Tương lai hệ thống mắt sinh học
Fran Fulton, một phụ nữ 66 tuổi phải chịu cảnh sống trong bóng tối suốt 10 năm qua do mắc phải chứng bệnh viêm võng mạc sắc tố, một loại bệnh di truyền hiếm gặp ở mắt khiến các tế bào cảm quang tại võng mạc chết dần đi, nay đã có thể lấy lại một phần thị lực.
Theo Viện Mắt Quốc gia Mỹ (NEI), cứ trong 4.000 người dân nước này có 1 trường hợp mắc phải chứng bệnh này. Chỉ trong vòng vài năm từ khi phát bệnh, Fulton dần mất đi thị lực.
Hiện nay, một hệ thống hiện đại gọi là Argus II - một cặp kính có trang bị camera được nối với điện cực cấy bên trong nhãn cầu giúp đưa thông tin thị giác đến não bộ - đã cho phép bà một lần nữa nhìn thấy thế giới xung quanh nhưng theo một cách hoàn toàn khác biệt.
Từ ý tưởng đến hiện thực
Bằng cách tạo cầu nối giữa mắt và não bộ, Argus II giúp những bệnh nhân bị mù lấy lại một phần thị lực của mình. Mark Humayun, cha đẻ của Argus II và bác sĩ nhãn khoa Trường Y khoa Keck Đại học Nam California (USC), mô tả Argus II như "một phần mềm sử dụng ngôn ngữ sinh học".
 |
| Ảnh chụp vi mạch điện cực được cấy trên võng mạc. |
Toàn hệ thống Argus II được cấu tạo từ 3 phần: cặp kính gắn camera, hộp chuyển đổi và vi mạch được phủ kín các điện cực. Chiếc camera nhỏ - không khác gì mấy so với loại được sử dụng cho điện thoại thông minh hiện nay - được gắn vào gọng kính để gửi dữ liệu hình ảnh đến hộp chuyển đổi mà bệnh nhân sẽ phải mang theo bên mình trong một chiếc ví hoặc đặt trong túi.
Từ đó, tín hiệu chuyển đổi thành "ngôn ngữ sinh học" được đưa đến vi mạch cấy trên võng mạc bệnh nhân. Về cơ bản, các điện cực trên vi mạch thay thế vai trò các tế bào võng mạc đã chết, chuyển tín hiệu điện thẳng đến thần kinh thị giác và từ đó người dùng nhận được thông tin dưới dạng một hình ảnh trắng đen. Tuy nhiên, Argus II chỉ có thể đi vòng qua các tế bào đã chết do viêm võng mạc sắc tố để đưa tín hiệu hình ảnh đến được với não bộ.
Đối với những người mắc phải chứng viêm võng mạc sắc tố, Robert Greenberg - chủ tịch kiêm giám đốc điều hành Second Sight, công ty phát triển Argus II - cho biết: "Với những điện cực cấy ghép này, chúng tôi không chữa trị nguyên nhân gây mất thị lực ở bệnh nhân mà chỉ là đi vòng qua vùng bị tổn thương mà thôi".
Ý tưởng về Argus II được Humayun "thai nghén" từ rất lâu, khi chứng kiến bà của mình mất đi thị giác do biến chứng liên quan đến bệnh tiểu đường. Humayun tâm sự: "Tôi chẳng thể làm được gì vào lúc ấy. Đó là lý do khiến tôi quyết định đi theo ngành y".
Vào thời điểm đó, thiết kế của Humayun khiến mọi người cảm thấy khó tin và chỉ có duy nhất một thiết bị có thể cho là gần giống với Argus II nhất là ốc tai cấy ghép - có chức năng chuyển đổi âm thanh thành xung điện mà não bộ có thể hiểu được. Tuy nhiên, khác với ốc tai cấy ghép, mục tiêu của Humayun gặp những thử thách vô cùng khó khăn.
Trước tiên, nếu tai người có 30.000 tế bào lông thì mắt lại sở hữu đến khoảng 1 triệu tế bào hạch có chức năng chuyển ánh sáng thành ảnh điểm. Thêm vào đó, ý tưởng táo bạo này đòi hỏi những điện cực phải được cấy vào bộ phận mỏng manh nhất của mắt - võng mạc - nơi chúng dễ dàng bị đánh bật ra khỏi vị trí đã cấy trong suốt giai đoạn "ngủ chuyển động mắt nhanh" (rapid eye movement sleep).
 |
| Bác sĩ Mark Humayun với thiết bị Argus II trên tay. |
Tưởng như đây chỉ là một ý tưởng bất khả thi mãi mãi nằm trên giấy thì sau 20 năm ròng rã cùng nguồn kinh phí khoảng 200 triệu USD từ các nhà đầu tư, Argus II cuối cùng cũng trở thành thiết bị thị giác thay ghép đầu tiên được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) phê chuẩn vào tháng 2-2013. Cho đến nay, đã có gần 80 bệnh nhân trên toàn thế giới được thực hiện phẫu thuật cấy ghép Argus II.
Ca phẫu thuật cấy điện cực diễn ra trong vài giờ và bệnh nhân có thể về nhà ngay trong ngày. Sau khoảng 1 tuần, khi vết thương lành, bệnh nhân sẽ quay trở lại bệnh viện để nhận kính, khởi động các điện cực và học cách sử dụng hệ thống. Trên hộp chuyển đổi có một nút bấm cho phép điều chỉnh tăng hoặc giảm một số chi tiết như độ sáng và độ tương phản. Và thế là tất cả đã hoàn tất, bệnh nhân có thể ra về với một cặp mắt mới hoàn toàn.
Để có thể cấy ghép toàn bộ hệ thống phức tạp này vào mắt là công việc không hề đơn giản. Đầu tiên, lớp ngoài cùng của mắt - màng kết - sẽ được bóc ra. Sau đó, thủy tinh thể được hút ra ngoài và thay thế trở lại bằng dung dịch nhân tạo. Phần cuối cùng và cũng chính là phần khó khăn nhất trong toàn bộ quy trình, phẫu thuật viên phải canh thật chuẩn xác vị trí đặt vi mạch điện cực sao cho nó nằm ngay trước trung tâm của võng mạc.
Với những thiết bị như Argus II, tuy có thể giúp lấy lại một phần thị lực cho bệnh nhân nhưng vẫn không thể có được hình ảnh như một người có thị lực bình thường. Đây chỉ mới là những bước đi đầu tiên trong lĩnh vực vô cùng mới mẻ và chỉ có 6 người trên toàn nước Mỹ đang sử dụng thiết bị Argus II.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn hy vọng rằng một ngày nào đó khi hiểu biết về thị lực con người đã thật sự đủ, chúng ta sẽ có khả năng lấy lại những gì đã mất cho bệnh nhân. Vậy thì cuộc sống được nhìn thấy qua mắt sinh học Argus II thật sự sẽ như thế nào?
Do chỉ có 60 pixel, hình ảnh mà bệnh nhân nhận được cũng sẽ tương tự như khi ta nhìn vào những hình ảnh lu mờ kém sắc nét được tạo nên từ một số lượng rất ít những ảnh điểm phóng to. Khi đó, sẽ có những vùng sáng và tối mà khi kết hợp với nhau não bộ có thể hiểu được chúng như một hình ảnh.
Học cách hiểu những vùng sáng-tối
Đối với Fulton, thật khó để có thể tả được những gì bà nhìn thấy. Fulton chia sẻ: "Mọi người nói rằng tôi sẽ nhìn thấy hình dạng đồ vật. Điều đó cũng có phần đúng, song đó là những xung điện và vấn đề là chúng ta phải học cách để hiểu chúng. Việc này không quá khó, chỉ là một quá trình học hỏi và đó là việc mà tôi đang làm".
 |
| Fran Fulton (hàng trước, bên phải) chụp ảnh cùng gia đình. |
Fulton cho biết phần lớn những gì bà nhìn thấy là những vùng sáng và tối. Mỗi khi rời nhà hàng cùng bạn bè, Fulton đã có thể tập trung nhìn vào một chiếc áo sáng màu và đi theo họ mà không cần bất cứ sự dẫn đường nào từ người khác. Những bệnh nhân khác cũng phản hồi rằng họ có thể nhìn thấy được những thứ như pháo hoa hay cây thông Giáng sinh.
Những bệnh nhân sử dụng Argus II, bao gồm cả Fran Fulton, vẫn đang phải tiếp tục tham gia những liệu pháp điều trị về thị giác nhằm cải thiện thị lực và tập luyện để giúp não bộ thấu hiểu những tín hiệu tốt hơn. Đối với Fulton, từ lâu đã phải làm một luật sư khiếm thị, việc đi lại nay thật sự dễ dàng hơn rất nhiều.
Fulton chia sẻ: "Tôi làm việc ở tầng 3 và ở đó có 3 chiếc thang máy. Lần đầu tiên rời văn phòng với hệ thống mắt sinh học, khi nghe thấy tiếng chuông thang máy, tôi đã tự ra đứng ngay trước cửa và bước thẳng vào trong. Tôi không va phải bất kỳ đồ vật gì và cũng không cần phải dùng gậy dò đường. Mỗi ngày trôi qua trở nên thật thú vị và cả đời tôi chưa từng nghĩ rằng một việc như thế có thể thành hiện thực. Tôi đã có thể xác định được lối đi và các vật cản trên đường. Tôi không thể khẳng định đó là một chậu hoa hay một người vô gia cư nhưng tôi biết chắc rằng có một vật cản ở đó".
Fulton cũng phân biệt được hình tam giác với một hình tròn hay hình vuông. Đối với những người đã sống trong bóng tối nhiều năm liền như Fran Fulton, việc có thể nhìn thấy trở lại dù chỉ là những hình dạng mơ hồ cũng thật sự là sự cải thiện vô cùng đáng mừng.
Thật ra, Argus II không hề hoàn hảo. Đối với những ai mới bắt đầu sử dụng, hệ thống này chỉ có thể cung cấp những thông tin hình ảnh trắng đen và não bộ cũng không nhận ra được những hình ảnh hoàn chỉnh.
Chính vì thế, người dùng không thể đọc được các ký hiệu, nhận biết khuôn mặt cũng như những vật thể xác định. Quan trọng hơn, không phải người mù nào cũng có thể sử dụng hệ thống này vì cần phải có võng mạc còn nguyên vẹn để thiết bị cấy ghép có thể hoạt động. Những bệnh nhân bị mất thị lực do các nguyên nhân khác như bệnh tiểu đường, cườm nước, nhiễm trùng hay những ai có võng mạc bị hư tổn đều không thể sử dụng Argus II.
