6 phút đọc
Các nhà khoa học Hàn Quốc vừa ghi nhận một bước tiến vượt bậc trong lĩnh vực công nghệ thần kinh khi chế tạo thành công “Rapido” – thiết bị cấy ghép não không dây siêu nhỏ. Công nghệ này có khả năng cung cấp thuốc và điều khiển chính xác các nơ-ron thần kinh bằng ánh sáng từ bất kỳ nơi nào trên thế giới thông qua kết nối Internet.
Kỷ lục điều khiển xuyên lục địa với độ trễ cực thấp
Nghiên cứu mang tính đột phá này được thực hiện bởi nhóm chuyên gia đến từ Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) hợp tác cùng Đại học Yonsei. Theo kết quả công bố trên tạp chí uy tín Science Advances, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thành công việc gửi lệnh điều khiển từ Chicago (Mỹ) tới thiết bị cấy ghép não đang hoạt động tại Daejeon (Hàn Quốc), với khoảng cách địa lý lên tới 10.596 km.
Tín hiệu truyền qua mạng Internet đến một máy tính đặt tại phòng thí nghiệm ở Hàn Quốc, sau đó máy tính này chuyển tiếp lệnh trực tiếp đến thiết bị cấy ghép. Nhờ tối ưu hóa đường truyền, thời gian phản hồi trung bình của toàn hệ thống chỉ mất khoảng 109 mili giây – tốc độ gần như tức thời bất chấp khoảng cách địa lý khổng lồ giữa hai quốc gia.
Hãng tin News1 cho biết, việc kết nối thiết bị cấy ghép với mạng Internet là một cách tiếp cận sáng tạo giúp vượt qua các giới hạn vật lý thông thường. Giải pháp này cho phép các nhà khoa học cung cấp thuốc hoặc kích thích các nơ-ron não cụ thể theo thời gian thực mà không cần phải có mặt trực tiếp tại phòng thí nghiệm. Thậm chí, thiết bị còn có thể lập trình sẵn để tự động kích hoạt vào các thời điểm đã được định trước.
Thiết kế tinh vi trong kích thước một viên đường
Thiết bị cấy ghép não không dây Rapido sở hữu kích thước vô cùng nhỏ gọn, chỉ tương đương một viên đường thông thường. Thiết kế tối giản này giúp các động vật thí nghiệm có thể di chuyển hoàn toàn tự do và hầu như không bị ảnh hưởng. Điều này mang lại lợi ích rất lớn cho nghiên cứu khoa học, vì các chuyên gia không cần phải điều khiển thiết bị nhiều lần khi ở gần đối tượng. Sự hiện diện trực tiếp của con người vốn là tác nhân dễ gây căng thẳng cho động vật, làm sai lệch hành vi và ảnh hưởng tiêu cực đến kết quả thí nghiệm thực tế.
Mặc dù có kích thước siêu nhỏ, Rapido vẫn được tích hợp đầy đủ các công nghệ hiện đại bao gồm hệ thống vi lưu chất tinh vi, diode phát sáng (LED) siêu nhỏ, bộ phận liên lạc không dây và khả năng điều khiển từ xa.
Hệ thống vi lưu chất bên trong Rapido đảm nhận vai trò đưa thuốc một cách chính xác đến các vùng não mục tiêu được chỉ định. Song song với đó, một đèn LED siêu nhỏ sẽ phát ra ánh sáng xanh để kích thích các nơ-ron cụ thể. Các nhà nghiên cứu có thể linh hoạt điều chỉnh liều lượng thuốc và kích thích ánh sáng một cách hoàn toàn độc lập hoặc kết hợp đồng thời cả hai phương thức này. Để tăng tối đa độ tiện dụng trong quá trình vận hành, khoang chứa thuốc của Rapido sử dụng cơ chế gắn từ tính, giúp dễ dàng tháo ra và nạp đầy dung dịch khi cạn kiệt.
Thiết bị cấy ghép phát ra ánh sáng xanh khi kích thích quang học. Ảnh: KAIST
Ứng dụng thực tế và tiềm năng y học thần kinh
Để chứng minh hiệu quả hoạt động, nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Jae-Woong Jeong – kỹ sư điện tử tại KAIST – đã tiến hành cấy ghép thiết bị Rapido vào chuột sống và theo dõi liên tục trong suốt 4 tuần. Thí nghiệm truyền lệnh từ Chicago về Daejeon qua Internet theo thời gian thực đã chứng minh độ tin cậy và tính ổn định cực cao của thiết bị bất chấp khoảng cách địa lý.
Đặc biệt, trong các thử nghiệm chuyên sâu, nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng ức chế hành vi nghiện bằng cách truyền cocaine vào não chuột, đồng thời sử dụng ánh sáng kích thích nơ-ron thần kinh tương ứng nhằm ngăn chặn hành vi này.
Công nghệ đột phá của Rapido được kỳ vọng sẽ mở ra một chương mới trong việc nghiên cứu các tình trạng thay đổi chức năng và hành vi của não bộ, tiêu biểu như tình trạng nghiện, trầm cảm, hay các rối loạn thoái hóa thần kinh nghiêm trọng. Trong tương lai xa hơn, nền tảng này có thể đặt nền móng cho các thiết bị cấy ghép thông minh thế hệ mới, tích hợp công nghệ cảm biến trạng thái não bộ đi kèm trí tuệ nhân tạo (AI) để tự động cung cấp thuốc hoặc kích thích thần kinh phù hợp ngay khi cần thiết.
Những thách thức và kế hoạch phát triển tương lai
Dù đạt được những kết quả vô cùng khả quan trong phòng thí nghiệm, công nghệ cấy ghép não Rapido vẫn chưa thể ứng dụng ngay trên cơ thể người. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng thiết bị cần phải trải qua thêm các đợt xác nhận tiền lâm sàng, thực hiện các đánh giá an toàn nghiêm ngặt và vượt qua các quy trình phê duyệt pháp lý khắt khe trước khi có thể ứng dụng rộng rãi.
Trong tương lai, kỹ sư Jae-Woong Jeong và các đồng nghiệp dự định sẽ xây dựng một nền tảng tự động hóa, cho phép nhiều viện nghiên cứu trên khắp thế giới có thể truy cập và sử dụng chung thiết bị cấy ghép từ xa này. Đồng thời, họ cũng lên kế hoạch mở rộng phạm vi nghiên cứu các thiết bị cấy ghép thông minh nhằm hướng tới mục tiêu điều trị hiệu quả nhiều hội chứng rối loạn não bộ phức tạp khác.
Nguồn tham khảo: Xem bài gốc
