Sản xuất bởi: Science Popularization China
Sản xuất bởi: Zhang Shuyu
Nhà sản xuất: Trung tâm thông tin mạng máy tính, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc
Bạn vẫn có thể nhìn thấy sau khi mắt bị tổn thương không thể phục hồi?
Khoa học thần kinh đã phát hiện ra rằng não có một khả năng đặc biệt cho phép những người bị mù bẩm sinh học cách "nhìn mọi thứ" mà không cần dựa vào mắt.
Nguồn hình ảnh: veer gallery
Nằm trên "ghế mát-xa", người mù bẩm sinh cũng có thể "nhìn thấy" quả bóng bay
Năm 1969, tạp chí Nature đã xuất bản một bài báo khoa học viễn tưởng mô tả chi tiết về một thiết bị rất kỳ lạ có thể giúp người mù "nhìn" bằng cách "xoa bóp" lưng của họ.
Chúng ta hãy khôi phục lại kịch bản thử nghiệm:
Một người đàn ông bị mù bẩm sinh và không có bất kỳ khả năng thị giác nào đang nằm trên ghế nha khoa. Bên cạnh anh ta là một chiếc máy quay phim kiểu cũ có ống kính zoom.
Nhà trị liệu sử dụng tay quay để di chuyển máy ảnh nhằm quét quang cảnh trước mặt người khiếm thị. Hình ảnh được tạo ra sẽ được truyền đến thiết bị phía sau bệnh nhân, thiết bị này sẽ truyền tín hiệu hình ảnh đã xử lý đến ma trận điểm kích thích ở mặt sau của ghế điều trị.
Cụ thể, các điểm kích thích ma trận tương ứng với các phần của cảnh có ánh sáng yếu sẽ rung, trong khi các phần có ánh sáng mạnh sẽ không rung. Những điểm tiếp xúc này sẽ kích thích trực tiếp vào da lưng của người khiếm thị, giống như một chiếc ghế mát-xa.
"Công cụ ma thuật hỗ trợ thị giác" được Bach-Rita phát minh. Vị trí của thấu kính trong hình ảnh mô phỏng góc nhìn của mắt người, giúp người mù có thể nhận biết được các vật thể ở trước mặt họ (Nguồn ảnh: Tài liệu tham khảo 2)
Sau 20-40 giờ đào tạo chuyên sâu, một điều kỳ diệu đã xảy ra - người khiếm thị không chỉ có thể phân biệt các đường thẳng khác nhau như đường thẳng đứng, đường xiên và đường cong mà còn nhận ra các hình dạng hình học thông thường như hình tròn, hình chữ nhật và hình tam giác.
Sau khi học cách sử dụng máy ảnh, người mù có thể ngắm vào các vị trí khác nhau trong phòng thông qua ống kính zoom để xác định nhiều đồ vật khác nhau như điện thoại, ghế, cốc, v.v. (ngay cả khi chúng bị che khuất một phần) và mô tả mối quan hệ vị trí của chúng.
Dần dần, họ bắt đầu nhận thức được không gian ba chiều trước mặt:
Khoảng cách của vật thể có thể khiến kích thước của hình ảnh thay đổi;
Khi bạn nhìn một vật thể từ nhiều góc độ khác nhau, hình dạng của nó sẽ bị biến dạng;
Mặt được chiếu sáng từ phía sau của vật thể sẽ tạo ra bóng, v.v. Nếu ai đó ném bóng về phía máy ảnh, người mù sẽ tự nhiên né tránh.
Với sự trợ giúp của thiết bị "thị giác xúc giác" này, người mù thậm chí còn có thể học cách nhận diện khuôn mặt (chẳng hạn như khuôn mặt của siêu mẫu).
Điều đáng kinh ngạc hơn nữa là họ còn có thể "quan sát" được những thay đổi về ngoại hình và hành vi của các nhân vật.
Ví dụ, họ mô tả một người phụ nữ: "Hôm nay cô ấy để tóc dài xõa và không đeo kính. Cô ấy đang đưa tay phải ra sau đầu."
Mẫu rung động của ma trận điểm kích thích chiếu hình ảnh hai chiều lên máy hiện sóng giám sát.
Hình ảnh cho thấy khuôn mặt con người. Sau quá trình đào tạo dài hạn, người mù có thể học cách nhận biết các mẫu xúc giác có độ phức tạp tương tự (Nguồn ảnh: Tài liệu tham khảo 2)
Tại sao não có thể "nhìn" bằng cách kích thích lưng?
Paul Bach-y-Rita, người phụ trách chính của nghiên cứu này, đã tiến hành quan sát và nghiên cứu chi tiết về những người mù sử dụng gậy. Khi một người mù đi bộ, họ sẽ quét cây gậy của mình qua lại. Đầu gậy sẽ cho người khiếm thị biết tình trạng đường sá thông qua các thụ thể xúc giác trên da.
Bach-Rita đã lấy cảm hứng sâu sắc: cây gậy có thể được coi là "giao diện" giữa người khiếm thị và đồ vật. Áp lực và lực chạm của cây gậy vào tay có thể hình thành nên thông tin không gian như cách bố trí căn phòng.
Do đó, da trên bàn tay và các thụ thể xúc giác hoạt động như một trạm thu thập thông tin. Chúng có thể thay thế võng mạc, cho phép hình ảnh được hình thành trong não.
"Ghế massage" cho phép người mù "nhìn" theo cách tương tự. Nói một cách đơn giản, não chứ không phải mắt là thứ nhìn thấy.
Nguồn hình ảnh: Pixabay
Bộ não thích nghi
Kết quả thí nghiệm triển vọng của Bach-Rita đã xác nhận lý thuyết "thay thế cảm giác".
Cụ thể, điều này đề cập đến các đường dẫn thần kinh quan trọng chịu trách nhiệm cho chức năng thị giác. Một khi chúng bị hỏng hoặc bị chặn, não sẽ đi chệch hướng.
Các đường dẫn thần kinh kiểm soát cảm giác xúc giác hiếm khi được sử dụng trong nhận thức thị giác, nhưng giờ đây chúng có thể thay thế và đóng vai trò trong việc "nhìn thấy mọi thứ". Có vẻ như bộ não cũng hiểu rằng "mọi con đường đều dẫn tới Rome".
Trên thực tế, bộ não giống như một bộ giải mã trong hộp sọ đen. Khi các thông tin cảm giác khác nhau từ thế giới bên ngoài được truyền vào, cho dù đó là photon, sóng nén khí, nồng độ phân tử, áp suất, kết cấu hay nhiệt độ, chúng sẽ được chuyển đổi đồng đều thành một ngôn ngữ chung trong não: tín hiệu điện hóa.
Chính những phản ứng sinh hóa trong rạp chiếu phim đen tối này hình thành nên mọi nhận thức của chúng ta về thực tế.
Nguồn hình ảnh: Pixabay
Ngay cả khi các tín hiệu nhận thức đến từ các đường dẫn thần kinh cảm giác bất thường, não sẽ vượt qua thử thách và tổ chức lại nhận thức cảm giác bằng cách liên tục học hỏi và hiểu các tín hiệu mới.
Điều này là nhờ hàng triệu năm tiến hóa sinh học đã biến não bộ thành "bậc thầy" về khả năng thích nghi. Khả năng học tập siêu việt có thể biến sự suy tàn thành phép thuật đến từ tính dẻo dai linh hoạt của các dây thần kinh não bộ con người.
Bach-Rita là người tiên phong trong việc ứng dụng tính dẻo của tế bào thần kinh não vào y học phục hồi chức năng.
Sau "ghế massage", một số thiết kế hiện đại hơn đã xuất hiện trên thế giới. Ví dụ, thông tin hình ảnh có thể được truyền đến não bằng cách truyền âm thanh đến tai hoặc sử dụng các rung động nhỏ để kích thích trán hoặc lưỡi. Bạn có thể "nhìn" mà không cần dùng mắt. Thoạt nhìn, điều này nghe có vẻ giống như một khả năng đặc biệt. Nhưng nếu bạn nghĩ về điều này, đây cũng là kết quả của hoạt động bình thường của não.
Thật trùng hợp là thính giác không nhất thiết phải phụ thuộc vào tai.
Những cách thay thế để "lắng nghe" thế giới
Nhà khoa học thần kinh David Eagleman và nhóm của ông đã cẩn thận thiết kế một thiết bị trợ thính dành cho người khiếm thính - Bộ chuyển đổi ngoại cảm biến đổi (VEST, thường được gọi là "áo vest").
"Áo vest" có micrô riêng, có thể thực hiện mã hóa nhận thức âm thanh bên ngoài theo thời gian thực.
Thông tin được mã hóa sau đó được ánh xạ tới một số động cơ rung nhỏ trên "áo vest". Động cơ kích hoạt mô hình rung động dựa trên tần số âm thanh và truyền đến toàn bộ thân mình.
Cách thức hoạt động của áo vest (Nguồn ảnh: eagleman.com)
Công nghệ đeo được này cũng có thể chạy trên các thiết bị di động như điện thoại và máy tính bảng. Sau khi thiết bị thu được âm thanh trong môi trường, nó sẽ ánh xạ tín hiệu đến động cơ qua Bluetooth.
Nguyên lý hoạt động của “áo vest” trong điều kiện thiết bị di động (phía trên); mặt trước và mặt sau của “áo vest” (ở giữa); Eagleman cho thấy hiệu ứng mặc của “áo vest” (phía dưới) (Nguồn ảnh: Tài liệu tham khảo 3)
Việc thích nghi với các tín hiệu rung động phát ra từ "áo vest" cũng giống như học một ngôn ngữ mới. Lúc đầu, những tín hiệu nước ngoài này rất khó nắm bắt. Nhưng sau khi được rèn luyện đủ nhiều, não sẽ so sánh chéo những lần chạm khác nhau vào lưng và dần dần học cách trích xuất các mẫu hình từ chúng, chuyển đổi ngôn ngữ của "chiếc áo vest" thành thông tin dễ hiểu. Ví dụ, não có thể ghép một từ với một kiểu rung động cụ thể.
Các thí nghiệm cho thấy rằng bằng cách mặc "áo vest" trong hai giờ mỗi ngày, những người khiếm thính có thể đánh vần chính xác các từ mà người khác nói trong vòng chưa đầy một tuần.
Eagleman cho biết công nghệ được cấp bằng sáng chế này không chỉ giúp bệnh nhân tránh khỏi sự xâm lấn của phẫu thuật cấy ghép ốc tai điện tử mà còn mang lại cho họ khả năng nghe trực tiếp. Điều này tương tự như cách người mù hiểu được ý nghĩa của chữ nổi Braille bằng cách chạm vào nó.
Câu chuyện vẫn chưa kết thúc, các kỹ sư tiếp theo đã nghĩ ra một ý tưởng tuyệt vời khác! Họ đã cô đọng công nghệ cốt lõi của "áo vest" vào một chiếc vòng tay nhỏ và đặt cho nó một cái tên thật sinh động - "Buzz", có nghĩa là "tạo ra âm thanh vo ve".
Giao diện của vòng đeo tay được trang bị công tắc nguồn, nút cài đặt người dùng, micrô và bộ vi điều khiển. (Nguồn hình ảnh: Neosensory.com)
Chiếc vòng tay này tuy nhỏ nhưng có đầy đủ chức năng. Thiết bị này được trang bị micro để thu âm thanh xung quanh, 4 động cơ rung và hệ thống xử lý tín hiệu tinh vi. Giống như áo vest, hệ thống có thể mã hóa các tín hiệu bên ngoài thông qua thuật toán âm thanh-cảm ứng và chuyển đổi chúng thành các mẫu rung động động do động cơ tạo ra.
Các tín hiệu âm thanh được thu bởi micrô sẽ được xử lý bởi bộ vi điều khiển và chuyển đổi thành các kiểu rung khác nhau do bốn động cơ phát ra. Mỗi điểm rung là một vùng hình chữ nhật có kích thước 8.2mmX8.5mm (Nguồn ảnh: Tham khảo 1)
Một chiếc vòng tay chỉ có bốn điểm kích thích rung có thể truyền đủ tín hiệu xúc giác không?
Nhóm nghiên cứu đã theo dõi 18 bệnh nhân bị điếc và mất thính lực nghiêm trọng trong một tháng. Trong cuộc sống hàng ngày trong giai đoạn này, bệnh nhân đeo vòng tay ít nhất 4 giờ mỗi ngày. Bắt đầu từ ngày đầu tiên đeo vòng tay, bệnh nhân sẽ trải qua một đợt kiểm tra hai tuần một lần.
Dữ liệu cho thấy bệnh nhân có thể học cách phân biệt các kiểu rung động khác nhau do âm thanh của các từ tạo ra. Họ cũng có thể nhận ra các mẫu rung động từ những từ tương tự nhưng khác nhau.
Các nghiên cứu sâu hơn phát hiện ra rằng bệnh nhân cũng có thể học cách nhận biết âm thanh trong cuộc sống hàng ngày. Tài liệu học tập của họ bao gồm 14 danh mục, trong đó có tiếng em bé khóc, tiếng còi xe, tiếng đồng hồ báo thức và tiếng vỗ tay.
Thật đáng mừng khi khả năng nhận dạng của trẻ được cải thiện theo số ngày đeo.
Nguồn hình ảnh: Pixabay
Hóa ra, khi người đeo quen với chức năng của chiếc vòng tay, họ dần có khả năng cảm nhận thế giới âm thanh xung quanh tốt hơn.
Câu chuyện đẹp đẽ vẫn còn tiếp tục. Tôi tin rằng chiếc vòng tay này có thể mang lại hy vọng cho nhiều người khiếm thính hơn.
Khả năng học tập độc đáo này của não người, có thể biến sự suy tàn thành phép thuật, mang đến những khả năng hoàn toàn mới cho nhận thức giác quan hạn chế.
Tài liệu tham khảo:
1. Perrotta, MV, Asgeirsdottir, T., & Eagleman, DM. (2021). Giải mã âm thanh thông qua các mô hình rung động trên da. Khoa học thần kinh (4).
2. Bach-Y-Rita, P., Collins, CC, Saunders, FA, White, B., & Scadden, L. (1969). Thay thế thị giác bằng hình ảnh chiếu bằng xúc giác. Thiên nhiên, 221, 963–964.
3. Novich, SD, & Eagleman, DM. (2014). Thiết bị thay thế cảm giác rung động dành cho người khiếm thính và khiếm thính nặng. Hội nghị chuyên đề Haptics IEEE 2014 (HAPTICS). Viện IEEE
4. Norman Deutsch, Định hình lại bộ não, định hình lại cuộc sống (2015), China Machine Press
5. Câu chuyện về bộ não của David Eagleman (2019) Nhà xuất bản Giáo dục Chiết Giang
6. Chúng ta có thể tạo ra các giác quan mới cho con người không? | Diễn đàn TED
7. https://www.ted.com/talks/david_eagleman_can_we_create_new_senses_for_humans/transcript?lingu=zh-cn
