Bước đột phá trên Nature Electronics
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển một vi điện cực co giãn, có khả năng thích ứng linh hoạt với chuyển động tự nhiên của não, giải quyết rào cản kỹ thuật then chốt từ lâu cản trở việc ứng dụng lâm sàng các giao diện não-máy xâm lấn. Công trình do Fang Ying thuộc Viện Nghiên cứu Não bộ Trung Quốc tại Bắc Kinh dẫn đầu, được đăng trên tạp chí Nature Electronics ngày 6 tháng 2 năm 2026. Sáng chế này giải quyết một thách thức căn bản trong công nghệ thần kinh. Điện cực mềm thông thường có thể uốn cong nhưng không thể co giãn. Hạn chế này khiến chúng bị kéo khỏi mô thần kinh khi não rung theo mỗi nhịp tim hoặc dịch chuyển bên trong hộp sọ. Kiến trúc điện cực mới sử dụng thiết kế dạng xoắn ốc để chuyển lực kéo giãn thành chuyển động uốn cong vô hại, cho phép thiết bị di chuyển theo não thay vì chống lại chuyển động đó. Hình dạng xoắn ốc giúp điện cực duỗi ra và co lại như lò xo, thích ứng với chuyển động nhịp nhàng của não mà không truyền lực cắt gây tổn thương đến mô thần kinh mỏng manh.
Nội dung
Nhóm của Fang lần đầu nhận thấy vấn đề này trong các thí nghiệm trên linh trưởng không phải người, cách đây khoảng bốn năm. Trong cuộc phỏng vấn riêng, bà cho biết nhóm đã quan sát thấy điện cực mềm có nguy cơ thực sự bị kéo khỏi vị trí do não chuyển động. Phát hiện này thúc đẩy nhóm nghiên cứu tìm kiếm những phương án cấu trúc mới, giúp điện cực co giãn mà không tạo lực gây tổn thương lên mô xung quanh.
Vì sao chỉ mềm dẻo là chưa đủ
Vấn đề điện cực bị kéo khỏi vị trí thu hút sự chú ý quốc tế vào năm 2024, khi Neuralink của Elon Musk cho biết khoảng 85% trong số 1.024 điện cực mềm của hãng đã bị kéo khỏi não bệnh nhân đầu tiên chỉ vài tuần sau khi cấy ghép. Não không phải là cơ quan tĩnh. Nó dịch chuyển khoảng 100 micromet theo mỗi chu kỳ tim, đồng thời thay đổi vị trí khi hô hấp và cử động đầu. Điện cực thẳng truyền thống tuy có thể uốn cong nhưng không đủ khả năng cơ học để thích ứng với chuyển động liên tục này. Khi một đầu điện cực được neo vào hộp sọ còn đầu kia gắn với mô não, mọi chuyển động tương đối đều tạo ra lực căng. Các thiết kế thông thường phản ứng với lực căng này bằng cách bị kéo khỏi mô, dẫn đến mất tín hiệu, phản ứng viêm và hình thành mô sẹo quanh vị trí cấy ghép. Sự không tương thích cơ học này là một trong những rào cản dai dẳng nhất đối với độ ổn định lâu dài của giao diện não-máy xâm lấn. Mô sẹo hình thành, gọi là sẹo thần kinh đệm, cách ly điện cực khỏi các nơ-ron lân cận, khiến chất lượng tín hiệu suy giảm dần cho đến khi thiết bị gần như không còn tác dụng.
Kiến trúc xoắn ốc
Giải pháp đòi hỏi phải tư duy lại căn bản về hình học của điện cực. Thay vì sử dụng dây thẳng hoặc chỉ uốn cong đơn giản, nhóm nghiên cứu thiết kế điện cực thành các cấu trúc xoắn ốc siêu mỏng. Điểm đột phá then chốt nằm ở cách thiết bị xử lý ứng suất cơ học. Khi não chuyển động, cấu trúc xoắn ốc chuyển lực kéo giãn thành biến dạng oằn có mức năng lượng thấp, về cơ bản là uốn và cuộn lại thay vì bị kéo khỏi vị trí. Lựa chọn kiến trúc này giúp giảm đáng kể lực cần thiết để thích ứng với chuyển động. Theo Fang, để kéo giãn một điện cực thẳng thông thường thêm 100 micromet cần lực khoảng 4 millinewton. Thiết kế co giãn mới chỉ cần 37 micronewton, tức khoảng một phần trăm lực đó. Ứng suất cơ học giảm trực tiếp giúp hạn chế tổn thương mô và giảm phản ứng miễn dịch tại vị trí cấy ghép.
Điện cực được chế tạo từ các màng mềm dẻo siêu mỏng, kết hợp khả năng thu nhận tín hiệu thần kinh với thông lượng cao và độ tương thích cơ sinh học. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thành công mảng điện cực mật độ cao 1.024 kênh trên khỉ macaque, chứng minh khả năng thu nhận tín hiệu quy mô lớn và độ ổn định lâu dài. Quy mô này tương ứng với các thông số cốt lõi của hệ thống thương mại, đồng thời tích hợp cơ học với mô sống tốt hơn.
Từ phòng thí nghiệm đến bệnh nhân
Bước đột phá về điện cực xuất hiện trong bối cảnh hoạt động phát triển giao diện não-máy xâm lấn tại Trung Quốc đang tăng tốc trên diện rộng. Tháng 3 năm 2025, Trung tâm Khoa học và Công nghệ Trí tuệ Não bộ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, phối hợp với Bệnh viện Huashan trực thuộc Đại học Phúc Đán, đã khởi động thử nghiệm lâm sàng giao diện não-máy xâm lấn đầu tiên trên người tại Trung Quốc. Thử nghiệm đưa Trung Quốc trở thành quốc gia thứ hai, sau Mỹ, đưa giao diện não-máy xâm lấn vào giai đoạn lâm sàng. Ê-kíp phẫu thuật sử dụng hệ thống dẫn đường độ chính xác cao để đặt điện cực vào vỏ não vận động với sai số ở mức milimet, giảm thiểu tổn thương trong quá trình phẫu thuật.
Người tham gia đầu tiên là một người đàn ông mất cả bốn chi trong tai nạn điện cao thế cách đây 13 năm, được cấy ghép thiết bị ngày 25 tháng 3 năm 2025. Sau hai đến ba tuần tập luyện, ông có thể điều khiển thiết bị điện tử chỉ bằng ý nghĩ, thành thạo chơi trò đua xe và các chương trình cờ vua. Bệnh nhân thứ hai, được xác định là ông Zhang, bị chấn thương tủy sống mức cao vào năm 2022, đã đạt được khả năng sử dụng đáng chú ý hơn. Sau khi được cấy thiết bị không dây WRS01 vào tháng 6 năm 2025, ông học cách điều khiển xe lăn thông minh, ra lệnh cho chó robot và làm công việc từ xa có trả lương, kiểm tra sản phẩm cho máy bán hàng tự động. Ông trở thành người tham gia thử nghiệm giao diện não-máy đầu tiên được biết đến có việc làm tạo thu nhập chỉ bằng tín hiệu thần kinh.
Đã hơn ba năm kể từ tai nạn, và giờ cuối cùng tôi cũng có thể làm việc trở lại.
Bệnh nhân cho biết ông làm thực tập sinh phân loại hàng, điều khiển con trỏ máy tính bằng ý nghĩ. Hệ thống xử lý tín hiệu thần kinh, diễn giải ý định vận động và tạo lệnh điều khiển trong vài chục mili giây, nhanh hơn một cái chớp mắt.
Hệ sinh thái giao diện não-máy Trung Quốc mở rộng
Ngoài môi trường nghiên cứu học thuật, hoạt động phát triển thương mại đang tăng tốc nhanh chóng. Zhiran Medical, công ty do Fang Ying đồng sáng lập, gần đây đã huy động hơn 300 triệu nhân dân tệ trong vòng gọi vốn Series A để thúc đẩy ứng dụng lâm sàng công nghệ giao diện não-máy xâm lấn. Công ty đã phát triển các hệ thống không dây cấy ghép hoàn toàn, hỗ trợ đến 1.024 kênh, với bộ xử lý cỡ đồng xu giúp giảm 75% mức tiêu thụ điện so với các thiết kế trước đây. Công ty đã xây dựng cơ sở sản xuất đạt chuẩn lâm sàng tại Bắc Kinh, có khả năng sản xuất điện cực co giãn ở quy mô lớn.
Các đơn vị khác cũng gia nhập thị trường với những hướng tiếp cận bổ trợ. StairMed Technology đã phát triển điện cực siêu mềm dẻo, có đường kính bằng một phần trăm sợi tóc người, khiến tế bào não hầu như không nhận thấy sự hiện diện của chúng. Công ty dự kiến tiến hành các thử nghiệm đa trung tâm với 30 đến 40 người tham gia, hướng tới được cấp phép lưu hành vào năm 2028. Trong khi đó, Shanghai Brain Tiger Technology đã trình diễn các mảng điện cực mềm dẻo 256 kênh, đạt tốc độ truyền thông tin tương đương dữ liệu Neuralink đã công bố.
Hoạt động thương mại này được hỗ trợ bởi chính sách quốc gia. Trung Quốc đã đưa phát triển giao diện não-máy vào các khuyến nghị cho Kế hoạch 5 năm lần thứ 15 sắp tới. Tháng 3 năm 2025, Cục Quản lý An ninh Y tế Quốc gia Trung Quốc thiết lập các hạng mục tính giá cụ thể cho thủ thuật cấy ghép và tháo bỏ giao diện não-máy xâm lấn, tạo cơ sở pháp lý cho việc thanh toán lâm sàng và chi trả bảo hiểm.
Cuộc đua công nghệ toàn cầu
Phát triển này đưa Trung Quốc vào thế cạnh tranh trực tiếp với các công ty Mỹ, đặc biệt là Neuralink, trong cuộc đua thương mại hóa thiết bị điều khiển bằng ý nghĩ. Trong khi Mỹ có lợi thế về tích hợp chip và sản phẩm ở cấp độ hệ thống, Trung Quốc tạo dựng thế mạnh riêng về vật liệu điện cực mềm dẻo và kỹ thuật phẫu thuật ít xâm lấn. Điện cực Trung Quốc có diện tích mặt cắt ngang bằng từ một phần năm đến một phần bảy thiết bị của Neuralink, đồng thời có độ mềm dẻo cao hơn các sản phẩm cạnh tranh hơn 100 lần.
Các phương pháp kỹ thuật khác biệt đáng kể. Hệ thống xâm lấn hoàn toàn của Neuralink đòi hỏi phải cắt bỏ một phần hộp sọ và cấy các mảng điện cực cứng hoặc bán cứng, kéo theo rủi ro phẫu thuật cao hơn. Các nhóm Trung Quốc nhấn mạnh những kỹ thuật ít xâm lấn, sử dụng vết rạch nhỏ trên hộp sọ và đầu dò siêu mềm dẻo. Lu Junfeng, bác sĩ phẫu thuật thần kinh tại Bệnh viện Huashan, giải thích sự khác biệt giữa các phương pháp giao diện não-máy bằng phép so sánh với thể thao. Thiết bị không xâm lấn giống như micro đặt bên ngoài sân vận động, chỉ thu được tiếng ồn của đám đông. Thiết bị bán xâm lấn treo phía trên sân, thu được âm thanh rõ hơn. Thiết bị xâm lấn gắn trực tiếp với các cầu thủ, nghe rõ từng lời nói.
Hệ thống Trung Quốc cũng hưởng lợi từ thế mạnh của nước này về hạ tầng viễn thông. Hệ thống WRS01 đạt độ trễ đầu cuối dưới 100 mili giây nhờ sử dụng các giao thức liên lạc không dây được tối ưu hóa, tạo ra khả năng điều khiển tự nhiên và tức thời cho người dùng.
Thách thức kỹ thuật vẫn còn
Dù đạt được những tiến bộ này, vẫn còn nhiều trở ngại đáng kể trước khi giao diện não-máy xâm lấn trở thành phương pháp điều trị y tế phổ biến. Tính tương thích sinh học lâu dài vẫn là mối quan ngại then chốt. Dù các thử nghiệm cấp tính cho thấy phản ứng miễn dịch rất ít, cần tiếp tục theo dõi phản ứng của não với vật thể lạ trong nhiều năm hoặc nhiều thập kỷ. Các nhà nghiên cứu cũng phải giải quyết thách thức nâng cấp thiết bị. Khác với thiết bị điện tử bên ngoài, hệ thống cấy ghép không thể dễ dàng thay thế nếu không phẫu thuật thêm.
Tiến bộ kỹ thuật kéo theo các vấn đề đạo đức và an ninh. Giao diện não-máy xâm lấn tạo ra những đường dẫn trực tiếp vào não, làm dấy lên lo ngại về quyền riêng tư của dữ liệu thần kinh và việc bảo vệ dữ liệu khỏi truy cập trái phép. Các chuyên gia đạo đức y khoa nhấn mạnh sự cần thiết của những tiêu chuẩn nghiêm ngặt về xác thực danh tính, mã hóa thông tin và bảo vệ dữ liệu não khỏi bị sử dụng sai mục đích. Công nghệ này cũng đòi hỏi sàng lọc tâm lý cẩn trọng, vì bệnh nhân phải thích nghi với máy móc có khả năng diễn giải ý nghĩ của họ.
Tóm tắt
- Các nhà nghiên cứu Trung Quốc công bố thiết kế điện cực co giãn trên Nature Electronics, giải quyết vấn đề điện cực bị kéo khỏi vị trí, nguyên nhân khiến 85% điện cực trong thử nghiệm đầu tiên trên người của Neuralink gặp sự cố
- Điện cực hình xoắn ốc cần lực kéo giãn chỉ bằng một phần trăm thiết kế thông thường, giúp giảm tổn thương mô và phản ứng miễn dịch
- Trung Quốc khởi động thử nghiệm lâm sàng giao diện não-máy xâm lấn đầu tiên vào tháng 3 năm 2025, trở thành quốc gia thứ hai sau Mỹ đạt cột mốc này
- Bệnh nhân đã điều khiển máy tính, xe lăn và chó robot bằng ý nghĩ; một người tham gia đã trở lại làm công việc từ xa có trả lương
- Nhiều công ty Trung Quốc, trong đó có Zhiran Medical và StairMed, đang thúc đẩy phát triển sản phẩm thương mại, hướng tới được cấp phép vào năm 2028
- Công nghệ này được đưa vào Kế hoạch 5 năm lần thứ 15 sắp tới của Trung Quốc, và các mã thanh toán y tế cụ thể cho thủ thuật giao diện não-máy đã được thiết lập
