Thiết bị cấy ghép vào trong não để phục hồi cảm giác

Các nhà nghiên cứu cho rằng, mặc dù bệnh nhân bị tê liệt do chấn thương nhưng vẫn có thể cảm nhận được thông qua một trung tâm điều khiển kết nối trực tiếp với bộ não của mình.

Người đàn ông tên là Nathan Copeland sống ở phía tây Pennsylvania đã bị một tai nạn xe hơi khi anh lái xe vào trời mưa mùa đông năm 2004. Vụ tai nạn đã làm anh gãy cổ và tổn thương tủy sống. Vụ tai nạn để lại nhiều tổn thương đối với Copeland - khi đó 18 tuổi - anh bị liệt cả tứ chi phần từ ngực trở xuống. Anh không thể cảm nhận hay di chuyển chân và tay được và cần tới sự trợ giúp đối với các sinh hoạt hàng ngày.

Copeland nói rằng, anh không thể cử động các ngón tay thậm chí là ngón tay cái để cầm nắm như trước đây. Nhưng anh có thể gõ bàn phím bằng các khớp của ngón tay út.

Vào thời điểm xảy ra tai nạn, Copeland là sinh viên năm thứ nhất của trường đại học với chuyên ngành công nghệ chế tạo nano, nhưng vấn đề về sức khỏe đã làm cho việc học của chàng trai này dở dang. Sau tai nạn, anh tự nguyện đăng ký tham gia vào các thử nghiệm lâm sàng.

Vào mùa xuân năm 2015, Copeland được cấy 2 con chíp điện tử với kích thước bằng một nửa khuy áo vào vùng cảm nhận vỏ não để có thể điều khiển khả năng tiếp xúc, bao gồm cả hai tay. Mỗi con chíp có 1 rãnh gồm khoảng 32 điện cực hình kim với bề rộng 2 micro mét- tương đương với một phần mười lăm đường kính của sợi tóc của người. Thiết bị này được thiết kế bởi Trung tâm vi phân tử Blackrock thuộc thành phố Salt Lake. Những điện cực này có thể kích thích tế bào thần kinh trong não để nhận thức về cảm ứng mà không cần đến tủy sống.

Robert Gaunt, tác giả chính của nghiên cứu và là nhà nghiên cứu về kỹ thuật thần kinh trường đại học Pittsburgh cho rằng, đến nay, mọi nghiên cứu để phục hồi khả năng cảm nhận thông qua cấy ghép vào bộ não được tiến hành trên động vật hoặc được sử dụng với một điện cực lớn trong suốt quá trình hoạt động.

Các nghiên cứu đầy tính khả thi trước đây sử dụng kỹ thuật mới với các điện cực nhỏ hơn nhiều, được gọi là các kích thích nhỏ bên trong vỏ não được thí nghiệm trên động vật. Tuy nhiên, nó không chắc chắn liệu khi áp dụng ở người có mang lại các cảm giác như thật.

Phục hồi cảm nhận

Gaunt cho rằng, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu về được cảm nhận của con người thông qua các ca phẫu thuật đối với bệnh nhân còn tỉnh táo, kích thích não bộ của họ và hỏi về những gì họ cảm nhận được. Nhưng đặc biệt, các điện cực được sử dụng trong các bệnh nhân này lớn hơn 1000 lần so với những điện cực được cấy ghép vào não của Copeland. Những điện cực lớn này tạo ra cảm giác râm ran, đặc biệt là các vùng lớn của da ví dụ như toàn bộ cánh tay. Do đó không có được cảm giác tự nhiên.

Gaunt cho rằng, trong một nghiên cứu khác, các nhà nghiên cứu đã phục hồi khả năng cảm nhận ở cánh tay của người bị cụt bằng cách kích thích dây thần kinh ở phần còn lại của cánh tay. Tuy nhiên thí nghiệm này không thể phục hồi khả năng cảm nhận của người bị tổn thương tủy sống do hệ thần kinh trung ương bị phá hủy.

Trong một nghiên cứu mới này, các ca thí nghiệm được thực hiện trong vòng 6 tháng, các nhà nghiên cứu thấy rằng não được cấy ghép có thể tái cảm nhận được cảm giác tự nhiên như cảm giác ấm, lực ép lên tay của Copeland. Họ thậm chí còn nhận thấy Copeland còn cảm nhận được cảm giác ở phía trên lòng bàn tay và ở cả 4 ngón của bàn tay phải.

Trong một đoạn phim được cung cấp bởi trường đại học, sau 1 tháng được cấy ghép thiết bị vào não, Copeland nói rằng anh có thể cảm nhận được ở từng ngón tay, đó là một cảm giác tuyệt vời. Thỉnh thoảng có cảm giác như điện và chèn ép, nhưng hầu hết anh có thể cảm nhận được với độ chính xác nhất định. Cảm giác được khi chạm hoặc ấn lên các ngón tay.

Sau thí nghiệm này, Copeland thông báo rằng anh có thể cảm nhận được khoảng 93% so với khả năng cảm giác ban đầu, ví dụ như khi chạm một miếng gạc bông vào bề mặt của da.

Jennifer Collinger, một nhà kỹ thuật sinh học tại trường đại học Pittsburgh, và cũng là đồng tác giả của nghiên cứu này nói rằng “khi anh ấy cảm nhận được rõ ràng ngón trỏ, ngón giữa, ngón út, đó là thành quả mà phải mất rất nhiều năm mới có thể đạt được, và tôi nghĩ rằng đó không chỉ là điều chúng ta trông đợi, mà cũng đem lại niềm vui cho rất nhiều người”.

Copeland cũng có thể cảm giác được sự tiếp xúc khi thiết bị cấy vào não được kết nối với một chi giả. Anh cảm nhận được chính xác tới 84% khi ngón tay giả bị chạm vào trong lúc anh bị bịt mắt. Anh cho biết mặc dù mình không thể nhìn thấy gì nhưng vẫn có thể cảm nhận được ngón tay đã bị chạm hoặc ấn vào.

Kết hợp di chuyển với cảm giác

Gaunt cho biết: “Copeland còn có một cặp điện cực được cấy vào vùng vận động của vỏ não để kiểm soát khả năng di chuyển. Trong một thí nghiệm khác, Copeland có thể sử dụng suy nghĩ để điều khiển một cánh tay robot được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu trường đại học Johns Hopkins ở Baltimore”.

Các nhà nghiên cứu đang cố gắng kết hợp giữa khả năng di chuyển và khả năng cảm nhận. Gaunt cho rằng họ cần phải tìm hiểu yếu tố nào làm cho điện cực tạo cảm giác ấn vào và cảm giác ngứa. Ông cũng cho rằng các nhà nghiên cứu cần phải biết được điều đó nếu muốn tạo ra một điện cực cho cảm giác tự nhiên hơn.

Gaunt cho rằng, một thách thức đối với công nghệ là hiện tại các thiết bị thí nghiệm quá lớn, vì thế các nhà nghiên cứu muốn thiết kế các thiết bị nhỏ hơn. Hơn nữa, não được cấy ghép có các thiết bị kết nối xuyên qua da đầu của Copeland và các nhà nghiên cứu muốn làm cho các thiết bị hoàn toàn được cấy ghép vào bên trong não.

Gaunt nhận định rằng họ vẫn còn rất nhiều công việc phản hoàn thành trước khi công nghệ này được phổ biến rộng rãi. Người tham gia công việc này thực sự là một nhà tiên phong để tạo cơ sở cho giúp đỡ những người bị chấn thương nặng trong tương lai.

Gaunt khẳng định, mục tiêu cuối cùng là tạo ra một hệ thống trong đó di chuyển và cảm nhận như tự nhiên. Chúng tôi còn cả một chặng đường dài phải đi nhưng đây là mọt khởi đầu tuyệt vời.

Dustin Tyler, một kỹ sư y sinh học tại Đại học Case Western Reserve ở Cleveland, Ohio đánh giá rằng “kết quả nghiên cứu này là một bước tiến đáng kể và hết sức quan trọng”, và là một bước tiến trong việc khôi phục lại cảm giác của những người bị liệt.

Dự án này đã được tiết lộ trước từ tháng 9/2015, nhưng cho đến ngày 13/10/2016, chi tiết đầy đủ về công trình nghiên cứu này mới được công bố trên tạp chí Science Translational Medicine

Anh Thư (Tổng hợp)