Công nghệ đọc tín hiệu não: Cách mạng mở ra, đạo đức siết lại

Công nghệ ghi tín hiệu não kết hợp AI đang tiến gần tới khả năng giải mã cả những suy nghĩ 'tiền ý thức'.

Khám phá vùng não mới

Trước khi gặp tai nạn ô tô năm 2008 khiến liệt từ cổ trở xuống, bà Nancy Smith từng say mê chơi piano. Nhiều năm sau, một giao diện não - máy (BCI) cấy ghép đã mở cho bà cơ hội tiếp cận lại âm nhạc theo cách đặc biệt: Bà chỉ cần tưởng tượng đang đặt tay lên bàn phím ảo, còn hệ thống sẽ chuyển các xung não đó thành thao tác nhấn phím. Những giai điệu đơn giản như Twinkle, Twinkle, Little Star lại vang lên.

Điều gây ngạc nhiên nhất, theo bà Smith, là cảm giác như “cây đàn tự chơi”. Nhà thần kinh học Richard Andersen (Viện Công nghệ California, Mỹ), người dẫn dắt nghiên cứu, giải thích rằng hệ thống đã học được mô hình tín hiệu não khi người dùng tưởng tượng hành động. Nhờ vậy, BCI có thể dự báo ý định chơi nhạc sớm hơn hàng trăm mili giây trước cả khi người dùng kịp ý thức.

Bà Smith thuộc nhóm khoảng 90 người trong hai thập kỷ qua được cấy ghép BCI để điều khiển các thiết bị hỗ trợ như máy tính, cánh tay robot hay bộ tổng hợp giọng nói. Về nguyên lý, các BCI truyền thống ghi nhận tín hiệu chỉ huy vận động tại vỏ não vận động khi người dùng tưởng tượng chuyển động, rồi giải mã chúng thành lệnh điều khiển thiết bị.

Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, ngoài điện cực ở vỏ não vận động, bà Smith còn được cấy thêm một điện cực ở thùy đỉnh sau - khu vực liên quan đến suy luận, chú ý và lập kế hoạch. Theo ông Andersen, việc ghi song song tín hiệu từ hai vùng não giúp hệ thống nắm bắt cả ý định lẫn kế hoạch vận động trước khi hành động xảy ra, qua đó tăng độ chính xác và hiệu suất của BCI.

Nghiên cứu cho thấy, khi ghi tín hiệu từ thùy đỉnh sau, các nhà khoa học thu được các xung từ nhiều vùng não khác nhau, mở ra khả năng giải mã các thông tin phức tạp hơn rất nhiều so với các lệnh vận động thuần túy.

Khả năng “đọc” tín hiệu tiền ý thức - những xung thần kinh nảy sinh trước khi con người kịp nhận ra quyết định của mình - đặt ra một bước ngoặt, đồng thời mở ra cả một loạt câu hỏi về biên giới giữa ý định cá nhân và thông tin mà công nghệ có thể tiếp cận.

Việc hệ thống có thể nhận biết ý định trước khi chủ thể có nhận thức rõ ràng khiến nhiều nhà nghiên cứu và chuyên gia đạo đức đặt vấn đề: Nếu máy móc “hiểu” trước ý định, liệu nó có nên thực thi hành động thay con người không, và nếu có, trong những điều kiện nào? Những câu hỏi này không chỉ là thách thức về công nghệ, mà còn đòi hỏi một cuộc đối thoại nghiêm túc về quyền riêng tư, tự do cá nhân và giới hạn ứng dụng của công nghệ thần kinh.

Ông Casey Harrell (cùng vợ Levana Saxon) dùng thiết bị cấy ghép não để tạo giọng nói tổng hợp. Nguồn: Ian Bates/New York Times/Redux/eyevine

Thiết bị tiêu dùng, EEG và lo ngại quyền riêng tư

Khác với các BCI cấy ghép ghi trực tiếp xung của từng tế bào thần kinh, phần lớn sản phẩm thương mại hiện nay dựa trên điện não đồ (EEG) - phương pháp đo các dao động điện từ hoạt động tổng hợp của hàng triệu tế bào thần kinh ngay trên da đầu.

Các thiết bị tiêu dùng này thường được thiết kế thời trang và tiện dụng (tai nghe, băng đeo trán, hoặc điện cực tích hợp trong kính thực tế ảo), hướng tới các nhu cầu như thể thao, thiền định hoặc nâng cao năng suất làm việc.

Mặc dù, độ chính xác không thể sánh với BCI cấy ghép, EEG vẫn cung cấp cái nhìn tương đối đầy đủ về trạng thái hoạt động của não, từ mức độ tỉnh táo, sự tập trung đến mức độ mệt mỏi hay lo âu.

Nhiều công ty đã thương mại hóa các thiết bị EEG kèm phần mềm phân tích thời gian thực, đưa ra “điểm số trạng thái tinh thần” nhằm hỗ trợ người dùng tối ưu hiệu suất thể thao, thiền sâu hơn hoặc quản lý công việc hiệu quả.

AI đóng vai trò then chốt trong việc biến tín hiệu nhiễu từ hệ thống ghi không tối ưu thành dữ liệu có giá trị. Theo ông Ramses Alcaide, Giám đốc Điều hành Neurable (Boston, Mỹ), các kỹ thuật xử lý tín hiệu hiện đại đã đưa EEG từ phòng thí nghiệm vào môi trường đời thực.

Không chỉ vậy, giới nghiên cứu kỳ vọng AI sẽ mở rộng phạm vi thông tin có thể giải mã từ EEG. Chẳng hạn, các thay đổi điện áp nhỏ xuất hiện chỉ vài trăm mili giây sau khi con người tiếp nhận một kích thích có thể tiết lộ mức độ chú ý và quá trình ra quyết định liên quan tới kích thích đó.

“Những dấu hiệu tinh vi này có thể giúp hiểu thêm các khía cạnh nhận thức mà trước đây EEG khó chạm tới”, ông Marcello Ienca, chuyên gia đạo đức thần kinh tại Đại học Kỹ thuật Munich (Đức), cho biết.

Vấn đề pháp lý đang trở thành mối lo đáng kể, nhất là khi lĩnh vực BCI tiêu dùng hiện chưa chịu sự giám sát nghiêm ngặt như ngành y tế. Một nghiên cứu năm 2018 cho thấy nhiều thiết bị EEG thương mại không sử dụng kênh truyền dữ liệu an toàn hoặc các công nghệ bảo mật hiện đại.

Phân tích năm 2024 của Tổ chức Quyền Thần kinh cũng chỉ ra phần lớn doanh nghiệp neurotech nắm toàn quyền kiểm soát dữ liệu người dùng, đồng nghĩa họ có thể khai thác hoặc mua bán dữ liệu theo cách họ định đoạt.

Theo các chuyên gia đạo đức, nguy cơ lớn nhất nảy sinh khi dữ liệu thần kinh được kết hợp với những dòng dữ liệu số khác, cho phép các công ty suy luận ra các thông tin nhạy cảm như tình trạng sức khỏe tâm thần, xu hướng chính trị hay phản ứng nội tâm. Việc sử dụng các suy luận này cho mục đích thương mại hoặc để phân biệt đối xử đặt ra những rủi ro vượt xa phạm vi công nghệ.

Một số phản ứng pháp lý bước đầu đã xuất hiện. Chính phủ Chile cùng cơ quan lập pháp của bốn bang tại Mỹ đã thông qua các đạo luật nhằm bảo vệ dữ liệu ghi trực tiếp từ hoạt động thần kinh.

Tuy nhiên, theo bà Nita Farahany, nhà đạo đức học tại Đại học Duke (Mỹ), các quy định này vẫn chưa đủ mạnh, bởi chúng chủ yếu bảo vệ dữ liệu thô mà chưa điều chỉnh những suy luận có thể được rút ra khi dữ liệu thần kinh được phân tích cùng các nguồn dữ liệu số khác. Bà cùng nhiều chuyên gia kêu gọi xây dựng khung pháp lý bao trùm cả dữ liệu gốc lẫn những hệ quả suy luận để đảm bảo an toàn cho người dùng trong kỷ nguyên neurotech.

Tiềm năng lâm sàng và thách thức

Hiện chưa có hệ thống BCI cấy ghép nào được phê duyệt sử dụng lâm sàng đại trà, song một số thiết bị đã tiến khá gần. Công nghệ của Công ty Synchron (Mỹ) - đặt điện cực trong mạch máu nằm trên vỏ não vận động, cho phép người dùng điều khiển thiết bị bằng cách tưởng tượng cử động chân mà không cần mở sọ - đã chứng minh được mức độ an toàn và hiệu quả, và đang chờ Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) xem xét thử nghiệm then chốt. Neuralink của doanh nhân Elon Musk cũng đã cấy thiết bị phức tạp hơn cho ít nhất 13 người, trong khi hơn 10.000 người đăng ký tham gia thử nghiệm.

Ngoài ra, khoảng 5 công ty khác đang triển khai các thử nghiệm ngắn hạn trên người. Giới nghiên cứu nhận định những phê duyệt đầu tiên nhiều khả năng sẽ dành cho các BCI đặt ở vỏ não vận động, phục vụ khôi phục giao tiếp và tính độc lập cho người liệt nặng, đặc biệt là các hệ thống cho phép tổng hợp giọng nói theo thời gian thực.

Một hướng phát triển quan trọng khác là mở rộng việc ghi tín hiệu vào các vùng não ngoài vỏ não vận động nhằm tiếp cận những “tiền tín hiệu” dẫn đến suy nghĩ. Năm ngoái, nhóm của ông Richard Andersen công bố bằng chứng khái niệm về khả năng giải mã đối thoại nội tâm từ thùy đỉnh của hai người tham gia, dù vốn từ còn hạn chế.

Trong các thử nghiệm khác, nhóm ghi nhận các kiểu hoạt động thần kinh khi người dùng chơi blackjack: Một số tế bào phản ứng với giá trị lá bài, số khác theo dõi tổng điểm, và một số kích hoạt khi người chơi quyết định “dừng” hay “rút thêm”. Những kết quả này cho thấy tiềm năng giải mã các thành phần nhận thức phức tạp hơn nhiều so với các lệnh vận động thuần túy.

Song song với đó, các nhà nghiên cứu như bà Maryam Shanechi tại Đại học Nam California (Mỹ) đang phát triển các “mô hình nền tảng” về hoạt động não, bằng cách huấn luyện AI trên hàng nghìn giờ dữ liệu thần kinh thu thập từ nhiều người. Mục tiêu là tạo ra những mô hình có khả năng khái quát giữa các bộ não khác nhau, hỗ trợ chẩn đoán, theo dõi triệu chứng rối loạn tâm thần và tối ưu các liệu pháp điều chỉnh hoạt động thần kinh.

Bà Nancy Smith sử dụng giao diện não - máy tính để tạo ra âm nhạc sau tai nạn khiến bà liệt từ cổ trở xuống. Ảnh: Caltech

AI, quyền tự chủ và hướng điều chỉnh pháp lý

AI đang làm thay đổi cuộc chơi trong giải mã tín hiệu não: Hệ thống có thể nhận diện cả những dạng suy nghĩ tiền ý thức, chẳng hạn “tín hiệu lỗi” xuất hiện trước khi người dùng kịp nhận ra mình chọn sai. Trong một nghiên cứu chưa công bố, nhóm tại Synchron cho thấy BCI có thể phát hiện lỗi sớm hơn cả ý thức của người dùng.

Điều đó đặt ra một lựa chọn then chốt: Liệu có nên để hệ thống tự động sửa lỗi nhằm tăng tốc độ và hiệu suất hay không? Cơ chế tự động này có thể giúp thao tác nhanh hơn, nhưng đồng thời làm mờ ranh giới về quyền tự chủ nếu thiết bị hành động thay người dùng mà không có sự đồng thuận rõ ràng.

Ông Tom Oxley, đồng sáng lập Synchron, đặt vấn đề: Liệu có thời điểm người dùng bật tính năng cho phép hệ thống ra quyết định thay họ mà không có sự xác nhận cụ thể? Trong khi đó, ông Matt Angle, Giám đốc Điều hành Paradromics (Mỹ), ví AI như một “nút điều chỉnh” cho phép người dùng lựa chọn giữa tính tự chủ và tốc độ - càng dựa nhiều vào AI, hệ thống càng chủ động hơn.

Một số lo ngại đã được nêu ra. Bà Nita Farahany dẫn trường hợp Neuralink tích hợp chatbot AI Grok để hỗ trợ giao tiếp cho tình nguyện viên không thể nói: Chatbot đưa ra gợi ý và soạn thảo câu trả lời, giúp tăng tốc độ giao tiếp, nhưng đồng thời tiềm ẩn nguy cơ định hình nội dung và ảnh hưởng đến bản dạng cá nhân của người dùng.

Theo bà Farahany, cần có khung pháp lý mới: Các nhà phát triển BCI phải chịu “nghĩa vụ ủy thác” đối với người dùng, nghĩa là bắt buộc hành động vì lợi ích tốt nhất của họ, tương tự trách nhiệm của luật sư với thân chủ hay bác sĩ với bệnh nhân.

Ở tầm quốc tế, UNESCO và OECD đã ban hành các hướng dẫn đầu tiên về quyền thần kinh và bảo vệ dữ liệu não người. Tại Mỹ, ba thượng nghị sĩ cũng đề xuất dự luật yêu cầu Ủy ban Thương mại Liên bang (FTC) giám sát dữ liệu từ công nghệ thần kinh tiêu dùng. Tuy nhiên, nhiều chuyên gia cảnh báo rủi ro lớn nhất không nằm ở dữ liệu thô, mà ở những suy luận và mô hình AI có khả năng dự đoán, thậm chí định hướng suy nghĩ người dùng.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu đề xuất phải kết hợp bảo vệ quyền riêng tư với minh bạch thuật toán; áp dụng kiểm toán độc lập đối với các mô hình nền tảng; đồng thời xác lập nghĩa vụ pháp lý rõ ràng cho nhà phát triển BCI và các sản phẩm neurotech.

Cuối cùng, cần cơ chế hợp tác liên ngành giữa giới khoa học, chuyên gia pháp lý và đại diện người dùng để xây dựng chuẩn mực và giám sát hiệu quả. Những biện pháp này phải hướng tới một mục tiêu nhất quán: Minh bạch hóa thuật toán, hạn chế thương mại hóa các suy luận nhạy cảm và bảo vệ tối đa quyền tự chủ thần kinh của mỗi cá nhân.

Theo Nature

Hải Yến