Các điện cực tạo ra dòng điện tần số cao, gặp nhau để tạo ra vùng tần số thấp hơn có thể làm thay đổi hoạt động thần kinh. (Erin Schaeffer và Ido Haber)

Năm 2017, nhà vật lý Nir Grossman đã có một khám phá hứa hẹn một phương pháp mới linh hoạt để điều khiển não bộ sống. Ông và các cộng sự đã áp dụng hai dòng điện tần số cao vào hộp sọ của chuột. Tại điểm giao nhau của hai dòng điện trong não chuột, điện trường đã làm thay đổi hoạt động thần kinh. Các phương pháp không xâm lấn khác thường chỉ tác động đến vỏ não, lớp ngoài cùng của não. Phương pháp mới này, được gọi là kích thích giao thoa thời gian (TI), cho phép tiếp cận các vùng não sâu mà trước đây chỉ có thể nhắm đến bằng phẫu thuật.

Các nhà thần kinh học nhanh chóng nhận thấy tiềm năng của TI trong việc nghiên cứu não bộ và điều trị các rối loạn của nó, và hiện họ thử nghiệm trên người. Mặc dù các nghiên cứu vẫn còn nhỏ và nhiều nghiên cứu chưa được lặp lại, nhưng chúng cho thấy TI có tiềm năng làm giảm các triệu chứng động kinh, giúp bệnh nhân đột quỵ phục hồi khả năng vận động, tăng cường trí nhớ ở người mắc bệnh Alzheimer và điều trị các bệnh tâm thần.

Nhiều người cho rằng TI - sử dụng hai cặp điện cực gắn trên đầu được nối với máy phát điện di động - linh hoạt hơn và có khả năng an toàn hơn so với siêu âm tập trung xuyên sọ, một công nghệ mới nổi khác có thể điều chỉnh các vùng não sâu mà không cần phẫu thuật. Và vì thiết bị TI không đắt tiền và được bán rộng rãi, nên các phòng thí nghiệm dễ dàng thử nghiệm nó.

 “Liệu pháp TI nên là một liệu pháp mã nguồn mở,” nhà vật lý và nghiên cứu bệnh động kinh Adam Williamson tại Bệnh viện Đại học St. Anne cho biết. Năm nay, ông và các đồng nghiệp đã chứng minh trong một nghiên cứu thí điểm trên những người mắc bệnh động kinh rằng kích thích TI vào vùng hồi hải mã - một cấu trúc não sâu thường là nguồn gốc của các cơn động kinh khó điều trị - có thể vừa ngăn chặn các đợt hoạt động não bất thường vừa cải thiện giấc ngủ của người tham gia. Nhóm của ông và một nhóm khác tại Đại học Duke đang hợp tác trong một thử nghiệm lâm sàng lớn hơn về phương pháp này.

Trong phương pháp TI, hai dòng điện tần số cao được đưa vào não gặp nhau hoặc giao thoa để tạo thành một vùng tập trung tần số thấp, hay còn gọi là "vùng bao", có thể tăng cường hoặc ức chế tốc độ truyền tín hiệu điện của các tế bào thần kinh. "Đây là một cách mạnh mẽ để điều chỉnh hoạt động thần kinh", Melanie Boly, một nhà nghiên cứu về bệnh động kinh tại Đại học Wisconsin-Madison, cho biết.

TI tạo ra rất ít cảm giác trên da đầu, cho phép sử dụng trong khi ngủ và trong các nghiên cứu, giúp người tham gia không biết liệu họ đang nhận được kích thích thật hay kích thích giả không hoạt động được sử dụng làm đối chứng. Và chỉ bằng cách thay đổi tỷ lệ tần số của các dòng điện giao thoa, các nhà nghiên cứu có thể hướng tín hiệu đến các vùng não khác nhau.

Tính linh hoạt đó có thể biến TI thành một công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu chức năng não, theo lời nhà thần kinh học Walter Koroshetz, người từng giữ chức Giám đốc Viện Rối loạn Thần kinh và Đột quỵ Quốc gia Hoa Kỳ cho đến năm nay. Ông nói: “Hãy tưởng tượng bạn có một thiết bị mà bạn có thể khảo sát các vùng não khác nhau trong các rối loạn khác nhau - điều đó thật tuyệt vời”.

Một số nhà nghiên cứu đã sử dụng TI để thăm dò chức năng bình thường của các cấu trúc não sâu. Năm 2023, nhà thần kinh học Friedhelm Hummel thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ đã chứng minh rằng việc kích thích thể vân có thể cải thiện khả năng học một nhiệm vụ gõ ngón tay ở người lớn tuổi. Điều này chứng minh tầm quan trọng của cấu trúc này đối với việc học vận động ở người - điều mà trước đây chỉ được suy luận từ các nghiên cứu hình ảnh và nghiên cứu trên động vật.

Những phát hiện này cũng khiến TI trở nên hấp dẫn như một liệu pháp tiềm năng. Hummel hiện đang tiến hành một thử nghiệm ngẫu nhiên có đối chứng để kiểm tra tiềm năng của TI trong việc giúp người bệnh phục hồi khả năng vận động sau đột quỵ. Ban đầu, các nhà nghiên cứu cho rằng nó cũng có thể thay thế cho kích thích não sâu (DBS), trong đó các thiết bị được cấy ghép phẫu thuật truyền dòng điện trực tiếp vào não sâu để điều trị bệnh Parkinson, động kinh và run rẩy, cùng nhiều rối loạn khác. Nhưng nhiều người đã thay đổi quan điểm đó. “Tôi không nghĩ TI là một phương pháp thay thế cho điều trị bệnh Parkinson vì DBS hoạt động rất hiệu quả”, Hummel nói.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho rằng TI, phương pháp kích thích tế bào thần kinh nhẹ nhàng hơn trên một vùng rộng hơn, có thể được sử dụng để hỗ trợ bệnh nhân Parkinson và động kinh - hầu hết trong số họ không được điều trị bằng DBS - theo những cách khác. Rối loạn giấc ngủ là một mục tiêu hàng đầu. Phổ biến ở bệnh động kinh thùy thái dương, dạng phổ biến nhất của bệnh, giấc ngủ bị gián đoạn cũng làm trầm trọng thêm các cơn co giật, ảnh hưởng đến tâm trạng và trí nhớ làm việc. Khắc phục tình trạng này có thể giúp phá vỡ "vòng luẩn quẩn" của các triệu chứng liên quan này, theo Birgit Frauscher, một chuyên gia về động kinh tại Đại học Duke, người đang dẫn đầu thử nghiệm lâm sàng TI tại đó.

Năm ngoái, Boly và các đồng nghiệp đã chứng minh trong một bài báo chưa được xuất bản rằng kích thích điện xuyên sọ (TI) tác động lên vỏ não trước trán vùng bụng giữa có thể giúp ngủ sâu hơn , với bệnh nhân báo cáo những lợi ích kéo dài đối với tâm trạng và khả năng nhận thức. Tháng trước, họ đã báo cáo trong một bài báo chưa được xuất bản khác rằng TI tác động lên vùng đồi thị, một cấu trúc não sâu khác, có thể làm tăng cái gọi là sóng điện não (spindles), các dấu hiệu điện của giấc ngủ sâu, khi mọi người ngủ trưa. Được khích lệ bởi những kết quả này và các kết quả khác, Frauscher, Williamson và Boly đều hy vọng sẽ phát triển một công nghệ TI - có thể là một loại mũ điện cực - mà mọi người có thể sử dụng tại nhà.

Một số nhóm nghiên cứu đang phát triển các phương pháp can thiệp TI (kích thích não bộ) cho các rối loạn tâm thần. Bác sĩ phẫu thuật thần kinh Chencheng Zhang của Đại học Giao thông Thượng Hải báo cáo rằng TI nhắm vào hạch hạnh nhân, một vùng não sâu liên quan đến xử lý cảm xúc, đã làm giảm chứng trầm cảm nặng ở 15 người. Zhang cho biết lợi ích này có thể tương tự như liệu pháp sốc điện, một phương pháp điều trị năng lượng cao hiệu quả nhưng chưa được sử dụng rộng rãi và phải được thực hiện dưới gây mê.

Trong một nghiên cứu được công bố dưới dạng bản thảo vào tháng trước, các nhà nghiên cứu tâm lý học Negar Fani và Michael Treadway tại Đại học Emory đã chỉ ra rằng kích thích TI vào thể vân bụng, một cấu trúc trung tâm trong quá trình xử lý phần thưởng, có thể tăng cường phản ứng phần thưởng của não bộ trong khi mọi người thiền định. Fani và Treadway hy vọng sẽ sử dụng TI để giúp những người mắc chứng rối loạn căng thẳng sau chấn thương (PTSD) duy trì các chương trình thiền trị liệu, vốn rất hiệu quả trong việc cải thiện các triệu chứng, Treadway nói, “nhưng rất khó để thuyết phục mọi người thực hiện chúng”.

Hummel và Grossman đều đặt cược rằng TI có thể giúp những người mắc bệnh Alzheimer duy trì chức năng lâu hơn. Hummel thừa nhận rằng "nó có lẽ sẽ không ngăn chặn được quá trình thoái hóa". Nhưng "nó có thể tăng cường chức năng nhận thức, và hy vọng sẽ giúp [bệnh nhân] chống chịu tốt hơn với sự suy giảm". Hai năm trước, nhóm của ông đã báo cáo rằng TI tác động lên phức hợp hồi hải mã-vỏ não, một trung tâm quan trọng cho trí nhớ và định hướng không gian, đã cải thiện hiệu suất của những người khỏe mạnh trong một nhiệm vụ định hướng dựa trên thực tế ảo. Hiện tại, họ đang thử nghiệm khái niệm này trên những người bị suy giảm nhận thức nhẹ do bệnh Alzheimer hoặc chấn thương não.

Vào năm 2025, nhóm của Grossman đã công bố kết quả từ một nghiên cứu thí điểm nhỏ, không che giấu thông tin, trong đó 21 người ở giai đoạn đầu của bệnh Alzheimer đã cải thiện một số nhiệm vụ về trí nhớ sau khi kích thích TI vùng hồi hải mã. Hiện ông đang tiến hành một thử nghiệm ngẫu nhiên, có đối chứng giả dược về phương pháp này.

Các chuyên gia lâu năm về kích thích thần kinh có nhiều quan điểm trái chiều về việc sử dụng ngày càng rộng rãi kỹ thuật kích thích não sâu (TI). Một người tiên phong trong lĩnh vực kích thích não sâu (DBS), Helen Mayberg thuộc Trường Y Icahn tại Mount Sinai, cho biết công nghệ này “có tiềm năng trở thành một công cụ tuyệt vời”—nhưng các nhà nghiên cứu vẫn cần hiểu rõ hơn về các mạng lưới thần kinh mà họ muốn điều chỉnh. Và mặc dù TI không cần phẫu thuật, bà vẫn ngần ngại gọi nó là “không xâm lấn”. Bà nói: “Bạn đang [thực hiện những thay đổi] sâu bên trong não”.

Andrea Antal, một nhà nghiên cứu về điều biến thần kinh tại Đại học Georg August ở Göttingen, người gần đây đã công bố một bài đánh giá về dữ liệu an toàn của các loại kích thích điện khác nhau, cho biết các thiết bị và tần số được sử dụng trong TI nhìn chung được coi là an toàn. Tuy nhiên, Antal lưu ý rằng bà đã gặp khó khăn trong việc tái tạo một số phát hiện nhất định, bao gồm cả công trình nghiên cứu của nhóm Grossman cho thấy TI có thể điều biến vùng hồi hải mã và cải thiện quá trình củng cố trí nhớ.

“Rất khó để nói tại sao một kết quả cụ thể không thể được tái tạo,” Grossman nói. Nhưng ông tin rằng có bằng chứng vững chắc rằng TI có thể điều chỉnh các vùng não một cách chọn lọc.

Marom Bikson, một kỹ sư thần kinh học tại Đại học Thành phố New York, cho biết ông rất phấn khởi trước “sự tưởng tượng và hào hứng” xung quanh TI, và hoan nghênh thêm nhiều thử nghiệm ngẫu nhiên có thể đưa nó đến gần hơn với việc ứng dụng lâm sàng. Ông nói: “Chúng ta nhất định phải sử dụng kích thích não bộ để điều trị những căn bệnh này. Nếu TI có thể thành công, đó mới là điều quan trọng nhất.”