Kỷ lục chuyển đổi ý nghĩ thành văn bản vừa được thiết lập với giao diện cổng não mới

Trong một bước đột phá mới của công nghệ giao diện não-máy tính (Brain-Computer Interface BCI), các nhà khoa học đã cấy một con chip vào não một người đàn ông 65 tuổi và giúp ông ấy lấy lại khả năng giao tiếp sau gần 15 năm bị liệt.

Bệnh nhân được giấu tên trong nghiên cứu có biệt danh là T5. Ông ấy bị liệt từ cổ trở xuống sau một chấn thương tủy sống vào năm 2007. Tai nạn không những tước đi khả năng di chuyển mà cả giọng nói của người đàn ông này.

Nhưng bây giờ, với con chip BCI được cấy vào não bộ, T5 đã có thể giao tiếp qua máy tính với tốc độ truyền đạt 18 từ/phút, ở độ chính xác từ 94-99%. Đây là kỷ lục mà một hệ thống giao tiếp BCI có thể thực hiện tính tới thời điểm này – xấp xỉ tốc độ gõ trung bình của người già trên điện thoại di động.

Công nghệ giao diện não-máy tính (Brain-Computer Interface BCI).

Các nhà khoa học thực sự có bí quyết để đạt được con số đó. Khác với các giao diện não máy tính trước đây chỉ chuyển đổi suy nghĩ đơn thuần của bệnh nhân thành các ký tự, các nhà khoa học lần này đã yêu cầu T5 tưởng tượng ông ấy đang cầm một cây bút và viết.

Các tín hiệu của chữ viết tay được máy tính giải mã và chuyển thành ký tự trên bàn phím. Với một hệ thống trí tuệ nhân tạo AI và hệ thống tự động sửa lỗi chính tả, người đàn ông này sẽ có thể giao tiếp với độ chính xác gần như tuyệt đối.

Một phần của dự án Cổng não

Nghiên cứu mới nằm trong khuôn khổ một dự án lớn có tên là BrainGate, hay "Cổng não". Trong đó, các nhà khoa học đang tìm kiếm các bệnh nhân bị liệt và cấy ghép các vi điện cực nội sọ (microelectrode) vào vỏ não vận động cho họ.

Các vi điện cực nội sọ này có thể ghi lại những tín hiệu bắn ra từ neuron thần kinh của bệnh nhân, từ đó tái tạo chúng thành các tín hiệu giúp họ điều khiển trỏ chuột máy tính, xe lăn hoặc thậm chí một cánh tay robot bên ngoài cơ thể mình bằng ý nghĩ.

Trong thử nghiệm mới lần này với bệnh nhân T5, các nhà khoa học muốn giúp người đàn ông vận dụng lại khả năng cầm bút để viết lách, mặc dù bàn tay và tất cả các chi của ông đã bị liệt từ hơn 10 năm nay.

T5 đã được cấy vi điện cực nội sọ nối với máy tính, trong khi ngồi một chỗ, ông được yêu cầu hãy tưởng tượng ra mình đang cầm bút trở lại và viết từng chữ trong bảng chữ cái. Một thuật toán AI sẽ cố gắng ghi lại các tín hiệu phát ra từ não T5 và tái tạo lại chúng trên màn hình, đồng thời giải mã các chữ cái ấy, cùng với cả các động tác như nhấc bút, cách dòng, chấm, phẩy hay xóa…

Người đàn ông bị liệt này đã viết được 18 từ/phút bằng giao diện não máy tính.

"Trong các nghiên cứu trước đây, chúng ta đã biết được rằng bộ não vẫn lưu giữ được khả năng điều khiển chuyển động cơ bắp tốt đến thế nào, dù cho cơ thể của người bị liệt đã mất đi khả năng thực hiện các chuyển động đó sau hàng thập kỷ", Frank Willett, tác giả nghiên cứu và là một chuyên gia về bộ phận giả thần kinh tại Đại học Stanford cho biết.

Ý tưởng của Willett là chữ viết tay, một chuyển động theo quỹ đạo phức tạp, với tốc độ nhanh và độ phân giải rất tinh tế cũng có thể được giao diện não máy tính giải mã. Đối với những người lớn tuổi, tốc độ viết ngoáy của họ thậm chí còn cao hơn cả tốc độ gõ bàn phím.

Do đó, nếu BCI có thể dịch những ý nghĩ điều khiển chuyển động khéo léo này trong não bộ người liệt thành văn bản, họ có thể giao tiếp ở tốc độ nhanh hơn điều khiển trỏ chuột rất nhiều.

Thiết lập kỷ lục giao tiếp với giao diện não máy tính

Điều đó đã được chứng minh với T5. Sau khi được kết nối não bộ với máy tính, bệnh nhân này đã có thể viết với tốc độ 90 ký tự mỗi phút (tương đương khoảng 18 từ). Độ chính xác mà giao diện BrainGate đạt được lần này lên tới 94%, và nếu bật tính năng tự động sửa lỗi chính tả, nó có thể lên tới 99%.

Tốc độ đó không chỉ nhanh hơn đáng kể so với các thử nghiệm BCI trước đây (sử dụng bàn phím ảo và trỏ chuột), mà còn gần ngang bằng với tốc độ gõ của người dùng điện thoại thông minh ở nhóm tuổi này – những người già chỉ có thể gõ khoảng 115 ký tự hoặc 23 từ mỗi phút.

Một lợi thế của chữ viết tay trong bảng chữ cái alphabet là mỗi chữ cái đều rất khác nhau về mặt hình dạng. Vì vậy, không khó để thuật toán AI giải mã được chúng.

"Chúng tôi đã học được rằng các chuyển động dự định phức tạp liên quan đến việc thay đổi tốc độ và quỹ đạo cong, như chữ viết tay, có thể được giải thích dễ dàng và nhanh chóng hơn bởi các thuật toán trí tuệ nhân tạo mà chúng tôi đang sử dụng. Và nó nhanh hơn cả các chuyển động dự định đơn giản hơn như di chuyển con trỏ theo đường thẳng với tốc độ ổn định", Wallett nói.

Thành công với bệnh nhân T5 đã mở ra một hướng nghiên cứu mới, cung cấp nhiều hứa hẹn cho những người đã mất đi giọng nói và khả năng cử động của mình.

Bước tiếp theo trong nghiên cứu này, Wallett và các đồng nghiệp sẽ tiếp tục nâng cấp hệ thống giải mã chữ viết tay của họ, để nhận diện các ký tự mở rộng, chẳng hạn như chữ in hoa, các dấu ngoặc và biểu tượng phức tạp.

Độ nhạy của cổng não cũng sẽ tiếp tục được nâng cấp. Wallett đang tuyển thêm các tình nguyện viên mới tham gia thử nghiệm của mình, hứa hẹn mở ra cơ hội phục hồi giao tiếp cho nhiều người liệt hơn nữa.

Nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí Nature.

• Ý tưởng nhà ở "Tokyo 2050" của Sony hình dung con người sống trên những chiếc vỏ nổi ngoài biển
• Thiết kế nhà bền vững tới 500 năm từ vật liệu thân thiện với môi trường
• Xe điện lập kỷ lục chạy nhanh nhất trên đất liền