Miguel Nicolelis: Ahv, kes juhib oma mõtetega robotit. Ei, tõsiselt.

Kas me võime kasutada oma aju, et juhtida vahetult masinaid - ilma keha vahemehena kasutamata? Miguel Nicolelis tutvustab meile hämmastavat eksperimenti, milles ntuikas ahv USAs õpib juhtima puhtalt mõtte jõul ahvi avatari ja siis robotkätt Jaapanis. See uurimistöö võib tuua olulisi tulemusi kogu keha halvatuse all kannatavate inimeste - ja võib-olla meie kõigi jaoks. (Filmitud üritusel TEDMED 2012).

See neuroteadus, millega mina ja mu kolleegid tegeleme,

sarnaneb sünoptikute tööga.

Me ajame alati taga tormi.

Me tahame näha ja mõõta "ajutormi" - aktiivsuspuhangu teket.

Me räägime "ajutormist" oma igapäevaelus,

aga näha või kuulda saame seda harva.

Mulle meeldib alustada oma kõnesid,

tutvustades kuulajatele, milline see välja näeb.

Esimesel korral, mil suutsime salvestada enam kui ühe neuroni -

saja ajuraku tegevuse korraga -

suutsime mõõta elektrisähvatusi

ühe olendi sajas ajurakus,

see on esimene kujutis, mille me saime,

esimesed 10 sekundit sellest salvestusest.

Me saime kätte väikese mõttevälgatuse

ja võisime seda oma silmaga näha.

Ma räägin alati üliõpilastele,

et neuroteadlasi võiks nimetada omalaadseteks astronoomideks,

sest me tegeleme süsteemiga,

mis on rakkude arvult võrreldav

ainult galaktikate arvuga universumis.

Ja siin on meil miljarditest neuronitest

salvestatud kümme aastat tagasi sada tükki.

Praegu saame hakkama tuhandega.

Ja me loodame mõista midagi põhjapanevat seoses inimolemusega.

Sest, kui te seda veel ei tea,

kõik, mille abil me inimolemust määratleme, lähtub neist tormidest,

neist tormidest, mis rulluvad üle meie aju mägede ja orgude,

määratledes meie mälestusi, uskumusi,

tundeid ja tulevikuplaane.

Kõik, mida me kunagi teeme,

kõik, mida ükskõik milline inimene on kunagi teinud või hakkab tegema,

nõuab neuronite populatsioonide ränka tööd, et toota selliseid torme.

Kui te seda varem kuulnud ei ole, siis "ajutormi" ehk aktiivsuspuhangu hääl

on umbkaudu selline.

Võiksite heli valjemaks keerata, kui saate.

Minu poeg ütleb selle kohta "popcorni tegemine, samal ajal kuulates valelt sageduselt AM raadiojaama".

See on aju.

See juhtub siis, kui te suunate need elektrilised tormid kõlarisse

ja kuulate, kuidas sada ajurakku laenguid annavad,

siis teeb teie aju - minu aju, ükskõik kelle aju - sellist häält.

See, mida meie neuroteadlastena praegu teha tahame,

on kuulata neid neid ajusümfooniaid

ja püüda eraldada sealt sõnumeid, mida nad kannavad.

Täpsemalt, 12 aastat tagasi

lõime seadme, mida me nimetame aju ja masina vaheliseks kasutajaliideseks.

Siin on skeem, mis kirjeldab selle tööd.

Mõte on selles, et paigaldada sensorid, mis kuulavad neid torme, seda laenglemist,

ja siis vaadata, kas samal ajal,

mil torm lahkub ajust ja jõuab looma jäsemetesse -

umbes pool sekundit -

vaatame, kas me suudame lugeda neid signaale,

eraldada sealt motoorsed sõnumid, mis selles peituvad,

tõlkida need digitaalseteks käsklusteks

ja saata need tehislikku seadmesse,

mis reprodutseerib reaalajas selle aju vabatahtlikke motoorseid käsklusi.

Ja vaadata, kas me saame mõõta, kui hästi me oskame seda sõnumit tõlkida,

kui me võrdleme seda keha enda liikumisega.

Ja kui me suudame hankida reaalset tagasisidet,

aistingusignaale, mis tulevad sellelt robotlikult, mehaaniliselt, arvudel põhinevalt automaadilt,

mis on nüüd aju kontrolli all

tagasi ajusse,

kuidas aju siis sellega toime tuleb,

kui ta saab sõnumeid tehislikult seadmelt.

Täpselt seda tegime me 10 aastat tagasi.

Me alustasime Aurora nimelise ahv-superstaariga,

kellest sai üks selle valdkonna superstaare.

Aurorale meeldis videomänge mängida.

Nagu te võite siin näha,

meeldib talle juhthoova abil mängu mängida nagu ükskõik kellele meist või meie lastest.

Ja õige primaadina püüab ta isegi sohki teha, enne kui ta õigele vastusele pihta saab.

Isegi enne seda, kui ilmub sihtmärk, millest ta peab üle sõitma

kursoriga, mida ta juhthoova abil juhib,

püüab Aurora sihtmärki leida, ükskõik, kus see ka ei ole.

Ja ta teeb seda,

sest iga kord, kui ta väikese kursoriga sihtmärgile pihta saab,

antakse talle tilgake brasiilia apelsinimahla.

Ja ma võin teile öelda, et ahv on nõus teie jaoks ükskõik mida tegema,

kui te annate talle natuke brasiilia apelsinimahla.

Tegelikult teeb sedasama iga primaat.

Mõelge selle üle.

Samal ajal, kui Aurora mängis seda mängu, mida te nägite,

sooritades tuhandeid katseid päevas

ja saavutades 97% edu ning 350 milliliitrit apelsinimahla,

salvestasime meie aktiivsuspuhanguid tema peas

ja saatsime neid robotkäesse,

mis õppis matkima liigutusi, mida Aurora tegi.

Sest idee oli selles, et käivitada see aju-masina kasutajaliides

ja lasta Auroral mängida seda mängu mõtte abil,

ilma keha sekkumiseta.

Tema aju aktiivsuspuhangud kontrolliksid kätt,

mis liigutaks kursorit ja tabaks sihtmärki.

Ja meie jahmatuseks sai Aurora sellega hakkama.

Ta mängis mängu ilma oma keha liigutamata.

Nii et iga kursori trajektoor, mida te praegu näete,

märgib täpselt seda hetke, mil ta sellele pihta sai.

See on esimene hetk,

mil aju kavatsus vabastati primaadi keha füüsilisest liikumisest

ja see suutis tegutseda väljaspool, väliskeskkonnas

ainult tehisliku seadme juhtimise teel.

Aurora mängis mängu edasi, leidis sihtmärgi üles

ja sai apelsinimahla, mida ta himustas.

Ta tegi seda sellepärast, et ta oli saanud endale uue jäseme.

Robotjäse, mida te näete siin liikumas

on 30 päeva pärast esimest videot, mida ma teile näitasin,

Aurora aju kontrolli all

ja liigutab kursorit, et sihtmärgile pihta saada.

Ja Aurora teab nüüd, et ta saab mängida mängu robotkäega,

aga ta pole kaotanud võimet kasutada oma bioloogilisi jäsemeid, et teha, mida tahab.

Ta võib sügada selga, sügada kedagi meist, mängida mõnda muud mängu.

Igas võimalikus mõttes

on Aurora aju selle tehisliku seadme omaks võtnud

kui oma keha pikenduse.

Kujutis, mis Auroral oma ajus iseendast oli,

oli kasvanud ühe lisakäe võrra.

Seda kõike tegime me 10 aastat tagasi.

Kerime siit kiiresti 10 aastat edasi.

Eelmisel aastal jõudsime arusaamisele, et robotseadet polegi vaja.

Me võime lihtsalt ehitada arvutikeha, avatari, ahvi-avatari.

Ja me saame kasutada neid selleks, et ahvid nendega suhtleksid

või treenida ahve haarama virtuaalmaailmas

minarolli seoses selle avatariga

ja kasutada ahvi ajutegevust avatari käte või jalgade liigutamiseks.

Nii et me treenisime loomi

õppima neid avatare kontrollima

ja uurima objekte, mis asuvad virtuaalmaailmas.

Need objektid on visuaalselt identsed,

aga kui avatar nende pinnast üle libistab,

saadavad nad välja elektrisignaali, mis vastab objekti kombitavale mikrotekstuurile

ja läheb otse tagasi ahvi ajusse,

andes ajule infot selle kohta, mida avatar katsub.

Juba nelja nädalaga õpib aju seda uut aistingut töötlema

ja omandab uue tajukanali - nagu uue meele.

See annab ajule tõelise vabaduse,

sest sa võimaldad ajul saata välja motoorseid käsklusi, et avatari liigutada.

Ja tagasisidet, mis avatarilt tuleb, töödeldakse otse ajus

ilma naha sekkumiseta.

Siin näete selle ülesande skeemi.

Te näete, kuidas loom põhimõtteliselt puudutab neid kolme sihtmärki.

Ta peab valima neist ühe, sest ainult ühega käib kaasas preemia,

apelsinimahl, mida ta tahab.

Ta peab valima selle, kasutades virtuaalset kätt, olematut kätt.

Ja täpselt seda nad teevadki.

See on aju täielik vabanemine

keha füüsilistest piirangutest ja ülesande sooritamise motoorikast.

Loom juhib avatari, et sihtmärke puudutada.

Ta tajub tekstuuri tänu elektrilistele impulssidele, mis saabuvad otse ajju.

Ja aju otsustab, millist tekstuuri seostada preemiaga.

Märgistused, mida te näete, ei ole ahvile paista.

Ja muuseas, ega nad inglise keelest niikuinii aru ei saa,

nii et need on seal ainult selleks, et te saaksite aru, et õige sihtmärk vahetab asendit.

Sellegipoolest suudavad nad neid kompimise abil leida

ning neid vajutada ja valida.

Kui me vaatame nende loomade aju,

näeme ülemisel ribal 125 raku jada,

mis näitab, mis juhtub ajutegevusega, elektriliste "tormidega"

aju selles neuronite valimis,

kui loom kasutab juhthooba.

See on pilt, mida tunneb iga neurofüsioloog.

Lihtne joondus näitab, et need rakud edastavad koode kõikvõimalikesse suundadesse.

Alumisel pildil on näha, mis juhtub, kui keha jääb liikumatuks

ja loom hakkab juhtima kas robotseadet või arvutiavatari.

Sama kiiresti kui me suudame oma arvuti taaskäivitada,

suudab ajutegevus hakata esindama seda uut tööriista,

justkui oleks see tööriist osa primaadi kehast.

Ka aju assimileerib selle sama kiiresti, kui me suudame mõõta.

See viitab sellele, et meie minateadvus

ei lõpe meie keha viimase epiteelkihiga,

vaid selle tööriista viimase elektronide kihiga, mida me oma ajuga juhime.

Meie viiulid, autod, jalgrattad, jalgpallid, riided...

see ablas, uskumatu, dünaamiline organ nimega aju assimileerib nad kõik endasse.

Kui kaugele sellega võib minna?

Ühes katses, mille me paar aastat tagasi tegime, viisime selle viimase piirini.

Lasime ühel loomal joosta jooksulindil

USA Idarannikul asuvas Duke'i Ülikoolis,

et tekitada liikumiseks vajalikke aktiivsuspuhanguid ajus.

Meil oli robotseade, humanoidrobot,

mis asus ATR laboratooriumites Jaapanis, Kyotos,

ja oli eluaeg igatsenud, et teda juhiks aju,

inimaju või primaadi aju.

Juhtus see, et ajutegevus, mida lõi ahvi liikumine,

edastati Jaapanisse, kus see robot pandi kõndima,

ja samal ajal edastati kõndimist videoülekande abil tagasi Duke'i,

nii et ahv võis näha roboti jalgu enda ees kõndimas.

Ta sai preemiaid mitte selle eest, mida tegi ta keha,

vaid iga õige sammu eest, mille tegi teisel pool maakera robot,

mida juhtis tema ajutegevus.

Naljakas fakt on see, et reis teisele poole maailma võttis aega 20 millisekundit vähem

kui aktiivsuspuhangul võtab aega, et lahkuda ahvi peast

ja jõuda tema oma lihastesse.

Ahv liigutas robotit, mis oli kuus korda suurem kui ta ise ja asus teisel pool planeeti.

See on üks neid eksperimente, milles see robot suutis autonoomselt kõndida.

Siin on CB1 teostamas oma unistust Jaapanis

primaadi ajutegevuse juhtimisel.

Nii et mis on selle kõige eesmärk?

Mida me kõigi nende uurimistulemustega pihta hakkame,

kui arvata välja meie kõrvade vahel asuva dünaamilise universumi omaduste uurimine?

Mõte on võtta kõik need teadmised ja tehnoloogia

ja püüda ravida maailma kõige raskemaid neuroloogilisi probleeme.

Miljonid inimesed on kaotanud võime tõlkida neid aju aktiivsuspuhanguid

liikumisse, liigutustesse.

Kuigi nende ajus tekivad jätkuvalt aktiivsuspuhangud ja koodid liikumiseks,

ei suuda need ületada seljakeeliku vigastusest tekkinud barjääri.

Niisiis on meie idee luua kõrvaltee,

kasutada neid aju-masin kasutajaliideseid, et lugeda signaale,

suuremaid aju aktiivsuspuhanguid, mis sisaldavad soovi jälle liikuda

juhtida need vigastuse ümbert ringi, kasutades mikromehaanikat

ja saata need uude kehasse, kogu keha hõlmavasse eksoskeletti,

robotrüüsse, millest saab nende patsientide uus keha.

Te võite näha selle konsortsiumi väljatöötatud kavandit.

See on mittetulunduslik konsortsium nimega Walk Again Project,

mis koondab teadlasi Euroopast.

siit USAst ja Brasiiliast,

et teha koos valmis see keha -

keha, mis meie arvates suudab samade plastiliste mehhanismide abil,

mis võimaldavad Auroral ja teistel ahvidel kasutada neid vahendeid läbi aju-masin kasutajaliidese,

ja mis võimaldab meil kaasata tööriistu, mida me oma igapäevaelus toodame ja kasutame.

Me loodame, et seesama mehhanism lubab neil patsientidel

mitte üksnes kujutada ette liigutusi, mida nad teha tahavad,

ja tõlkida neid selle uue keha liigutusteks,

vaid et see oleks assimileeritud kui inimese uus keha, mida aju juhib.

Mulle öeldi umbes 10 aastat tagasi,

et see ei saa iial teoks, et see on sisuliselt võimatu.

Võin teile öelda üksnes seda, et ma olen teadlane,

kes kasvas üles Brasiilia lõunaosas 60ndate keskpaigas,

jälgides, kuidas mõned hullumeelsed ütlesid meile, et nad sõidavad Kuu peale.

Ma olin viieaastane,

ega saanud aru, miks NASA ei kasutanud kapten Kirki ja Spocki, et see töö ära teha;

lõppude lõpuks said nemad ju väga hästi hakkama -

aga nähes seda lapsena

pani mind uskuma seda, mida mu vanaema alati ütles:

"Võimatu pole muud kui võimalik,

mille teostamiseks keegi pole piisavalt palju vaeva näinud."

Mulle öeldi, et on võimatu kedagi kõndima panna.

Ma arvan, et ma järgin oma vanaema nõuannet.

Tänan teid.

(Aplaus)