Chân giả 'thông minh' cho người khuyết tật

Jim Ewing, một kỹ sư 55 tuổi đến từ New Hampshire đã gặp một tai nạn chấn thương do leo núi vào cuối năm 2014. Trong khi phần lớn các xương gãy của Ewing đã tự chữa lành theo thời gian thì xương sên trong mắt cá chân trái của ông đã khiến bệnh nhân chịu cảnh tàn phá không thương tiếc.

Hồi tưởng lại quá khứ, Ewing kể: "Tôi bắt đầu nghĩ rằng có nhẽ cắt cụt chân là tốt nhất để tránh tổn thương sâu thêm cho chân tôi".

Trong cơn tuyệt vọng khi nghĩ đến phẫu thuật cắt chi, Ewing đã gọi cho người bạn cùng phòng Hugh Herr. Herr cũng từng trải qua ca phẫu thuật cắt cụt 2 chi và là người đứng đầu nhóm công nghệ sinh học tại Phòng thí nghiệm truyền thông của Viện công nghệ Massachusetts (MIT), ông cũng là lá cờ đầu thế giới trong nghiên cứu chi giả.

Herr đã nói với Ewing rằng hiện đang có một thủ tục mới mà không những phẫu thuật cắt cụt chi thành công mà cái chi giả còn có thể được kiểm soát bằng não bộ của người sử dụng.

Hệ thống liên kết hoạt động người máy – cơ thể

Hệ thống mới đó là "sản phẩm tim óc" của Tyler Clites, 28 tuổi, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ, công tác tại Đại học Michigan, người từng giành chiến thắng trong Giải sinh viên Lemelson-MIT uy tín hồi năm 2018.

Mục tiêu của Tyler Clites xem ra rất táo bạo: anh muốn xây dựng nên các cơ phận giả và sáng tạo ra một giao diện thần kinh giữa người máy và con người để cả 2 cùng làm việc ăn khớp với nhau. Để đạt được điều này cần phải có một cách tiếp cận mới đối với phẫu thuật cắt cụt, dạng thức đầu tiên của "mục tiêu tuyên truyền": một từ dùng để nói sự cảm nhận của cơ thể con người để hiểu chúng ta đang ở đâu trong vũ trụ.

Mô phỏng chân nhân tạo đang hoàn thiện của Tiến sĩ Tyler Clites, Đại học Michigan (Hoa Kỳ).

Tyler Clites đã nghĩ ra một chiến lược 2 hướng: 1- Bảo tồn mối quan hệ các cơ bắp thông qua các mô sinh học và đóng vai trò hoạt động như những cái ròng rọc để khi các mô tương tác thì chúng sẽ liên kết lại với nhau; 2 - Ứng dụng một hệ thống người máy nhằm đo hoạt động điện trong các cơ được nhắm mục tiêu, đồng thời sử dụng dữ liệu để diễn giải ý định của người đeo chi giả.

Giả sử mọi thứ diễn ra theo đúng kế hoạch, lấy ví dụ như khi ai đó có chân cần phải cắt đi, hãy cố gắng đeo thiết bị chi giả vào chân, hệ thống điều khiển sẽ tiếp nhận các hoạt động điện từ cơ của bệnh nhân và truyền trực tiếp đến ngón chân theo một hướng dự định và không kém phần quan trọng, với một lực cực kỳ chính xác.

Về bản chất, người đeo chi giả sẽ kiểm soát làm thế nào mà thiết bị có thể chuyển động theo ý nghĩ, và giao diện thần kinh sẽ cho phép người sử dụng cảm giác chi giả đang di chuyển như thể nó là một phần cái chân sinh học bình thường. Khi Jim When Ewing nghe nói đến thiết bị kỳ thú, ông đã vô cùng kinh ngạc.

Trước đó trong đầu Ewing luôn mặc định chỉ có cắt bỏ chi mới giảm cảm giác thống khổ. Ewing nhớ lại: "Tôi đã tiên lượng tình huống xấu nhất về việc cắt bỏ chi nếu một khi giao diện thần kinh không hoạt động như dự đoán".

Vào tháng 7 năm 2016, ca phẫu thuật đã được thực hiện dưới bàn tay của bác sĩ Matthew Carty, cố vấn và cộng tác viên của Tyler Clites tại Bệnh viện Brigham và Phụ nữ ở Boston (Massachusetts). Một tháng sau phẫu thuật, Ewing đã có thể leo núi bình thường.

Kể từ đó, hơn 13 bệnh nhân đã phẫu thuật chi thành công, đây được xem là một tiến độ nhanh đáng chú ý cho một thủ tục thí nghiệm hoàn toàn mới và đang được xem xét kỹ lưỡng trong giai đoạn xác nhận sớm. Vì phẫu thuật không liên quan đến các thiết bị cấy ghép, thế nên cũng không cần sự phê chuẩn của Cục quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA), mặc dù thủ tục đã vượt qua một hội đồng đánh giá thể chế rất nghiêm khắc.

Rằng hiện tại chỉ mới có bác sĩ Matthew Carty là đang tiến hành phẫu thuật theo hướng mới, nhưng dự kiến cuộc thử nghiệm lâm sàng hiện tại sẽ mang lại khoảng 20 bệnh nhân vào thời điểm năm 2021 và cung cấp đủ dữ liệu nhằm thúc đẩy áp dụng lâm sàng ở quy mô rộng mở hơn.

Bác sĩ Paulinder Rai, giám đốc y khoa tại Trung tâm điều trị và điều dưỡng phục hồi Lynbrook (New York) và cũng là bác sĩ chăm sóc vết thương tại Trung tâm y khoa Mercy về y tế điều trị và chữa lành vết thương (Rockville Centre, New York) phát biểu rằng: "Thành công của bác sĩ Tyler Clites đã giải quyết vấn đề lớn nhất, hóc búa nhất trong thế giới chi giả".

Bác sĩ Paulinder Rai cũng bày tỏ lo lắng rằng liệu thủ tục mới có hiệu quả khi áp dụng với các phần chi cắt cụt cao hơn không, nơi có sự phối hợp phức tạp đáng kể hơn đối với chuyển động cơ bắp khi chơi đùa.

Bác sĩ Tyler Clites đồng ý rằng các phần chi trên là một thách thức mới, nhưng ông cũng đang hướng về nó. Clites giải thích: "Cánh tay thường yếu hơn chân, nhưng chúng lại đặc biệt khéo léo, vì vậy phẫu thuật chi trên đòi hỏi rất phức tạp do chúng ta cần phải xem nó hoạt động như thế nào".

Sáng kiến y học đột phá

Tham vọng của Tyler Clites luôn lớn và anh không cho rằng mình không thể bỏ cuộc với những sự cố tai nạn bất ngờ. Lớn lên ở Dunbarton (New Hampshire), mẹ anh là một cô giáo tiểu học, còn cha có một doanh nghiệp phong cảnh, Clites tỏ ra yêu thích khoa học.

Clites kể: "Tôi đã thấm thía khi nhìn thấy tác động của những giới hạn về di động và chuyển động trong đời sống của con người, đặc biệt là ở khu vực thiếu sự quan tâm".

Tyler Clites đã tâm sự với một đồng nghiệp về nghiên cứu chi giả trước khi anh rời Brazil, và chuyến đi ấy cũng đóng "bê tông" các mục tiêu của anh: Trở lại Hoa Kỳ, Clites đã tham gia vào phòng thí nghiệm của Hugh Herr và cuối cùng lấy bằng Tiến sĩ về kỹ thuật y sinh thông qua một chương trình hợp tác giữa MIT và trường y Harvard.

Khi nghiên cứu kéo Tyler Clites sâu hơn về ngành sinh học Tân Thời Đại, Clites bắt đầu lập luận rằng xã hội cần phải vật lộn với những câu hỏi lớn hơn về cơ thể người sẽ ra sao trong tương lai gần - chỉ ra rằng người ta cảm thấy thoải mái với ý tưởng phục hồi chức năng khi đề cập đến tay chân, nhưng không phải là tăng cường. Chuyện gì sẽ xảy ra nếu chúng ta chạy nhanh hơn bằng thủ tục mới, nó có ổn không? Có hay không những người thật khỏe mạnh (và giàu có) mới được lựa chọn cho giao diện thần kinh?

TS Clites quả quyết: "Các mối bận tâm chính sẽ là quyền truy cập và khả năng phân tầng hơn nữa cho những sự phân chia kinh tế xã hội, nhưng khi thị trường tăng quy mô của loại công nghệ mới này thì khi đó giá thành sẽ giảm".

TS Clites cũng nhấn mạnh rằng: "Những nỗ lực thiết kế của chúng tôi là chế tạo ra những người máy hoàn hảo. Con người sẽ đi kèm song song với máy để khiến cả 2 tương tác dễ dàng và hiệu quả hơn, nói cách khác đó là một dạng người cơ khí hóa ưu việt hơn. Liệu con người như thế có khôn ngoan hơn không? Chắc chắn là có. Nhưng cũng cần thêm thời gian để đi.

Thanh Hải (tổng hợp)