt ở chỗ, đối với các căn bệnh này bản thân não bộ và tủy sống đã bị phá hủy. Thế nhưng với chấn thương cột sống, não bộ vẫn có thể phát ra tín hiệu vận động. Các dây thần kinh ở chi vẫn có thể nhận được tín hiệu này.

Chỉ có duy nhất con đường truyền tín hiệu từ não xuống tủy sống là bị gián đoạn, ở vị trí cột sống bị gãy.

Với công nghệ hiện nay, việc nối lại tủy ở điểm nghẽn này là bất khả thi. Bởi bên trong tiết diện tủy sống, chỉ khoảng 1 cm vuông, đã có tới hơn 20 triệu dây thần kinh khác nhau. Không một bác sĩ nào có thể nối toàn bộ số dây thần kinh đó.

Vậy nên, khi một bệnh nhân chấn thương cột sống đã bị liệt, họ sẽ phải nhận chẩn đoán liệt vĩnh viễn.

Đối với bệnh nhân 34 tuổi, tên là Tiểu Lâm ở Trung Quốc, các bác sĩ cũng từng nói anh sẽ không bao giờ có thể cử động lại được chân của mình nữa. Đó là hậu quả của một chấn thương xảy ra vào năm 2023, sau khi Lâm bị ngã cầu thang từ độ cao 4 mét, dẫn tới xuất huyết não và chấn thương cột sống.

Với Lâm, việc có thể tỉnh lại và còn sống đã là cả một sự may mắn. "Tôi chưa từng dám nghĩa mình có thể đứng dậy và đi lại được", anh nói. Thế nhưng, điều mà Lâm không dám mơ tới ấy bây giờ đã trở thành hiện thực, sau khi anh tham gia vào một thử nghiệm lâm sàng tại Bệnh viện Trung Sơn ở Thượng Hải.

Thử nghiệm được tiến hành dưới sự dẫn dắt của tiến sĩ Gia Phúc Dân đến từ Viện Khoa học và Công nghệ Trí thông minh não bộ, Đại học Phúc Đán. Trong đó, anh muốn sử dụng kết hợp 3 công nghệ là giao diện não-cột sống (BSI), kích thích điện ngoài màng cứng (Epidural Electrical Stimulation-EES) và trí tuệ nhân tạo (AI) để khôi phục lại con đường dẫn truyền thần kinh từ não bộ xuống các chi dưới cho bệnh nhân bị liệt.

Giao diện não-cột sống (BSI) liên quan đến việc cấy ghép các điện cực vào não bộ của bệnh nhân, để thu tín hiệu thần kinh phát ra khi họ muốn cử động chi dưới.

Tín hiệu này sau đó được sử dụng làm đầu vào cho một thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI), thứ có thể học để tự đào tạo nhằm phân tích và đoán được ý định của bệnh nhân là gì, chẳng hạn như họ định cử động như thế nào, bước chân trái hay chân phải lên trước, mỗi bước chân cao bao nhiêu, bước về phía trước bao xa…

Sau khi biết được ý định của bệnh nhân, AI sẽ tiếp tục mã hóa nó thành một gói tín hiệu, rồi gửi nó đến một thiết bị kích thích điện ở ngoài màng cứng tủy sống (EES). Thiết bị này được cấy ghép với các đầu điện cực nối vào rễ dây thần kinh vận động điều khiển hai chân.

Bằng cách phát ra các xung kích thích điện mà AI đã mã hóa, EES sẽ giúp bệnh nhân cử động và đi lại theo ý định.

Ý tưởng đơn giản là vậy, nhưng tiến sĩ Dân cho biết công nghệ 3 trong 1 này phải đối mặt với một thách thức là độ phân giải của tín hiệu thần kinh và khả năng mà thuật toán có thể giải mã tín hiệu ấy.

Ở bước thu nhận tín hiệu thần kinh từ não bộ, vì các nhà khoa học chưa có công nghệ có khả năng kết nối với từng neuron riêng lẻ, họ chỉ có thể cấy 2 điện cực có kích thước 1x1 mm vào hai bên não trái và não phải của bệnh nhân, khu vực thuộc vỏ não vận động.

Mỗi điện cực này, trong một khoảnh khắc, phải thu nhận tín hiệu xung hỗn loạn và pha tạp từ 100.000 neuron thần kinh khác nhau. Đó là lý do tại sao các nhà khoa học cần AI để xử lý khối lượng tín hiệu khổng lồ này.

AI sẽ phải phân tích tập hợp xung hỗn loạn và pha tạp đó để đoán xem ý định của bệnh nhân là gì. Sau đó, nó lại phải mã hóa và gửi tín hiệu tới thiết bị kích thích điện EES.

Thời gian làm điều này là một thách thức lớn. "Bởi nếu bệnh nhân muốn nhấc chân lên, nhưng thuật toán không giải mã được ý định đó, hoặc thậm chí chỉ chậm vài giây thôi, bệnh nhân sẽ bị ngã", tiến sĩ Dân nói.

Sau gần ba năm nỗ lực không ngừng, nhóm nghiên cứu của tiến sĩ Dân cuối cùng mới đạt được bước đột phá trong thiết kế thuật toán AI, cho phép giải mã ý định chuyển động trong não người sát với thời gian thực.

"Công nghệ của chúng tôi đã đạt tới được độ trễ chỉ vài trăm mili giây, tính từ lúc não phát ra ý định cử động đến khi bệnh nhân thực hiện cử động đó trên lâm sàng. Nhưng chúng tôi vẫn muốn thu hẹp độ trễ này để đạt tới trạng thái gần như không thể phân biệt được với trạng thái của một người khỏe mạnh", tiến sĩ Dân cho biết.

Thuật toán AI hoàn thiện cũng là lúc ca phẫu thuật dành cho Lâm sẵn sàng. Đó là ngày 8/1, anh được đưa vào phòng phẫu thuật tại Bệnh viện Trung Sơn và trải qua ca phẫu thuật xâm lấn tối thiểu trong 4 tiếng đồng hồ. Các bác sĩ đã cấy ghép cả thiết bị BSI và EES cho Lâm cùng lúc.

Trong vòng 24 tiếng đồng hồ sau khi phẫu thuật, anh đã có thể bắt đầu cử động chân phải, nhờ sự hỗ trợ của thuật toán AI. Sau 72 tiếng đồng hồ, Lâm đã có thể cử động cả 2 chân. Đến ngày thứ 8, anh bắt đầu tập vật lý trị liệu chân với công cụ hỗ trợ. Đến ngày thứ 10, Lâm đã có thể đứng dậy để bắt đầu tập đi.

"Tôi đã có thể đi bộ hơn 5 mét vào ngày thứ 14 sau ca phẫu thuật", anh nói trong nước mắt. "Cuối cùng tôi cũng có thể đi lại được rồi".

Trong 2 tháng tiếp theo, tiến sĩ Dân đã thực hiện thêm 3 ca phẫu thuật dành cho 3 bệnh nhân bị liệt khác ở Bệnh viện Hoa Sơn, Trung Quốc. Càng về sau, anh càng khuyến khích các bệnh nhân mạnh dạn cử động.

Ví dụ, bệnh nhân thứ hai có thể nhấc chân và duỗi đầu gối vào ngày thứ 3 sau phẫu thuật. Bệnh nhân thứ ba có thể nâng cả 2 chân chỉ sau ca phẫu thuật 1 tiếng đồng hồ, điều mà Lâm mất tới 3 ngày để đạt được.

Ngoại trừ bệnh nhân thứ tư mới được phẫu thuật, cả 3 bệnh nhân còn lại bao gồm Lâm đều đã có thể đứng và đi lại bằng công cụ hỗ trợ. Tiến sĩ Dân cho biết quá trình phục hồi hoàn toàn có thể kéo dài từ 6 tháng tới 1 năm, sau đó, bệnh nhân sẽ có thể tự đi mà không cần công cụ nữa.

Ngoài ra, cả 3 bệnh nhân này hiện đều có hiện tượng đổ mồ hôi chân. "Điều này chỉ ra giao diện não-tủy sống đã kích thích sự định hình lại dây thần kinh trong cơ thể bệnh nhân. Nếu tình hình này tiếp tục, kịch bản lý tưởng về lâu dài sẽ là bệnh nhân có thể đi lại độc lập mà không cần thiết bị của chúng tôi", tiến sĩ Dân nói.

"Kết quả điều trị cho những bệnh nhân bị liệt này không chỉ đáp ứng mà thậm chí còn vượt ngoài mong đợi của chúng tôi. Điều đó chứng minh sơ bộ tính khả thi của công nghệ giao diện não-cột sống thế hệ mới.

Việc hoàn thành tới bốn ca phẫu thuật tại hai bệnh viện cũng chứng minh rằng công nghệ này có thể sao chép và mở rộng quy mô. Đây không chỉ là một chiến thắng về mặt công nghệ mà còn là bước khởi đầu cuộc sống mới dành cho những bệnh nhân bị liệt", tiến sĩ Dân cho biết.

Chỉ tính riêng ở Trung Quốc hiện có 3,74 triệu người bị liệt vì chấn thương cột sống, những người có thể được hưởng lợi từ công nghệ 3 trong 1. Con số trên toàn thế giới là 20 triệu người. Nhưng trên thị trường hiện chưa có bất kỳ công nghệ nào được cấp phép có khả năng giúp người liệt đứng dậy và đi lại được.

Năm 2021, một nhóm nghiên cứu tại Thụy Sĩ cũng đã thử nghiệm một công nghệ giao diện não tủy sống tương tự, giúp một bệnh nhân 40 tuổi tên là Gert-Jan Oskam đi lại được sau 10 năm bị liệt.

Điều thú vị là Oskam, người Đức, cũng gặp chấn thương tủy sống sau một tai nạn xe máy vào năm 2011, thời gian anh đang sống ở Trung Quốc.