Công nghệ biến tín hiệu não thành lời nói, giúp bệnh nhân bại liệt giao tiếp

Công nghệ này được kỳ vọng có thể mang lại tiếng nói cho những người mắc bệnh như Parkinson.

Trong tương lai, công nghệ ghép nối não bộ với máy móc sẽ giúp trả lại lời nói cho những người bị mất giọng nói bởi bệnh bại liệt hoặc bởi các yếu tố khác như ung thư vòm họng, xơ cứng teo cơ một bên (ALS, hay còn gọi là bệnh noron vận động) và Parkinson.

Chuyển đổi tín hiệu từ não thành chuyển động phát âm. (Nguồn: The Guardian).

Một số người - vì lý do sinh học hoặc hoàn cảnh - mà mất đi khả năng nói của mình, chẳng hạn như nhà khoa học Stephen Hawking phải nói thông qua một cỗ máy tính sau khi mắc bệnh ALS. Sinh thời, Hawking chỉ có thể sử dụng cử động má để điều khiển một con trỏ máy tính cho phép ông nói được 10 từ mỗi phút.

Nhưng khoa học công nghệ bây giờ đã phát triển hơn thế. Trong nỗ lực thiết kế phương pháp chuyển đổi trực tiếp tín hiệu não thành lời nói, các nhà khoa học đã tạo ra một cỗ máy mang trí tuệ nhân tạo có thể nói hộ con người ở tốc độ tự nhiên, khoảng 150 từ/phút.

Edward Chang, giáo sư về giải phẫu thần kinh tại Đại học California San Francisco (UCSF) và là tác giả của công trình, chia sẻ: “Đây là lần đầu tiên chúng tôi có thể tạo ra một câu nói hoàn chỉnh dựa trên tín hiệu từ não bộ. Đây là minh chứng rõ ràng cho việc với công nghệ hiện nay, chúng ta hoàn toàn có thể tạo ra thiết bị có thể giúp đỡ lâm sàng bệnh nhân bị mất giọng nói”.

Các thiết bị tổng hợp lời nói, như cái mà Stephen Hawking đã dùng, bao gồm việc đánh vần từng chữ một bằng cách theo dõi chuyển động của mắt hoặc cơ mặt. Chúng cho phép người dùng có thể nói được khoảng tám từ trong một phút so với trung bình từ 100 đến 150 từ nếu nói một cách tự nhiên.

Các bước chuyển đổi tín hiệu não thành lời nói tổng hợp. (Nguồn: Nature).

Kate Watkins, giáo sư về thần kinh học tại Đại học Oxford, đã miêu tả công việc trên như một “bước tiến lớn”. “Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp cho những người không có khả năng truyền đạt ngôn ngữ một thiết bị có thể giúp họ khắc phục được vấn đề này", Kate Watkins cho hay.

Các nỗ lực trước đó trong việc chuyển đổi tín hiệu não bộ sang lời nói tập trung chủ yếu vào vấn đề tìm ra cách hiện diện của giọng nói trong não, và đã gặt hái được một số thành công nhất định.

Chang và các đồng nghiệp của anh đã thử một hướng đi khác. Họ nhắm vào các vùng não bộ gửi đi các chỉ thị cần thiết cho viêc xác định vị trí của một chuỗi các chuyển động nối tiếp của lưỡi, môi, quai hàm và cổ họng trong quá trình nói.

Gopala Anumanchipalli, nhà khoa học về lời nói tại USCF và tác giả đầu tiên của dự án này, cho biết: “Chúng tôi cho rằng nếu các vùng não bộ đó mã hóa các tín hiệu thành chuyển động thay vì giọng nói, chúng tôi nên thử làm điều tương tự như vậy trong việc giãi mã các tín hiệu đó".

Đội nghiên cứu đã tuyển năm tình nguyện viên đang sắp phải trải qua phẫu thuật thần kinh cho chứng bệnh động kinh. Trong công tác chuẩn bị cho ca phẫu thuật, các bác sĩ tạm thời cấy các điện cực vào não bệnh nhân để vạch ra vị trí các nguồn gốc của chứng tai biến. Trong lúc các điện cực đang được cấy, các tình nguyện viên được yêu cầu phải đọc lớn hàng trăm câu nhiều lần; trong khi đó các nhà khoa học sẽ ghi nhận lại hoạt động của vùng não chịu trách nhiệm cho việc tạo ra lời nói.

Bác sĩ Chang và các đồng nghiệp đã kết hợp các bản ghi âm với dữ liệu từ các cảm biến và thí nghiệm trước đó, để xác định đâu là tín hiệu điều khiển chuyển động của lưỡi, môi, hàm và thanh quản giúp tạo ra âm thanh.

Nhóm đã đào tạo một thuật toán học sâu và đưa vào đó tất cả các dữ liệu thu thập được. Nhờ sức mạnh của trí tuệ nhân tạo, thuật toán đã có khả năng giải mã các tín hiệu não biến đổi chúng thành các chuyển động ước tính của các bộ phận tạo ra âm thanh.

Các cảm biến được gắn vào não bộ của bệnh nhân.

Cỗ máy hoạt động trên thuật toán này đã có thể thu thập tín hiệu não để tạo ra tiếng nói nhân tạo. Các nhà khoa học tuyển chọn 17.000 tình nguyện viên khác để nghe 101 câu nói nhân tạo này, và họ đã hiểu được 70% trong số chúng. Kết quả mặc dù chưa hoàn hảo nhưng rất đáng khích lệ, bác sĩ Chang nói.

Những lời nói được tạo ra bằng cách lập bản đồ hoạt động của não điều khiển các chuyển động tạo lời nói, rồi sau đó biến các chuyển động này thành âm thanh sẽ dễ dàng hơn so với việc tạo âm thanh trực tiếp từ tín hiệu não bộ, Stephanie Riès, nhà thần kinh học tại Đại học California, San Diego nhận xét.

Thiết bị tổng hợp lời nói mà Stephen Hawkng dùng yêu cầu người dùng đánh vần chữ bằng chuyển động của mắt hoặc cơ mặt. (Nguồn: The Guardian).

Thành tựu mới nhất này mở ra cơ hội lấy lại được khả năng giao tiếp cho những người bị mất giọng nói bởi bệnh tật hay chấn thương.