Khoa học cho tương lai

Bài 2: Trộn lẫn bộ óc với… máy!

Khả năng vẽ bản đồ cấu trúc cơ bản bộ óc của các nhà khoa học đã cho ra đời nhiều bộ máy ghép vào não bộ để chữa trị cho các hệ thống cảm giác. Chẳng hạn, tai nhân tạo trợ giúp nghe cho người điếc, võng mô nhân tạo đang được ghép cho các bệnh nhân mù. Nhưng hấp dẫn nhất là bộ cảm nhận thần kinh đang được chế tạo bởi chuyên gia về não John Donoghue và đồng nghiệp của ông tại Trường Đại học Brown.

  • Phục hồi... tế bào nhớ

Ngoài đam mê nghề nghiệp, chính khả năng y học và chữa bệnh của con chip thần kinh đã kích thích dự kiến đặc biệt của Berger. Một bộ máy có thể phục hồi tế bào nhớ sẽ làm thay đổi cuộc sống của hàng triệu con người đang mắc bệnh về não.

Năm 1999, khả năng này đã trở nên có ý nghĩa đặc biệt với Berger. Vào lúc anh đang chủ trì các cuộc hội họp trên khắp thế giới thì mẹ anh lại bị đột quỵ và xuất hiện một triệu chứng thần kinh kỳ lạ, đặc trưng của sự hủy hoại tuyến hippocampus.

Mẹ anh đã qua đời vì chứng bệnh này vào năm 2005, để lại cho Berger một nỗi buồn sâu sắc và ảnh hưởng đến công việc của anh. “Bất ngờ nó làm cho công việc nghiên cứu của tôi có ý nghĩa nhiều hơn là giải quyết một rắc rối trong phòng thí nghiệm. Thay vì nghĩ đến chuyện giải quyết một trong những rắc rối lớn của khoa thần kinh học, bây giờ tôi nghĩ đến các bệnh nhân bị đột quỵ, động kinh và mất trí nhớ”, Berger nói.

Ngày nay có khoảng 4,5 triệu người Mỹ mắc bệnh Alzheimer, tiêu tốn 100 tỷ USD mỗi năm. Con số này còn cao hơn nữa khi thế hệ của chúng ta già lão. Khoảng 5,3 triệu người Mỹ khác bị chấn thương sọ não, gây ra rối loạn thần kinh hệ do tổn thương tuyến hippocampus, trong đó bao gồm bệnh mất trí nhớ, động kinh và Parkinson.

Thắng lợi mới đây trong phòng thí nghiệm cùng với tiến bộ vượt bậc đã biến anh trở thành thủ lĩnh của bộ môn này. Hiện phụ trách Cơ quan Khoa học quốc gia, anh đang tập trung lực lượng vào… bộ não nhân tạo! Là người cầm chịch điều tra về mối quan hệ giữa bộ não và máy vi tính, anh thu hút được những nhà khoa học hàng đầu trong đội ngũ 65 chuyên gia của mình.

Một trong những chuyên gia xuất sắc nhất là Vasilis Marmarelis, người đã triển khai mô hình lý thuyết cho con chip, hiện đang làm việc tại phòng thí nghiệm ở Los Angeles và Sam Deadwyler, chuyên gia về dược học cấp quốc gia, sẽ thử nghiệm con chip trên bộ não chuột sống vào cuối năm nay tại Trường Đại học Wake Forest. Chẳng bao lâu nữa, Berger sẽ không còn mơ hồ.

  • Khả năng là vô giới hạn!

Khả năng vẽ bản đồ cấu trúc cơ bản bộ óc của các nhà khoa học đã cho ra đời nhiều bộ máy ghép vào não bộ để chữa trị cho các hệ thống cảm giác. Chẳng hạn, tai nhân tạo trợ giúp nghe cho người điếc, võng mô nhân tạo đang được ghép cho các bệnh nhân mù. Nhưng hấp dẫn nhất là bộ cảm nhận thần kinh đang được chế tạo bởi chuyên gia về não John Donoghue và đồng nghiệp của ông tại Trường Đại học Brown.

Khi áp vào vùng vỏ não, bộ cảm nhận có thể giúp cho người bị liệt tứ chi mở và nắm bàn tay nhân tạo, hoàn toàn… bằng ý tưởng. Kỹ thuật này được gọi là BrainGate - cổng vào não - cho phép máy tiếp nhận tín hiệu điện đến từ bộ não để vận hành động cơ sau khi đi qua một con chip phần mềm tích hợp. Giáo sư Elizabeth Razee thuộc Công ty Phục hồi chức năng Foxborough, bang Massachusetts nói: “Khả năng là vô giới hạn. Công ty sẽ đưa BrainGate ra thị trường vào năm 2009”.

Công trình này cũng giống như cái mà Berger đang thực hiện. Họ đều biến tín hiệu não thành mã số để máy vi tính có thể dịch và hiểu được. Nhưng thách thức của Berger còn lớn hơn nữa. BrainGate tạo ra thông tin một chiều giữa tế bào não và máy móc. Người sử dụng có thể “nói chuyện” với máy vi tính nhưng không thể… ngược lại.

Con chip não của Berger hoạt động hai chiều, như một chiếc cầu nối giữa các tế bào bị hư hỏng. Thách thức của phương trình toán học bắt chước bộ não còn rắc rối hơn. Một tế bào “nói chuyện” với tế bào khác bằng xung điện, thông tin tùy thuộc vào thời gian và tần số.

Đo đạc và lập trình bằng một ngôn ngữ mà máy vi tính hiểu được, là nhiệm vụ của John Granacki, một cộng tác viên của Berger tại phòng thí nghiệm ở Marina del Ray. Trong thang máy đi lên phòng của Granacki, Berger “nổ”: “Đây là hạng người đi tiên phong, một trong những con người đã từng tham gia phát minh ra Internet (thực ra, Granacki sau đó thú nhận với tôi họ thuộc bộ phận Bờ biển phía Tây của Arpanet, cơ quan khởi đầu cho mạng Internet trong thập niên 1970, nhưng về sau đã đóng cửa)”. 

 Khi chúng tôi gặp Granacki, anh ta đang mặc bộ đồ kiểu Trung Hoa và gượng gạo cởi chiếc áo. Cặp mắt kính hình chữ nhật không gọng, trễ xuống mũi. Chưa kịp ngồi xuống, anh ta và Berger đã líu lo về chương trình sản xuất con chip và các mô hình toán học mới.

Suốt 4 năm qua, Granacki cố gắng chế tạo mạch điện có thể diễn dịch các phương trình của Berger thành xung điện. Chiếc khung to đang được tìm cách thu nhỏ để nhiệt phát sinh từ các transitor của con chip không làm hại tế bào não khỏe mạnh. Giải pháp là tạo ra một cái giống như của máy vi tính nhưng kích thước nhỏ hơn rất nhiều.

Jeff LaCoss, một kỹ sư điện trong nhóm của Granacki đưa cho tôi xem một mẫu con chip bộ nhớ đang hoạt động. Giống như cái tôi đã từng nhìn thấy tại Phòng thí nghiệm 412C. Nhẹ hơn một cái lông, nó gần như biến mất trong lòng bàn tay tôi. LaCoss nói: “Con chip này chỉ chứa 100 dây thần kinh, có thể nhận tín hiệu analog từ tế bào óc đang sống, biến nó thành digital, rồi chuyển hóa trở lại analog để gởi trả vào dây thần kinh khỏe mạnh ở bên kia. Công việc của chúng tôi giống như một người thợ hàn”.

Bài 3: Những hoài nghi

ĐINH CÔNG THÀNH (dịch từ Popular Science)

__________
Bài 1: Con chip chữa bệnh về não!

Các tin, bài viết khác