Bên trong cửa trước của Science Corp. ở Alameda, California, là một căn phòng tràn ngập ánh sáng với những cửa sổ lớn trong suốt. Vào một buổi chiều cuối tháng 11, ba bác sĩ phẫu thuật mặc áo choàng cẩn thận khoanh tròn một chú thỏ trắng New Zealand được đặt trên một tấm vải xanh biển. Khoảng một tháng trước, con thỏ — được đặt tên là Leela, theo tên nữ anh hùng một mắt của Futurama — được tiêm một mũi tiêm qua lòng trắng nhãn cầu.
Ngay bên ngoài phòng phẫu thuật, Max Hodak, Giám đốc điều hành của Science Corp., đứng trong chiếc quần jean và áo hoodie đen, tay ôm chiếc máy tính xách tay. Phần trình bày trên màn hình của anh ấy hiển thị một thiết bị nhỏ, có kích thước bằng một đồng xu, được gắn vào một sợi dây mỏng. Đó là một thiết bị mà anh ấy hy vọng có thể khôi phục lại ý thức quan trọng và giúp người mù nhìn thấy lại. Nó trông không giống lắm — một thành phố điện tử thu nhỏ được gắn với một màn hình microLED chỉ 2mm vuông — nhưng không nhất thiết phải như vậy.
Bộ phận giả mà anh ấy đang trưng bày được gọi là Mắt khoa học, và một khi nó được chứng minh là an toàn và hiệu quả, nó sẽ được cấy vào bên trên và bên trong nhãn cầu của những bệnh nhân mắc bệnh mà các tế bào cảm nhận ánh sáng của mắt đã chết. . Ý tưởng là để kích thích các tế bào khác trong mắt nhận và dịch các tín hiệu ánh sáng. Thiết bị đã được tiết lộ khi công nghệ sinh học thoát ratàng hình vào ngày 21 tháng 11 năm ngoái.
Đó là một buổi sáng bận rộn đối với Hodak, nhưng không khí lạc quan thầm lặng tràn ngập cơ sở của Science Corp. trong chuyến thăm của tôi. Trong những tháng kể từ đó,bài báo khoa học đầu tiên của công ty đã được tải lên bioRxiv, một kho lưu trữ các bài báo khoa học in sẵn, mô tả công việc cơ bản mở rộng mà Science Corp. đã thực hiện, bao gồm trình diễn cách thức công nghệ của họ hoạt động ở những con thỏ như Leela và sẵn sàng cho các thử nghiệm trong tương lai để kiểm tra khả năng phục hồi thị lực của nó.
Khi tôi đứng cùng Hodak bên ngoài phòng phẫu thuật, anh ấy lướt qua các hình ảnh trên máy tính xách tay của mình, chỉ ra yếu tố hình thức của Mắt khoa học và số lượng pixel mà nhóm đã có thể đưa vào microLED mỏng như wafer của thiết bị. Con số ấn tượng là 16.000, cho phép độ phân giải mà anh ấy nói là "tốt hơn khoảng tám lần so với iPhone 13". Anh ấy trình bày một bản demo ngắn gọn về loại "tầm nhìn" mà một người có Con mắt Khoa học có thể có. Các điểm ảnh màu đỏ nhảy múa xung quanh màn hình, mô phỏng lại quang cảnh đường phố và một người đang vẫy tay.
Thiết bị microLED, mà Science Corp. gọi là FlexLED, chỉ là một thành phần của Mắt khoa học. Để có thể khôi phục ngay cả dạng thị giác này cho bệnh nhân, nhóm Science Corp. trước tiên cần đưa một gen đến một vùng cụ thể của mắt và chứng minh rằng nó có thể tạo ra tín hiệu điện ở các vùng não chịu trách nhiệm kiểm soát thị lực. Đó là nơi Leela đến.
Trong khi Hodak và người đồng sáng lập Alan Mardinly giải thích quy trình cho tôi, đằng sau họ, nhãn cầu của Leela đang được cẩn thận lấy ra khỏi hốc.
ĐỂ ĐỌC bài viết này, mắt và não của bạn đang tham gia vào một điệu nhảy điên cuồng, được kích thích bởi cơn bão ánh sáng và tín hiệu điện. Điệu nhảy này, được mài dũa qua hàng triệu năm tiến hóa, mang lại cho chúng ta cảm giác về thị giác.
Ánh sáng từ màn hình của bạn được thấu kính của mắt hội tụ vào võng mạc, một lớp mô ở phía sau mắt chứa các tế bào cảm nhận ánh sáng được gọi là tế bào cảm quang. Những tế bào này, có hình dạng que và nón, chứa các phân tử được gọi là opsin, có thể chuyển đổi ánh sáng tới thành tín hiệu điện.
Tín hiệu đó cuối cùng được truyền tới các tế bào thần kinh gọi là tế bào hạch võng mạc, tế bào này luồn từ mắt lên não dưới dạng dây thần kinh thị giác, truyền thông tin tạo ra hình ảnh trực quan về thế giới.
Trong các bệnh di truyền, chẳng hạn như viêm võng mạc sắc tố và thoái hóa điểm vàng liên quan đến tuổi tác, những bất thường trong lớp tế bào cảm quang ở võng mạc cuối cùng dẫn đến cái chết của chúng. Khi các tế bào cảm quang bị mất, tín hiệu ánh sáng không còn có thể được chuyển thành tín hiệu điện, dẫn đến mù lòa. Nó không phải là một phép loại suy hoàn hảo, nhưng hãy nghĩ về con mắt như một ngôi nhà. Vẫn có điện chạy vào dây điện trong nhà, nhưng với những căn bệnh này, tất cả các bóng đèn đều bị tắt.
May mắn thay, có nhiều cách khác để thắp sáng nó. Trong khi các tế bào cảm quang bị mất trong bệnh viêm võng mạc sắc tố, các RGC — và các tế bào khác trong võng mạc — vẫn còn nguyên vẹn. Bộ não vẫn có thể giải mã tín hiệu ánh sáng. Ý tưởng đằng sau Mắt khoa học là sửa đổi các RGC này để trở thành chất cảm quang để chúng có thể được kích thích bằng ánh sáng và gửi các tín hiệu đó đến não. Nó giống như mang đèn vào nhà và cắm điện để cung cấp ánh sáng.
Việc sửa đổi yêu cầu tiêm một loại opsin được thiết kế đặc biệt, loại opsin này đã được biến đổi gen và được bọc trong một loại vi-rút đã ngừng hoạt động để tìm kiếm các RGC. Nhóm Science Corp. đã có thể chỉ ra rằng opsin tìm đường đến các RGC, trong các thí nghiệm với tế bào thần kinh có nguồn gốc từ tế bào gốc và trong các cơ quan võng mạc, mô phỏng võng mạc của con người. Nói tóm lại, họ có thể chiếu sáng ngôi nhà bằng đèn chứ không phải bóng đèn.
"Những gì chúng tôi muốn làm là thử nghiệm nó ở người trưởng thành... nhưng chúng tôi không thể cho đến khi được phép," Mardinly, người đồng sáng lập và giám đốc sinh học cho biết. "Điều tốt nhất tiếp theo là phát triển võng mạc và thử nghiệm nó trong những tế bào người đó."
Các chất hữu cơ, phát triển từ tế bào gốc thành hỗn hợp các tế bào bao gồm RGC, được nhúng vào dung dịch cấu trúc virus có chứa opsin. Khoảng 10 tuần sau, chúng được đặt dưới kính hiển vi, nơi các nhà nghiên cứu, bao gồm cả kỹ sư tế bào Kevin Smith, tìm kiếm các tế bào màu đỏ tươi - biểu thị rằng opsin đã đến RGC của organoid. Tôi được biết rằng điều này đang hoạt động tốt, với khoảng 1/5 RGC thể hiện cấu trúc do Science Corp thiết kế. Việc tinh chỉnh thêm cấu trúc virus và opsin dự kiến sẽ mang lại biểu hiện tốt hơn nữa.
Công việc này tại phòng thí nghiệm cho thấy phương pháp này hoạt động trong ống nghiệm,bên ngoài cơ thể sống. Nhưng những gì vềbên trongmột sinh vật sống? Để làm được điều đó, công ty cần Leela. Đặc biệt hơn, nó cần đôi mắt của cô.
Khi tôi đi lang thang qua các phòng thí nghiệm tại Science Corp. cùng với Hodak và Mardinly, tôi đi ngang qua nhà khoa học Amy Rochford khi cô ấy đang làm việc với chiếc nhíp và cọ vẽ để thao tác một cách tinh vi trên một mẩu mô có kích thước bằng ngón tay cái.
Cô ấy nói với tôi rằng đây là nhãn cầu của Leela.
Rochford cắt nó ra, loại bỏ các bộ phận khác nhau của mắt, như thủy tinh thể và thủy tinh thể, một lớp giống như gel ở giữa, trước khi mở rộng nhãn cầu mở ra như một bông hoa có bốn cánh. Cọ vẽ giúp tiếp cận võng mạc và cắt nó ra một cách tinh tế để xử lý, vì vậy một thành viên khác của nhóm Science Corp. - một người nào đó như kỹ sư tế bào Smith - có thể nghiên cứu nó qua thấu kính của kính hiển vi.
Mắt thỏ không hoàn toàn giống mắt người. Một trong những điểm khác biệt chính là một khu vực được gọi là hố mắt, một chỗ lõm trung tâm ở võng mạc nơi có rất nhiều tế bào hình nón nhạy cảm với ánh sáng tập trung chặt chẽ với nhau. Mardinly lưu ý rằng thỏ có một vệt tế bào trong khi con người có một cái hố, và sinh học cơ bản của mắt có một chút khác biệt, nhưng người da trắng New Zealand cung cấp một điểm khởi đầu tuyệt vời cho loại nghiên cứu này.
Science Corp. cần xác thực hai khái niệm. Đầu tiên, cấu trúc virus của nó, chứa opsin, phải xâm nhập vào các RGC trong võng mạc thỏ. Thứ hai, xung ánh sáng của thiết bị FlexLED cần kích thích opsin và gửi tín hiệu đến não. Ở thỏ, công ty vẫn chưa cố gắng khôi phục thị lực. Thay vào đó, nó đang nghiên cứu khoa học cơ bản để chứng minh phương pháp này hoạt động.
Kết quả ban đầu cho thấy nó làm. Các thí nghiệm với hai con thỏ, được mô tả trong bản in trước mà nhóm phát hành vào tháng 2, cho thấy họ có thể làm cho các RGC nhạy sáng. Họ cũng có thể tạo xung cho thiết bị FlexLED và phát hiện hoạt động ở trung tâm thị giác của não.
Tuy nhiên, để kích thích opsin trong RGC, bệnh nhân (bao gồm cả thỏ của Science) cần được tiếp xúc với một bước sóng ánh sáng cụ thể. Opsin không phản ứng với ánh sáng tự nhiên như mắt người; nó không thể tạo ra một bức tranh đầy đủ về môi trường như các tế bào cảm quang khỏe mạnh có thể làm được. Vì lý do đó, Eye sẽ yêu cầu bệnh nhân đeo một cặp kính có camera truyền thông tin, không dây qua tia hồng ngoại, tới FlexLED được cấy trên võng mạc.
Việc phục hồi thị lực cho những bệnh nhân sớm sẽ không phải là sự trở lại thần kỳ như ngày 20/20, nhưng nó sẽ giúp họ hiểu được thế giới của mình; cảm giác sẽ giống như thị giác nhưng kém trung thực hơn nhiều.
Để khôi phục tầm nhìn có độ phân giải cao, có những rào cản sinh lý vẫn chưa được khắc phục. Chẳng hạn, võng mạc của con người chứa hơn 100 triệu tế bào cảm quang trong mỗi mắt, nhưng chỉ có khoảng 1 triệu RGC, một sự khác biệt khó vượt qua — nhưng không phải là không thể. Theo một số cách, thậm chí có thể được coi là dễ dàng hơn nếu chỉ kích thích các RGC và khiến chúng khai hỏa.
RGC cũng được chia thành các loại riêng biệt, chuyển tiếp thông tin hơi khác nhau đến não. Hodak giải thích: “Tôi nghe nói mọi người gọi chúng là bộ lọc Photoshop. "Khi bạn xếp tất cả chúng lại với nhau, bạn sẽ có được khung cảnh tự nhiên."
Về lý thuyết, phiên bản tương lai của thiết bị FlexLED có thể điều khiển các loại RGC khác nhau. Hodak lưu ý rằng anh ấy không chắc liệu điều này có khả thi hay không, nhưng với sự tinh chỉnh, thiết bị thậm chí có thể có ánh xạ một đối một không đổi giữa một pixel trên màn hình FlexLED của nó và một RGC riêng lẻ. Kết hợp với khả năng thích ứng theo thời gian của não bộ, việc phục hồi thị lực với độ phân giải cao có thể nằm trong tầm tay.
Đọc thêm:Khám ảo là tương lai của chăm sóc mắt
SCIENCE CORP. KHÔNG phải là nhóm duy nhất nghiên cứu về việc sửa đổi mắt để khôi phục thị lực, nhưng trong lĩnh vực optogenetics đang phát triển, cách tiếp cận của họ là duy nhất.
Một số công ty đang thử nghiệm các kỹ thuật khác nhau, bao gồm sử dụng RGC chỉnh sửa gen và kính bảo hộ thay đổi ánh sáng. Chẳng hạn, công ty công nghệ sinh học GenSight của Pháp đang nghiên cứu một hệ thống quang di truyền tương tự, sử dụng liệu pháp gen và kính. Hệ thống của nó không yêu cầu phủ một microLED mỏng trên võng mạc như Science Eye, khiến nó ít rủi ro hơn. Thay vào đó, nó sử dụng kính bảo hộ để khuếch đại ánh sáng tự nhiên, xung quanh thành tín hiệu đơn sắc mà các RGC được chỉnh sửa gen có thể giải mã được.
Phương pháp này được cho là cung cấp khả năng kiểm soát kích hoạt opsin kém hơn trong RGC, nhưng nó đã được thử nghiệm lâm sàng và đã được chứng minh là "khôi phục một phần" thị lực ở bệnh nhân bị viêm võng mạc sắc tố,theo một bài báo năm 2021 trên tạp chí Nature. Bệnh nhân đã có thể phát hiện các vật thể, chẳng hạn như tập giấy ghi chú trên bàn, sau khi đeo kính GenSight trong vài tháng.
Nơi làm việc trước đây của Hodak, Neuralink, gần đây cũng tham gia cuộc đua khôi phục thị lực. Hodak đã đồng sáng lập công ty khởi nghiệp máy tính não đó với một nhóm các nhà khoa học, kỹ sư và vâng, cả Elon Musk vào năm 2016. Hodak rời đi vào năm 2021. So sánh giữa hai công ty là trọng tâm chính của các bài báo liên quan đến Science Corp. , với các ấn phẩm gọi công ty công nghệ sinh học là "đối thủ của Neuralink".
So sánh cả hai, ở giai đoạn này, giống như so sánh In-N-Out Burger với Whole Foods. Phương pháp của Neuralink liên quan đến việc cấy các điện cực trực tiếp vào não, nơi chúng được giao nhiệm vụ diễn giải các tín hiệu và kích thích các tế bào não nhằm nỗ lực khôi phục chuyển động và thị giác, đồng thời, theo Musk, cho phép con người hợp nhất với AI.
Các cơ quan quản lý đã bày tỏ lo ngại về cách tiếp cận đó. Neuralink cóthất bại trong một lần nộp đơn lên Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ để đưa sản phẩm của mình vào thử nghiệm. Science Corp. sẽ đối mặt với những trở ngại tương tự, nhưng Science Eye có một lợi thế lớn so với Link: Phẫu thuật mắt đi kèm với những nguy hiểm riêng, nhưng chúng không thể so sánh với việc đưa điện cực vào não.
An toàn vẫn là tối quan trọng, tuy nhiên. Raymond Wong, một nhà sinh học tế bào gốc tại Đại học Melbourne đang nghiên cứu các phương pháp điều trị bệnh về mắt, lưu ý rằng Khoa học sẽ cần đảm bảo rằng "cấy ghép không gây tổn thương cho các tế bào võng mạc lân cận, tăng áp lực nội nhãn [hoặc] gây viêm nội nhãn." Đây là những vấn đề tiềm ẩn mà Hodak, Mardinly và những người khác đang cố gắng giải quyết trong công việc tiền lâm sàng bằng cách sử dụng những con thỏ như Leela và có khả năng là cả loài linh trưởng nữa, nhưng thử nghiệm thực sự sẽ đến khi thiết bị lần đầu tiên được đưa vào cơ thể người.
Hodak hy vọng thời điểm đó sẽ chỉ là sự khởi đầu. Mặc dù Science Eye là thiết bị duy nhất được công bố rộng rãi, nhưng rõ ràng Science Corp. đã nghĩ xa hơn thế. Sẽ là thiển cận nếu giả định khác đi. Rốt cuộc, tham vọng của công ty khởi nghiệp đang ẩn giấu ngay trong cái tên.Khoa học. Đây không phải là một công ty được xây dựng xung quanh một sản phẩm hoặc mục tiêu.
Hodak nói: “Vẫn còn sớm nhưng nếu điều này thành công thì đó sẽ là một công ty khổng lồ. "Giống như, chúng tôi không ở trong bất kỳ lĩnh vực nào của thiết bị y tế, chúng tôi thậm chí có thể không chỉ là thiết bị y tế." Hodak tỏ ra ngại ngùng khi bị thúc ép về những thiết bị đó, nói rằng chúng sẽ được công bố nếu và khi chúng sẵn sàng. Tuy nhiên, đã có một số dấu hiệu cho thấy tham vọng cuối cùng của Science Corp.
KHI HODAK CÔNG BỐliên doanh mới của anh ấy trên blog cá nhân của anh ấyvào cuối năm 2021, anh ấy đã đưa ra một tuyên bố táo bạo. Ông viết: “Tương lai không phải là điện thoại thông minh hay kính AR tốt hơn: Nó làm cho cảm biến có thể lập trình trực tiếp và thậm chí có thể bổ sung hoàn toàn các giác quan mới”.
Ý tưởng này - lập trình lại bộ não để trải nghiệm những giác quan mới - không chỉ giới hạn trong lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Bộ não về bản chất được liên kết với cách chúng ta trải nghiệm thế giới. Chúng ta đã phát triển năm giác quan, ít nhất là theo Aristotle, và quan điểm đó vẫn đúng cho đến ngày nay: xúc giác, khứu giác, thị giác, vị giác và thính giác. Khoa học hiện đại đã bổ sung thêm một vài điều nữa. Sự cân bằng của chúng ta là một giác quan đặc biệt, cũng như khả năng nhận biết quyền sở hữu, khả năng phân biệt vị trí và chuyển động của cơ thể chúng ta.
Thậm chí có những nhà khoa học tin rằng số lượng các giác quan mà chúng ta có kéo dài đến những năm 20; khả năng phân biệt thời gian trôi qua và phản ứng của cơ thể chúng ta với trạng thái nóng và lạnh là những giác quan khác. Điều mà Hodak dường như hướng đến khi nói về việc lập trình cảm biến là quan điểm cho rằng bộ não không phải là một cơ quan bất biến. Nó tiếp nhận các đầu vào mới, bên ngoài và theo thời gian, nó có thể học cách thích ứng với chúng. Cung cấp cho nó một cách mới để tương tác với thế giới và dần dần nó sẽ xử lý thông tin đó theo cách mà cơ thể có thể hiểu được.
Bây giờ, thay vì phục hồi thị lực, có lẽ hãy tưởng tượng một Con mắt Khoa học được cấy vào một người có thị lực hoàn hảo. Nó có thể kích thích não theo cách mà người đó nhìn thấy những hình ảnh hoặc địa điểm cụ thể, thông qua khả năng kiểm soát tốt các RGC. Bạn có thể thấy và tương tác với cả một thế giới không có ở đó. Nó giống như cắm vào một mô phỏng, một thế giới ảo cắm trực tiếp vào mắt bạn. Đó là một ý tưởng được minh họa bằng các áp phích dọc hành lang của Science Corp., tác phẩm nghệ thuật được Hodak gọi đùa là "tuyên truyền". Một, đặc biệt, thu hút sự chú ý của tôi. Đó là một tác phẩm trừu tượng có một loạt các nút màu có hình dạng của một bộ não. Bên dưới nó viết: "Thay đổi bộ não, thay đổi thực tế."
Nếu điều đó khiến bạn nhớ đến một bộ phim khoa học viễn tưởng kinh điển hiện nay, thì đó là cố ý. Hodak đã kết thúc bài đăng trên blog thông báo của mình với dòng chữ: "Hẹn gặp lại trong Ma trận."
Có lẽ trong câu ngắn gọn đó, chúng ta có thể hình dung sơ qua về những gì mà Science Corp. dự định đạt được.
Chúng ta còn lâu mới đến được tương lai đó. Và, rõ ràng là, tôi đã không tìm thấy bất kỳ cánh cửa nào bị khóa trong chuyến tham quan cơ sở của Science Corp. ở Alameda. Không có gợi ý nào cho thấy các kế hoạch bí mật đang được hình thành đằng sau hậu trường -- để tăng cường các giác quan của chúng ta hoặc tạo ra các thế giới nhân tạo nơi bạn có thể tải trực tiếp các kỹ năng karate vào não của mình. Tuy nhiên, khi công ty thoát khỏi tình trạng ẩn danh, bài đăng trên blog đó của Hodak hiện lên trong tâm trí tôi. Những con thỏ cũng vậy.
Trước khi tôi rời đi, kỹ thuật viên động vật Jess Tapp đưa tôi vào nhà động vật của Science Corp., nơi những con thỏ trốn trong chuồng của chúng. Cô ấy biết tên của họ và nói chuyện với họ như thể họ là bạn đồng hành của cô ấy. Một trong những con thỏ - tôi không viết tên - khá nhút nhát. Khi tôi cúi xuống và nhìn vào bên trong, tôi có thể thấy mũi cô ấy hơi giật giật, đôi tai của cô ấy đang chú ý.
Cô ấy nhảy, cẩn thận và tò mò, đến phía trước của cái chòi. Khi cô ấy làm như vậy, ánh sáng chiếu vào mắt cô ấy, phản chiếu màu đỏ đậm đặc trưng của giống chó của cô ấy. Người kể chuyện trong tôi hy vọng sẽ nhìn thấy điều gì đó ở họ, nhưng con thỏ chỉ quay lại và đi đến nơi an toàn ở phía sau chuồng của nó.
Tiết lộ:Kevin Smith, kỹ sư tế bào của Science Corp., là bạn thời thơ ấu của Jackson Ryan.