Trí tuệ nhân tạo dịch tín hiệu não thành lời nói, giúp bệnh nhân liệt toàn thân giao tiếp

Tiếng nói là sức mạnh, chúng ta không thể phủ nhận lời nói và ngôn ngữ là hai công cụ đắc lực giúp con người tồn tại và thống trị thế giới. Nhưng đáng tiếc thay, không phải tất cả mọi người sống trên đời này đều có thể sử dụng công cụ ấy.

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.

Một bệnh nhân bị liệt đang sử dụng máy tính để nói

Các tín hiệu trong não điều khiển lời nói là một hỗn hợp thông tin phức tạp. Chúng điều khiển cả một dàn nhạc đằng sau miệng bạn, từ môi, lưỡi, cổ họng, hàm đến thanh quản và cơ hoành. Ngay cả khi bạn nói ra một từ đơn giản nhất, não bộ cũng phải đảm nhận vai trò của một nhạc trưởng vất vả.

Chuyển đổi tất cả những tín hiệu của người nhạc trưởng này - thông qua một cỗ máy - để phát ra các âm thanh mà bệnh nhân không cần và không thể nói là một công việc hết sức phức tạp.

Trước đây, nhiều người mất khả năng nói đã phải giao tiếp bằng các cỗ máy tính có con trỏ, lần lượt lướt qua một tập hợp các chữ cái và các từ đơn lẻ trên màn hình.

Chẳng hạn như nhà vật lý người Anh Stephen Hawking đã sử dụng cơ má - cơ duy nhất còn có thể cử động trên cơ thể sau khi ông mắc bệnh ALS - để nói rất chậm, bác sĩ phẫu thuật thần kinh Edward Chang, chủ đề tài nghiên cứu tại Đại học California, San Francisco cho biết.

Bởi vì những người sử dụng các thiết bị như vậy phải gõ từng chữ từng chữ, phương pháp này chỉ có thể tạo ra 10 từ mỗi phút. Lời nói tự nhiên của chúng ta có tốc độ trung bình khoảng 150 từ mỗi phút, và đó là thách thức mà bác sĩ Chang cùng nhóm của mình muốn chinh phục.

Các nhà khoa học trước đây đã từng sử dụng trí thông minh nhân tạo để giải mã các tín hiệu não, giúp dịch chúng ra thành các từ đơn một âm tiết, nhà thần kinh Chethan Pandarinath, một thành viên khác của nhóm đến từ Đại học Emory, Hoa Kỳ cho biết.

Bằng nghiên cứu của mình Pandarinath và bác sĩ Chang đã có thể sử dụng AI để giúp những bệnh nhân động kinh nói được cả câu ở tốc độ bằng với giọng nói tự nhiên. "Thực hiện bước nhảy vọt từ các âm tiết đơn sang các câu là khá khó khăn về mặt kỹ thuật, nhưng đó là một trong những điều làm cho công việc hiện tại trở nên ấn tượng", ông nói.

Để làm được điều tuyệt vời này, các nhà khoa học đã phải dịch các tín hiệu não thành lời nói. Họ làm việc với 5 người bệnh động kinh đang điều trị và có gắn các điện cực trên bề mặt não.

Với mục đích giải mã tín hiệu não điều khiển lời nói, nhóm nghiên cứu đã yêu cầu bệnh nhân đọc to hàng trăm câu nói, sau đó ghi lại các tín hiệu từ điện cực. Cùng với đó, họ cũng gắn các cảm biến vào răng, lưỡi và môi bệnh nhân để theo dõi lại chuyển động của những bộ phận này.

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.

Đây sẽ là một nghiên cứu mở ra cơ hội cho rất nhiều bệnh nhân bị liệt, những người thậm chí không còn có thể nói, trong tương lai, sẽ lấy lại được khả năng ngôn ngữ cho mình. Báo cáo toàn văn của nghiên cứu vừa được đăng trên tạp chí Nature .

Tham khảo Sciecnealert, Nature