Cuộc đua cấy ghép máy tính vào não người

Công nghệ

Cuộc đua cấy ghép máy tính vào não người

Công ty của Max Hodak, Science Corporation, đang bán các thiết bị và phần mềm giúp các nhà nghiên cứu dễ dàng khám phá tâm trí hơn.

Thiết bị SciFi của Science Corp. Hình ảnh: Justin Maxon cho Bloomberg Businessweek

Tác giả: Ashlee Vance

25 tháng 11, 2024 lúc 2:37 PM

Ngành công nghiệp cấy ghép não đã bùng nổ trong thập niên qua khi các công ty như Neuralink, Precision Neuroscience và Synchron đã đầu tư hàng chục triệu đô la Mỹ để phát triển các thiết bị nhỏ truyền thông tin trực tiếp từ não người đến máy tính. Mặc dù những công ty khởi nghiệp này đã đạt được tiến bộ đáng kể, các công ty và nhà nghiên cứu khác vẫn đang phải dựa vào công nghệ kém tinh vi hơn, đã tồn tại từ lâu ở các cơ sở học thuật và lâm sàng.

Max Hodak, một trong những nhà sáng lập Neuralink Corp. đang cố gắng thu hẹp khoảng cách đó. Công ty của ông, Science Corp. có trụ sở tại Alameda, California, đã tung ra một số sản phẩm mới được thiết kế để giảm chi phí và thời gian phát triển cho các phòng thí nghiệm nghiên cứu và các công ty khởi nghiệp muốn khám phá tâm trí con người. Ông Hodak hy vọng những công cụ này sẽ gia tăng tốc độ của việc nghiên cứu não bộ, dẫn đến các liệu pháp điều trị một số căn bệnh hoặc tình trạng nghiêm trọng nhất mà con người đang phải đối mặt. Ông nói, “Mục tiêu của chúng tôi là làm cho ngành công nghiệp giao diện máy tính não bộ lớn gấp một trăm lần so với hiện tại.”

Ông Hodak (ngồi) nói ông muốn “ngành công nghiệp giao diện máy tính não bộ trở nên lớn hơn một trăm lần so với hiện tại.” Hình ảnh: Justin Maxon cho Bloomberg Businessweek

Chiến lược của Hodak bắt đầu với công nghệ thăm dò của Science, một bộ chip và thiết bị được đóng gói mang nhãn hiệu Axon, kết nối vào mô não và cho phép ghi lại và kích thích hàng ngàn tế bào thần kinh cùng một lúc. Hệ thống thăm dò này sau đó làm việc với một thiết bị tính toán cầm tay có tên là SciFi để thu thập và phân tích dữ liệu, cùng với phần mềm của Science, được gọi là Nexus, để thực hiện các thí nghiệm trên nhiều hệ thống thăm dò cùng một lúc.

Khách hàng mục tiêu ban đầu là các nhà khoa học thực hiện nghiên cứu cơ bản đang tiến hành nghiên cứu trên động vật. Theo thời gian, Science dự định phát hành một loạt sản phẩm rộng rãi hơn, bao gồm cả những sản phẩm phù hợp hơn cho các công ty khởi nghiệp tiến hành nghiên cứu trên con người. “Các nhà khoa học này vẫn đang sử dụng công cụ từ những năm 1980,” ông Hodak nói. “Chúng tôi sẽ đưa họ đến năm 2024 với những sản phẩm đầu tiên này và tiếp tục tinh chỉnh công nghệ, sau đó mang nó đến cho con người.”

Ông Hodak đã thực hiện những thí nghiệm não đầu tiên của mình trong một phòng ký túc xá tại đại học Duke, nơi ông tự chế một dụng cụ có thể kích thích các nhóm tế bào thần kinh ở chuột. Năm 2016, ông đồng sáng lập Neuralink, công ty khởi nghiệp về cấy ghép não được Elon Musk chống lưng, và từng giữ chức vụ chủ tịch trước khi rời đi để thành lập công ty Science vào năm 2021. Phần lớn công việc ban đầu của Science tập trung vào cấy ghép võng mạc nhân tạo để giúp phục hồi thị lực cho những người mắc bệnh như thoái hóa điểm vàng và viêm võng mạc sắc tố. Công ty hiện đang tiến hành các thử nghiệm lâm sàng với công nghệ này và vẫn coi đây là cốt lõi của hoạt động kinh doanh. Tuy nhiên, ông Hodak nhận thấy cơ hội đưa một số sản phẩm mà Science đã phát triển vào công việc của chính công ty và phân phối cho những người khác trong ngành.

Một trạm làm việc tại Science. Hình ảnh: Justin Maxon cho Bloomberg Businessweek

Mặc dù các nhà khoa học đã cấy các thiết bị điện tử vào não động vật và con người hàng thập niên qua, họ vẫn thường tự phát triển nhiều phần cứng và phần mềm từ con số không. Những thiết bị phổ biến hiện có thường dựa trên công nghệ lỗi thời không còn theo kịp chi phí và hiệu suất của các lĩnh vực điện tử và máy tính khác. Một số công ty khởi nghiệp về cấy ghép não đã vượt qua một số hạn chế này trong những năm gần đây thông qua sáng kiến và đầu tư lớn.

Chẳng hạn, Neuralink đã tạo ra một thiết bị cấy ghép vừa khít với một lỗ tròn cỡ đồng xu trên hộp sọ bệnh nhân và giao tiếp không dây, một bước cải tiến lớn so với thiết bị vẫn thường được sử dụng yêu cầu phải gắn các thiết bị hình hộp lên đầu động vật và con người, có dây kết nối với các hệ thống xử lý dữ liệu to cỡ chiếc lò vi sóng. Những tiến bộ này đã cho phép các bệnh nhân bị liệt làm việc và chơi trò chơi trực tuyến bằng cách di chuyển con trỏ trên màn hình máy tính bằng suy nghĩ. Thiết bị cấy ghép này cũng có thể chuyển các tín hiệu của tế bào thần kinh thành từ ngữ, nghĩa là những người mắc các tình trạng như ALS (bệnh xơ cứng teo cơ một bên) chỉ cần nghĩ về những gì họ muốn nói và những suy nghĩ đó sẽ xuất hiện dưới dạng tin nhắn trên một thiết bị máy tính.

Linh kiện điện tử chưa hoàn thiện dành cho đầu dò Axon. Hình ảnh: Justin Maxon cho Bloomberg Businessweek

Công ty Science của ông Hodak đã tìm cách đưa các công cụ tiêu chuẩn của khoa học não bộ sang mức sản phẩm điện tử tiêu dùng. Hệ thống thăm dò Axon của công ty có chip tùy chỉnh giúp máy tính có thể diễn giải các tín hiệu tương tự do não sản sinh bằng cách chuyển đổi chúng thành tín hiệu kỹ thuật số; chúng cũng có thể xử lý nhiều dữ liệu hơn so với các thiết bị thông thường. Hệ thống tính toán SciFi, trông giống như một chiếc điện thoại thông minh cỡ lòng bàn tay, tiếp nhận dữ liệu từ nhiều hệ thống thăm dò, xử lý chúng và gửi thông tin qua Wifi đến máy tính.

Phần cứng Axon của Science nhỏ hơn và rẻ hơn nhiều so với các thiết bị mà nhiều nhà nghiên cứu sử dụng hiện nay. Hình ảnh: Justin Maxon cho Bloomberg Businessweek

Hệ thống thăm dò có giá khởi điểm là 500 đô la mỗi bộ, và thiết bị SciFi có giá 1.000 đô la. Cả hai sản phẩm này đều rẻ hơn một phần mười so với thiết bị thông thường, theo Sumner Norman, giám đốc điều hành của Forest Neurotech LLC, công ty sử dụng sóng siêu âm để đánh giá sức khỏe não bộ. “Việc sản xuất một hệ thống thăm dò và thiết bị tính toán tiên tiến với chi phí hợp lý hiện nay gần như bất khả, đặc biệt là dưới ngân sách của hầu hết các phòng thí nghiệm và công ty khởi nghiệp nhỏ,” ông Norman nói. Công ty của ông Hodak “đang nỗ lực để thay đổi điều đó”.

Ngoài phần cứng, Science hy vọng khách hàng sẽ sử dụng phần mềm Nexus và một giao thức dữ liệu đi kèm có tên gọi Synapse để xây dựng các ứng dụng thay vì cố gắng viết mã riêng của mình. “Trong đời mình, tôi đã viết phần mềm này bảy lần cho các phòng thí nghiệm và công ty khác nhau,” ông Hodak nói. “Thay vì phần mềm thủ công do các sinh viên sau đại học và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ viết, chúng tôi muốn cung cấp phần mềm hiện đại, được công nghiệp hóa, có tốc độ nhanh và khả năng xử lý hàng trăm terabyte dữ liệu mà tất cả các thiết bị này cần.”

Mackenzie Mathis, người điều hành một phòng thí nghiệm não tại viện Công nghệ liên bang Thụy Sĩ, mất nhiều thời gian tiến hành thử nghiệm trên chuột, rất hào hứng với kết quả bà sẽ thu được khi theo dõi động vật có thể di chuyển tự do trong chuồng mà không cần kết nối với các hệ thống máy tính. “Khả năng ghi lại động lực học thần kinh ở những con vật di chuyển tự do sẽ là một bước ngoặt,” bà nói. Hiện đang có một số hệ thống không dây, Mathis cho biết thêm, nhưng chúng chỉ có thể ghi lại “rất ít tế bào thần kinh cùng một lúc” trong khi Science có thể ghi được hàng trăm nơ ron.

Cả Norman và Mathis đều cảnh báo rằng Science còn nhiều việc phải làm phía trước, chẳng hạn việc thuyết phục các nhà nghiên cứu nhất trí về các sản phẩm và vượt qua các rào cản về quy định. Norman dự đoán rằng các sản phẩm này sẽ thu hút trước hết những nhà nghiên cứu muốn thu thập càng nhiều dữ liệu càng nhanh càng tốt, trái ngược với một công ty muốn tạo ra phần cứng và phần mềm độc quyền của riêng mình. Ông nói rằng các sản phẩm của Science khó có thể phát triển thành một đối thủ cạnh tranh với Neuralink trong tương lai gần. “Nếu một công ty khởi nghiệp muốn phát triển điều này thành một sản phẩm sử dụng trong lâm sàng, vẫn còn rất nhiều việc phải làm,” ông nói.

Ông Hodak thừa nhận mình từng đặt câu hỏi về tính khả thi của việc xây dựng những sản phẩm như thế này. Ông không chắc rằng sẽ có một ngành công nghiệp đủ lớn để chịu được gánh nặng và chi phí của việc sản xuất hàng loạt phần cứng. Nhưng ông cho rằng, theo thời gian việc nghiên cứu và công nghệ về não bộ đang bước vào một kỷ nguyên mới, nơi Science có thể tạo ra các thiết bị không chỉ giúp điều trị các tình trạng như bại liệt và ALS mà còn cả các rối loạn sức khỏe tâm thần như trầm cảm và tâm thần phân liệt. “Xin nói rõ rằng tôi không cho là chúng tôi có các phương pháp điều trị ngay bây giờ,” ông nói. “Nhưng tôi cho rằng việc này sẽ lớn hơn suy nghĩ của mọi người rất nhiều.”