Sheila Nirenberg: A prosthetic eye to treat blindness

Sheila Nirenbery: Con mắt giả để chữa khiếm thị

Translator: Lien Hoang Reviewer: Le Quyen Pham

I study how the brain processes

Tôi nghiên cứu cách não bộ xử lí

information. That is, how it takes

thông tin. Nghĩa là, cách não bộ thu lượm

information in from the outside world, and

thông tin từ thế giới bên ngoài, và

converts it into patterns of electrical activity,

chuyển nó thành các kiểu hình xung điện,

and then how it uses those patterns

và rồi cách não dùng các kiểu hình ấy

to allow you to do things --

để cho ta làm được mọi thứ --

to see, hear, to reach for an object.

để nhìn, nghe, để với lấy đồ vật.

So I'm really a basic scientist, not

Thế, tôi thật sự là một nhà khoa học cơ bản,

a clinician, but in the last year and a half

không phải là y sĩ, nhưng trong một năm rưỡi gần đây

I've started to switch over, to use what

tôi đã bắt đầu chuyển qua lĩnh vực đó, để dùng cái

we've been learning about these patterns

mà chúng tôi đã tìm hiểu được về những kiểu hình

of activity to develop prosthetic devices,

hoạt động xung điện này để phát triển các thiết bị giả,

and what I wanted to do today is show you

và điều tôi muốn làm hôm nay là cho các bạn thấy

an example of this.

một ví dụ.

It's really our first foray into this.

Đây thật sự là bước đi tiên phong của chúng tôi vào lĩnh vực này.

It's the development of a prosthetic device

Đó là sự phát triển của một thiết bị nhân tạo

for treating blindness.

để chữa bệnh khiếm thị.

So let me start in on that problem.

Tôi sẽ mở đầu bằng vấn đề này nhé.

There are 10 million people in the U.S.

Có 10 triệu người chỉ riêng ở nước Mỹ

and many more worldwide who are blind

và rất nhiều người khác trên toàn thế giới bị khiếm thị

or are facing blindness due to diseases

hay là cận kề tình trạng khiếm thị do các bệnh

of the retina, diseases like

về võng mạc, bệnh như là

macular degeneration, and there's little

thoái hóa điểm vàng, và gần như là

that can be done for them.

chẳng có biện pháp nào cứu chữa được cho họ cả.

There are some drug treatments, but

Có vài phương án chữa bệnh bằng thuốc, nhưng

they're only effective on a small fraction

chúng chỉ hiệu quả trên một phần nhỏ

of the population. And so, for the vast

trong tổng số người bệnh. Và thế là,

majority of patients, their best hope for

với phần lớn người bệnh, hi vọng lớn lao nhất

regaining sight is through prosthetic devices.

cho việc khôi phục thị lực được gửi gắm vào các thiết bị nhân tạo.

The problem is that current prosthetics

Vấn đề là thiết bị nhân tạo hiện nay

don't work very well. They're still very

làm việc chưa tốt lắm.

limited in the vision that they can provide.

Thị lực mà chúng tạo ra vẫn vô cùng hạn chế.

And so, you know, for example, with these

Và thế là, bạn biết đấy, ví dụ như,

devices, patients can see simple things

với những thiết bị này, bệnh nhân có thể thấy những vật thể đơn giản

like bright lights and high contrast edges,

như là ánh sáng mạnh và các đường nét tương phản rõ ràng,

not very much more, so nothing close

ngoài ra không còn mấy nữa, tức là

to normal vision has been possible.

chưa thể đạt được gần mức thị lực bình thường.

So what I'm going to tell you about today

Điều tôi sẽ trình bày với các bạn hôm nay

is a device that we've been working on

là một thiết bị chúng tôi đang phát triển

that I think has the potential to make

mà tôi nghĩ có tiềm năng tạo ra

a difference, to be much more effective,

sự khác biệt - có thể hiệu quả hơn nhiều -

and what I wanted to do is show you

và điều tôi muốn làm là cho các bạn thấy

how it works. Okay, so let me back up a

nó hoạt động như thế nào. Vâng, giờ tôi sẽ quay lại một chút

little bit and show you how a normal retina

và trình bày cho các bạn màng lưới mắt bình thường

works first so you can see the problem

hoạt động như thế nào, để bạn thấy được vấn đề

that we were trying to solve.

ta cần giải quyết ở đây.

Here you have a retina.

Ở đây, bạn có một võng mạc.

So you have an image, a retina, and a brain.

Bạn có hình ảnh, võng mạc, và não bộ.

So when you look at something, like this image

Khi bạn nhìn vào cái gì đó, như hình ảnh

of this baby's face, it goes into your eye

gương mặt em bé này, nó đi vào trong mắt bạn

and it lands on your retina, on the front-end

và tới võng mạc, vào các tế bào ở phần phía trước,

cells here, the photoreceptors.

tế bào cảm thụ ánh sáng.

Then what happens is the retinal circuitry,

Và rồi điều sẽ xảy ra là mạng mạch trong võng mạc,

the middle part, goes to work on it,

phần giữa, xử lí thông tin,

and what it does is it performs operations

nhiệm vụ của nó là thực hiện các thao tác,

on it, it extracts information from it, and it

thu thập thông tin từ hình ảnh,

converts that information into a code.

và chuyển thông tin đó thành một mật mã.

And the code is in the form of these patterns

Mật mã này ở dạng các kiểu hình

of electrical pulses that get sent

xung điện, sẽ được gửi

up to the brain, and so the key thing is

lên não, và thế là vấn đề chính là

that the image ultimately gets converted

hình ảnh cuối cùng sẽ được chuyển hóa

into a code. And when I say code,

thành một mật mã. Và khi tôi dùng từ mật mã,

I do literally mean code.

ý tôi đúng là mật mã nghĩa đen.

Like this pattern of pulses here actually means "baby's face,"

Như là kiểu hình các xung điện này thật sự nghĩa là "mặt em bé"

and so when the brain gets this pattern

và thế là khi não bộ nhận được kiểu hình xung điện này,

of pulses, it knows that what was out there

nó biết cái ngoài kia

was a baby's face, and if it

là gương mặt một em bé, và nếu nó

got a different pattern it would know

nhận được một kiểu hình khác, nó sẽ biết

that what was out there was, say, a dog,

là cái ngoài kia, ví dụ nhé, là một chú chó,

or another pattern would be a house.

hoặc một kiểu hình khác sẽ có nghĩa là cái nhà.

Anyway, you get the idea.

Đại khái bạn có thể hình dung đuợc rồi đấy.

And, of course, in real life, it's all dynamic,

Và tất nhiên, trong đời thực, tất cả luôn biến chuyển,

meaning that it's changing all the time,

nghĩa là nó luôn luôn thay đổi,

so the patterns of pulses are changing

tức là các kiểu hình xung điện đang thay đổi

all the time because the world you're

liên tục bởi vì thế giới ta đang chiêm ngưỡng

looking at is changing all the time too.

cũng đang liên tục thay đổi.

So, you know, it's sort of a complicated

Thế nên, bạn biết đấy, cái này khá phức tạp.

thing. You have these patterns of pulses

Bạn có những kiểu hình xung điện này

coming out of your eye every millisecond

phát ra từ mắt mỗi phần nghìn của giây

telling your brain what it is that you're seeing.

báo cáo cho não bộ bạn đang nhìn thấy cái gì.

So what happens when a person

Thế nên, điều gì xảy ra khi một người

gets a retinal degenerative disease like

mắc một chứng bệnh thoái hóa võng mạc như là

macular degeneration? What happens is

thoái hóa điểm vàng?

is that, the front-end cells die,

Điều xảy ra là, các tế bào phía trước chết đi,

the photoreceptors die, and over time,

tế bào cảm thụ ánh sáng chết đi, và, qua thời gian,

all the cells and the circuits that are

tất cả các tế bào và mạng mạch

connected to them, they die too.

được nối với chúng cũng chết.

Until the only things that you have left

Cho tới khi cái duy nhất anh còn lại

are these cells here, the output cells,

là những tế bào này, tế bào đầu ra,

the ones that send the signals to the brain,

các tế bào gửi tín hiệu lên não,

but because of all that degeneration

nhưng bởi vì những sự thoái hóa nói trên,

they aren't sending any signals anymore.

chúng không gửi tín hiệu nào nữa.

They aren't getting any input, so

Chúng không được cung cấp chút dữ liệu nào,

the person's brain no longer gets

nên não người bệnh không còn nhận được

any visual information --

bất kì thông tin hình ảnh nào --

that is, he or she is blind.

tức là, anh hoặc chị ấy đã bị khiếm thị.

So, a solution to the problem, then,

Thế, một giải pháp cho vấn đề này là

would be to build a device that could mimic

xây dựng một thiết bị có thể mô phỏng

the actions of that front-end circuitry

các hoạt động của mạng lưới phía trước ấy

and send signals to the retina's output cells,

và gửi tín hiệu cho các tế bào đầu ra của võng mạc,

and they can go back to doing their

và các tế bào này có thể quay lại

normal job of sending signals to the brain.

làm nhiệm vụ bình thường là gửi tín hiệu lên não.

So this is what we've been working on,

Thế, đây là vấn đề chúng tôi đang nghiên cứu,

and this is what our prosthetic does.

và đó chình là cái mà thiết bị nhân tạo của chúng tôi làm.

So it consists of two parts, what we call

Nó có hai phần mà chúng tôi gọi là

an encoder and a transducer.

bộ phận mã hóa và bộ phận dẫn truyền.

And so the encoder does just

Và bộ phận mã hóa làm

what I was saying: it mimics the actions

chính cái việc tôi đang nói: nó mô phỏng các hoạt động

of the front-end circuitry -- so it takes images

của mạng lưới phía trước -- thế là nó trữ lại hình ảnh

in and converts them into the retina's code.

và chuyển hóa hình ảnh thành mật mã của võng mạc.

And then the transducer then makes the

Và rồi bộ phận dẫn truyền khiến

output cells send the code on up

các tế bào đầu ra gửi mật mã lên não,

to the brain, and the result is

và kết quả là

a retinal prosthetic that can produce

một võng mạc nhân tạo có thể tạo ra

normal retinal output.

thành phẩm như võng mạc bình thường.

So a completely blind retina,

Thế là, một võng mạc hoàn toàn không hoạt động,

even one with no front-end circuitry at all,

ngay cả một cái hoàn toàn không có mạng mạch phía trước,

no photoreceptors,

không có tế bào cảm thụ ánh sáng,

can now send out normal signals,

giờ có thể gửi tín hiệu bình thường,

signals that the brain can understand.

tín hiệu mà não bộ có thể hiểu được.

So no other device has been able

Không thiết bị nào khác cho tới nay

to do this.

có thể làm được điều này.

Okay, so I just want to take

Được rồi, thế tôi chỉ muốn

a sentence or two to say something about

dành một hoặc hai câu trình bày một chút

the encoder and what it's doing, because

về bộ phận mã hóa và hoạt động của nó, bởi vì

it's really the key part and it's

nó thật sự là phần chủ chốt

sort of interesting and kind of cool.

và nó khá là thú vị và "ngầu."

I'm not sure "cool" is really the right word, but

Tôi không chắc "ngầu" có phải là từ đúng không,

you know what I mean.

nhưng các bạn biết ý tôi rồi đấy.

So what it's doing is, it's replacing

Và việc nó làm là, nó thay thế cho

the retinal circuitry, really the guts of

mạng mạch võng mạch, thực tế là phần chính của

the retinal circuitry, with a set of equations,

mạng mạch võng mạc, bằng một tập hợp các phương trình,

a set of equations that we can implement

một tập hợp các phương trình ta có thể cài

on a chip. So it's just math.

trên một con chíp. Thế nên chỉ là toán học thôi.

In other words, we're not literally replacing

Nói cách khác, không phải ta đang thay thế

the components of the retina.

các phần của võng mạc theo đúng nghĩa đen.

It's not like we're making a little mini-device

Không phải như là chúng ta làm một thiết bị xinh xinh thu nhỏ

for each of the different cell types.

cho mỗi loại tế bào khác nhau.

We've just abstracted what the

Vừa đây chúng ta đã nói sơ lược

retina's doing with a set of equations.

về việc võng mạc làm gì với một tập hợp các phương trình rồi.

And so, in a way, the equations are serving

Và thế là, theo một cách nào đó, các phương trình có vai trò như là

as sort of a codebook. An image comes in,

cuốn sách giải mã. Một hình ảnh tới,

goes through the set of equations,

được xử lí qua tập hợp các phương trình,

and out comes streams of electrical pulses,

và một chuỗi các xung điện được phát ra ngoài,

just like a normal retina would produce.

cứ như một võng mạc bình thường tạo ra vậy.

Now let me put my money

Nào, nói có chứng,

where my mouth is and show you that

hãy để tôi cho các bạn thấy rằng

we can actually produce normal output,

ta thật sự có thể tạo đầu ra bình thường,

and what the implications of this are.

và ý nghĩa của việc này là như thế nào.

Here are three sets of

Đây là ba tập hợp

firing patterns. The top one is from

các kiểu hình được phát ra. Cái trên cùng

a normal animal, the middle one is from

là từ một động vật bình thường, cái ở giữa là từ

a blind animal that's been treated with

một động vật mù đã được chữa bằng

this encoder-transducer device, and the

thiết bị mã hóa-dẫn truyền này, và

bottom one is from a blind animal treated

cái dưới cùng là từ một động vật mù

with a standard prosthetic.

điều trị bằng thiết bị nhân tạo thông thường hiện nay.

So the bottom one is the state-of-the-art

Thế, cái dưới cùng là thiết bị tối tân nhất

device that's out there right now, which is

có mặt trên thị trường hiện nay,

basically made up of light detectors,

làm từ các bộ phận cảm quan ánh sáng,

but no encoder. So what we did was we

nhưng không có bộ phận mã hóa. Thế, điều chúng tôi làm là

presented movies of everyday things --

chiếu phim của những vật thể hàng ngày --

people, babies, park benches,

con người, trẻ em, ghế đá công viên,

you know, regular things happening -- and

bạn biết đến, những thứ vẫn xảy ra bình thường -- và

we recorded the responses from the retinas

chúng tôi ghi lại phản hồi từ võng mạc

of these three groups of animals.

của ba nhóm động vật này.

Now just to orient you, each box is showing

Nào, để định hướng cho các bạn nhé, mỗi ô cho thấy

the firing patterns of several cells,

kiểu phát xung điện của vài tế bào,

and just as in the previous slides,

và cũng như trong các slide trước vậy,

each row is a different cell,

mỗi hàng là một tế bào khác nhau,

and I just made the pulses a little bit smaller

và tôi chỉ làm các xung điện nhỏ hơn

and thinner so I could show you

và hẹp hơn một chút, để tôi có thể cho các bạn thấy

a long stretch of data.

chuỗi dữ liệu dài hơn.

So as you can see, the firing patterns

Thế, như bạn thấy đấy, các kiểu hình phát xung điện

from the blind animal treated with

từ động vật mù điều trị bằng

the encoder-transducer really do very

thiết bị mã hóa-dẫn truyền thật sự là

closely match the normal firing patterns --

rất giống với kiểu hình bình thường --

and it's not perfect, but it's pretty good --

và nó không hoàn hảo, nhưng nó khá là tốt --

and the blind animal treated with

và động vật mù điều trị bằng

the standard prosthetic,

thiết bị nhân tạo thông thường,

the responses really don't.

phản hồi thật sự không giống.

And so with the standard method,

Và thế là với phương pháp thông thường,

the cells do fire, they just don't fire

các tế bào cũng phát tín hiệu, chỉ là chúng

in the normal firing patterns because

không phát ra các kiểu hình bình thường

they don't have the right code.

vì chúng không có mật mã đúng.

How important is this?

Điều này quan trọng tới đâu?

What's the potential impact

Đâu là tiềm năng ảnh hưởng

on a patient's ability to see?

lên khả năng nhìn của bệnh nhân?

So I'm just going to show you one

Thế, đơn giản tôi sẽ cho các bạn xem

bottom-line experiment that answers this,

một thí nghiệm mấu chốt trả lời cho câu hỏi này,

and of course I've got a lot of other data,

và dĩ nhiên tôi còn rất nhiều dữ liệu nữa,

so if you're interested I'm happy

nên nếu các bạn có quan tâm,

to show more. So the experiment

tôi rất hân hạnh được trình bày thêm. Thí nghiệm này

is called a reconstruction experiment.

được gọi là thí nghiệm tái tạo lại.

So what we did is we took a moment

Điều chúng tôi làm là chọn một thời điểm nhất định

in time from these recordings and asked,

từ các bản lưu này và hỏi:

what was the retina seeing at that moment?

Thời điểm đó võng mạc nhìn thấy cái gì?

Can we reconstruct what the retina

Liệu ta có thể tái tạo cái mà võng mạc đang nhìn thấy

was seeing from the responses

từ những phản hồi

from the firing patterns?

từ các kiểu hình phát xung điện không?

So, when we did this for responses

Thế là, khi chúng tôi làm điều này với các phản hồi,

from the standard method and from

từ phương pháp thông dụng

our encoder and transducer.

và từ thiết bị mã hóa-dẫn truyền của chúng tôi.

So let me show you, and I'm going to

Để tôi cho các bạn thấy nhé, và tôi sẽ

start with the standard method first.

bắt đầu bằng phương pháp thông dụng trước.

So you can see that it's pretty limited,

Các bạn có thể thấy rằng còn khá nhiều hạn chế,

and because the firing patterns aren't

và bởi vì các kiểu hình phát điện

in the right code, they're very limited in

không được mã hóa đúng, chúng rất hạn chế

what they can tell you about

trong việc báo cho ta biết rằng

what's out there. So you can see that

có cái gì ngoài kia. Thế là, bạn có thể nhìn thấy

there's something there, but it's not so clear

ngoài kia có cái gì đấy, nhưng không rõ là

what that something is, and this just sort of

"cái gì đấy" cụ thể là cái gì, và điều này đưa ta quay lại

circles back to what I was saying in the

điểm mà tôi trình bày từ đầu,

beginning, that with the standard method,

rằng với phương pháp thông dụng,

patients can see high-contrast edges, they

bệnh nhân có thể thấy các đường nét tương phản sắc nét,

can see light, but it doesn't easily go

họ có thể thấy ánh sáng, nhưng không dễ

further than that. So what was

mà nhìn gì rõ hơn. Vậy hình ảnh đó là cái gì vậy?

the image? It was a baby's face.

Đó là gương mặt một em bé.

So what about with our approach,

Thế còn phương pháp tiếp cận của chúng tôi, thêm mật mã vào

adding the code? And you can see

thì sao? Và các bạn có thể thấy

that it's much better. Not only can you

là tốt hơn nhiều. Bạn không chỉ có thể

tell that it's a baby's face, but you can

nói rằng đây là gương mặt một em bé,

tell that it's this baby's face, which is a

mà bạn còn có thể nói cụ thể đây là gương mặt em bé này,

really challenging task.

một nhiệm vụ khó khăn vô cùng.

So on the left is the encoder

Phía bên trái là riêng bộ phận mã hóa thôi,

alone, and on the right is from an actual

và phía bên phải là từ một võng mạc bị mù thật,

blind retina, so the encoder and the transducer.

có cả bộ phận mã hóa và dẫn truyền.

But the key one really is the encoder alone,

Nhưng điểm mấu chốt thật ra là chỉ mình bộ phận mã hóa thôi,

because we can team up the encoder with

vì chúng tôi có thể ghép bộ phận mã hóa này

the different transducer.

với bộ phận dẫn truyền khác.

This is just actually the first one that we tried.

Đây thật ra chỉ là bộ phận dẫn truyền đầu tiên mà chúng tôi thử.

I just wanted to say something about the standard method.

Tôi chỉ muốn nói điều gì đó về phương pháp thông dụng.

When this first came out, it was just a really

Khi mới xuất hiện, nó thật sự là

exciting thing, the idea that you

một thứ vô cùng lý thú, cái ý tưởng rằng ta

even make a blind retina respond at all.

có thể làm cả một võng mạc bị mù phản ứng lại chút ít.

But there was this limiting factor,

Nhưng có tác nhân hạn chế này,

the issue of the code, and how to make

sự phát ra mật mã, và làm sao để cho

the cells respond better,

tế bào phản ứng tốt hơn,

produce normal responses,

tạo ra các phản hồi bình thường,

and so this was our contribution.

và thế là đây là đóng góp của chúng tôi.

Now I just want to wrap up,

Giờ, đã đến lúc tôi kết thúc,

and as I was mentioning earlier

và như tôi đã đề cập trước đây,

of course I have a lot of other data

dĩ nhiên tôi có rất nhiều dữ liệu khác

if you're interested, but I just wanted to give

nếu các bạn quan tâm, nhưng tôi chỉ muốn đưa ra

this sort of basic idea

ý tưởng cơ bản này

of being able to communicate

về khả năng giao tiếp

with the brain in its language, and

với não bộ bằng ngôn ngữ của nó,

the potential power of being able to do that.

và sức mạnh tiềm tàng của khả năng đó.

So it's different from the motor prosthetics

Điều này rất khác với thiết bị nhân tạo cơ học

where you're communicating from the brain

với đó bạn phải bắc cầu giao tiếp từ não bộ

to a device. Here we have to communicate

đến một thiết bị. Ở đây ta phải bắc cầu giao tiếp

from the outside world

từ thế giới bên ngoài

into the brain and be understood,

vào trong não, và được hiểu,

and be understood by the brain.

được não hiểu.

And then the last thing I wanted

Và rồi, điều cuối cùng tôi muốn nói,

to say, really, is to emphasize

thật sự thì, tôi muốn nhấn mạnh rằng

that the idea generalizes.

ý tưởng này có thể tổng quát hóa lên được.

So the same strategy that we used

Chính chiến lược mà chúng tôi sử dụng

to find the code for the retina we can also

để tìm mật mã cho võng mạc,

use to find the code for other areas,

chúng tôi cũng có thể dùng để tìm mật mã cho các khu vực khác,

for example, the auditory system and

ví dụ như hệ thính giác

the motor system, so for treating deafness

và hệ cơ xương, để điều trị khiếm thính

and for motor disorders.

và rối loạn chuyển động.

So just the same way that we were able to

Chính bằng cách chúng tôi

jump over the damaged

bỏ qua mạng mạch bị hỏng hóc trong võng mạc

circuitry in the retina to get to the retina's

để tới các tế bào đầu ra của võng mạc,

output cells, we can jump over the

ta cũng có thể bỏ qua

damaged circuitry in the cochlea

mạng mạch bị hỏng hóc trong ốc tai

to get the auditory nerve,

để tới dây thần kinh thính giác,

or jump over damaged areas in the cortex,

hay là bỏ qua các khu vực hư hỏng trong vỏ não,

in the motor cortex, to bridge the gap

trong vùng vỏ não vận động, để trám vào khe hở

produced by a stroke.

mà đột quỵ tạo ra.

I just want to end with a simple

Tôi chỉ muốn kết thúc bằng một thông điệp đơn giản

message that understanding the code

rằng hiểu được mật mã

is really, really important, and if we

thật sự, thật sự vô cùng quan trọng,

can understand the code,

và nếu ta có thể hiểu được mật mã,

the language of the brain, things become

ngôn ngữ của não bộ,

possible that didn't seem obviously

điều mà trước đây có vẻ không tưởng

possible before. Thank you.

sẽ trở thành có thể. Xin cám ơn.

(Applause)

(Vỗ tay)