- Kết quả thí nghiệm cho thấy có thể kích thích vùng xử lý khứu giác của não bằng siêu âm để gợi ra cảm giác về một mùi cụ thể ở con người
- Gắn đầu chuyển đổi lên trán rồi hội tụ siêu âm theo hướng hành khứu, tái tạo được bốn mùi ở hai người (không khí trong lành, rác, ozone, củi cháy)
- Siêu âm tần số thấp 300kHz, độ sâu hội tụ khoảng 39mm, điều chỉnh ở góc 50~55 độ để kiểm soát tinh vi vị trí kích thích
- Thí nghiệm cũng kiểm chứng độ an toàn bằng cách đo áp suất, chỉ số cơ học, nhiệt lượng, đồng thời đặt giới hạn góc để tránh tổn thương thần kinh thị giác
- Nghiên cứu này thăm dò khả năng dùng kích thích khứu giác như một kênh nhập thông tin vào não không xâm lấn, và gợi mở việc mở rộng sang nghiên cứu kích thích thần kinh bậc cao để con người có thể ‘nhận biết ý nghĩa bằng mùi’ trong tương lai
Tổng quan thí nghiệm
- Nhắm đầu dò siêu âm vào vùng xử lý khứu giác của não (hành khứu) để gợi ra nhiều cảm giác mùi khác nhau
- Các vị trí hội tụ khác nhau tương ứng với các cảm giác mùi khác nhau
- Tái tạo thành công ngay từ lần thử đầu tiên ở hai người tham gia, sau đó được kiểm chứng bằng thử nghiệm mù
- Có bốn cảm giác được gợi ra
- Mùi không khí trong lành giàu oxy
- Mùi rác như vỏ trái cây thối rữa
- Mùi ozone gần máy ion hóa không khí
- Mùi củi đang cháy
Thiết lập thí nghiệm
- Hành khứu nằm phía sau phần trên của mũi nên khó tiếp cận
- Bên trong mũi không phẳng và chứa không khí nên không phù hợp cho việc truyền siêu âm
- Gắn đầu chuyển đổi lên trán và hướng siêu âm xuống dưới
- Xoang trán làm suy yếu tín hiệu, nhưng vẫn có thể chạm đến vùng mục tiêu bằng cách điều chỉnh vị trí
- Ban đầu giữ đầu dò bằng tay, nhưng do độ ổn định thấp nên đã chế tạo một bộ đeo đầu tạm thời
- Dùng miếng đệm dạng thạch rắn thay cho gel để tăng độ ổn định và sự thoải mái
- Dán một con dao vào đầu dò bằng băng keo để tạo điểm tựa cơ học (được giữ lại vì lý do tránh lỗi phần mềm)
- Cũng thử cách dùng miếng ngậm kiểu mouthguard bằng răng nhưng dừng lại vì không thể mô tả được mùi
Thiết lập siêu âm
- Dùng ảnh MRI của Lev để xác nhận sự căn chỉnh giữa vị trí hội tụ và hành khứu
- Điều kiện tối ưu
- Tần số: 300kHz (tần số thấp phù hợp để xuyên qua hộp sọ)
- Độ sâu hội tụ: khoảng 39mm
- Góc ngắm: 50~55 độ
- Xung: 5 chu kỳ, tốc độ lặp 1200Hz
- Ở người tham gia khác (Albert), hiệu quả tương tự cũng được xác nhận chỉ với điều chỉnh vị trí nhỏ, ngay cả khi không có MRI
Kiểm chứng an toàn
- Đo trường đầu ra: trong bể nước, áp suất 150~250kPa, chỉ số cơ học tối đa 0,4
- Cường độ thấp hơn một bậc so với tFUS thông thường, và nằm trong ngưỡng an toàn cơ học và nhiệt
- Tránh thần kinh thị giác: giảm thiểu bất đối xứng và điều chỉnh ở góc không quá 15 độ
- Hành khứu hơi lệch khỏi trung tâm nên dùng thêm góc lệch ngang khoảng 2 độ
Kết quả
- Cả hai người tham gia đều trải nghiệm bốn cảm giác
- Mùi mạnh và khu trú quanh mũi, còn cảm giác nhẹ và khuếch tán
- Cảm nhận rõ nhất khi hít vào
- Một người tham gia ngửi thấy mùi rác và tưởng rằng xe chở rác thực sự đã đến
- Có thể phân biệt các mùi khác nhau trong phạm vi dịch chuyển tiêu điểm khoảng 14mm
- Chênh lệch tiêu điểm giữa mùi tươi mát và mùi cháy vào khoảng 3,5mm
- Dùng che lấp thính giác (phát nhạc qua AirPods) để loại trừ hiệu ứng giả dược
- Trong thử nghiệm mù, người tham gia phân biệt thành công mùi tương ứng với từng vị trí hội tụ
- Dù tiêu điểm chỉ dịch chuyển rất nhỏ, vẫn có thể gợi ra các mùi khác nhau, xác nhận độ phân giải kích thích vượt quá độ phân giải của siêu âm
- Điều này được mô tả là “siêu phân giải (super-resolution) của kích thích thần kinh”
- Hướng cải tiến sau này: thiết bị ổn định hơn, tăng tần số, điều chỉnh vị trí hội tụ, kích thước và dạng sóng
Ý nghĩa của kích thích khứu giác
- Kích thích khứu giác không chỉ để tái tạo mùi trong VR, mà còn có thể trở thành một kênh nhập thông tin vào não không xâm lấn
- Con người có khoảng 400 loại thụ thể khứu giác, và có thể phân biệt các khác biệt tinh vi bằng tổ hợp của chúng
- Nếu gộp hai lỗ mũi lại thì có thể thành kênh đầu vào tối đa 800 chiều, tương tự số chiều của latent space của LLM
- Về lý thuyết, có thể mã hóa ý nghĩa của một đoạn văn thành vector 400 chiều để ‘hiểu ý nghĩa bằng mùi’
- Hệ khứu giác kết nối trực tiếp với hồi hải mã (trí nhớ) và hạch hạnh nhân (cảm xúc) nên đường truyền thông tin đơn giản
- Hệ thị giác có nhiều bước xử lý trung gian nên khó áp dụng cách tiếp cận tương tự
- Khứu giác là kênh cảm giác ít được sử dụng hơn so với thị giác và thính giác, nên phù hợp làm giao diện kích thích thần kinh mới
- Hiện đã tái tạo được bốn mùi, và nếu nâng bitrate của kích thích khứu giác thì có thể biểu đạt thêm nhiều mùi và ý nghĩa hơn
- “Nếu điều khiển được cả 400 vector cơ sở, có thể cảm nhận ý nghĩa bằng mùi”
- Hiện mới đạt được 1% đầu tiên của mục tiêu đó
Lời cảm ơn
- Gửi lời cảm ơn tới Raffi Hotter, Aidan Smith, Mason Wang vì các phản hồi
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
AI sẽ “chiếm quyền” hệ thần kinh của chúng ta và trực tiếp cung cấp những trải nghiệm được tạo ra một cách nhân tạo
Nhìn vào các kết quả nghiên cứu kiểu này, tương lai đó có cảm giác khá thực tế
Chỉ là bài đăng không nhận được nhiều sự chú ý, nên tôi định đưa nó vào second chance pool để thử đưa nó lên trang chủ thêm một lần nữa
Dù là bài của chính mình thì vẫn có thể yêu cầu, nhưng sẽ tốt hơn nếu có người khác tình cờ phát hiện và đề xuất
Những người bị parosmia sau COVID cũng đa phần trải nghiệm các mùi tệ
Điều thú vị là tôi hầu như không ngửi thấy những mùi cực kỳ khó chịu. Thay vào đó, tôi vẫn có thể nhận ra mùi gas
Sẽ xuất hiện tổ hợp porn + VR + smell
Nhưng ý tưởng hợp tác với nước hoa thì khá thú vị — kiểu xịt loại nước hoa mà diễn viên đã dùng lúc quay rồi vừa xem vừa cảm nhận
Tuy vậy, cũng đáng nghi là các thương hiệu nước hoa cao cấp có muốn hợp tác kiểu đó hay không
Ở giai đoạn đầu thương mại hóa, rất có thể bên này sẽ là nơi áp dụng đầu tiên
Chẳng bao lâu nữa họ có khi sẽ đầu tư trực tiếp vào nghiên cứu liên quan. Có thể sẽ thành kiểu cạnh tranh như VHS vs Betamax
Tôi ăn một củ cà rốt và thấy như vừa được thăng chức
Vibration theory of olfaction
Nếu là sóng, thì nguyên lý hòa âm và nghịch âm trong âm nhạc có thể cũng áp dụng được
Nghe nói Robert Hooke cũng từng nghĩ theo hướng đó — nguyên văn
Nhưng nếu là cách kích thích trực tiếp các thụ thể khứu giác, thì vì nó mô phỏng chính hiệu ứng của kích thích, nên có thể tạo ra tính nhất quán