Majmun koji kontrolira robota svojim mislima. Ne, stvarno.

Možemo li koristiti mozgove da direktno kontroliramo uređaje-- bez posredno korištenja naših tijela? Miguel Nicolelis govori o nevjerojatnom eksperimentu u kojem pametan majmun u SAD-u uči koristiti majmunskog avatara, a zatim i robotsku ruku u Japanu, čisto svojim mislima. Ovo istraživanje će pomoći ljudima s kvadriplegijom -- i možda svima nama. (Snimljeno na TEDMED 2012.)

Vrsta neuroznanosti koju
moji kolege i ja proučavamo

je gotovo poput meteorologije.

Uvijek „hvatamo“ oluje.

Želimo vidjeti i izmjeriti oluje
–oluje ideja.

Svi pričamo o olujama ideja
u dnevnim životima

Ali rijetko ih vidimo ili čujemo.

Zato volim započeti
ovakve razgovore

predstavljajući vam jedan od njih.

Zapravo, prvi put kada smo
snimili više od jednog neurona -

sto moždanih stanica simultano

mogli smo izmjeriti električne iskre

stotinu stanica iste životinje,

ovo je prva slika koju imamo,

prvih 10 sekundi ovog snimka.

Uzeli smo mali odsječak misli

i mogli ga prikazati ispred nas.

Uvijek kažem studentima

da bi neuroznanstvenike također
mogli zvati vrstom astronoma

budući da imamo posla sa susutavom

koji je, sa svojim brojem stanica,
usporediv samo

s brojem galaksija koje postoje u svemiru.

I evo nas ovdje, od milijardu neurona,

snimajući prije 10 godina svega stotinu.

snimamo tisuću danas.

I nadamo se otkriti nešto osnovno
o našoj ljudskoj prirodi.

Zato što, ako već ne znate,

sve što koristimo kako bi definirali
ljudsku prirodu dolazi iz ovih oluja,

dolazi iz ovih impulsa koje prolaze
brežuljcima i dolinama našega mozga

te definiraju naša sjećanja,
naša vjerovanja,

naše osjećaje, naše planove za budućnost.

Sve što smo ikada uradili,

sve što je ijedan čovjek
ikada uradio, radi, ili će uraditi

Zahtijeva rad populacije neurona
što proizvode ove vrste oluja.

Zvuk oluje ideja,
ako ga niste nikada čuli,

Je otprilike ovakav.

Možete poglasniti ako želite.

Moj sin to zove „pravljenje kokica tijekom
slušanja loše podešene radijske stanice.“

Ovo je mozak.

Ovo se događa kada spojite ove
električne oluje na zvučnik

i slušate sto moždanih stanica
kako okidaju,

vaš mozak će zvučati ovako –
moj mozak, bilo čiji mozak.

i što mi neuroznanstvenici želimo učiniti

je zapravo slušati ove simfonije,
ove moždane simfonije,

te pokušati izvuči iz njih poruku koju nose.

Primjerice, prije 12 godina

napravili smo pripravak koji smo
nazvali sučelje mozak-računalo.

Ovdje imate shemu koja opisuje kako radi.

Ideja je postaviti neke senzore koji
slušaju ove oluje, ovo električno okidanje,

i vidjeti ako možemo,
u istom vremenu koje je potrebno

da ove oluje napuste mozak
i dođu do nogu ili ruku životinje –

otprilike pola sekunde -

vidjeti možemo li očitati ove signale,

izvući motoričke poruke
koje su sadržane u njima,

prevesti ih u digitalne zapovijedi

i poslati ih u umjetni uređaj

koji će reproducirati voljni motorički
kotač mozga u realnom vremenu

da vidimo možemo li izmjeriti koliko
dobro bismo preveli tu poruku

kada usporedimo sa načinom
na koji to tijelo radi.

I ako zaista možemo pružiti
povratnu informaciju,

osjetni signali koji odlaze iz ovog
robotskog, mehaničkog, računskog uređaja

koji je sada pod kontrolom mozga,

nazad u mozak,

kako se mozak nosi s time,

primajući poruke od strane umjetnog uređaja.

Upravo smo to učinili prije 10 godina.

Započeli smo sa majmunom zvanim Aurora,

koji je uskoro postao jedna od
superzvijezda na ovom polju.

I Aurora je voljela igrati videoigrice.

Kao što možete vidjete,

voli koristiti joystick, kao bilo tko od nas,
kao i naša djeca, kako bi igrala ovu igru.

Kao dobar primat, ona čak pokušava
varati prije nego dobije pravi odgovor.

Čak i prije nego se pojavi
meta koju treba prekrižiti

s kursorom koji kontrolira putem joysticka,

Aurora pokušava pronaći metu,
bez obzira gdje se nalazi.

I ako to radi,

zato što svaki put kada pogodi
metu s tim malim kursorom,

dobije kap brazilskog soka od naranče.

A mogu vam reći, bilo koji majmun
će učiniti sve za vas

ako imate malo brazilskog soka od naranče.

Zapravo, bilo koji primat bi to učinio.

Razmislite o tome.

Dok je Aurora igrala ovu igru, kao što ste vidjeli,

i radila tisuću testova dnevno

i dobivala 97% točno i
350 mililitara soka od naranče,

mi smo snimali oluje ideja
koje su proizvedeni u njenoj glavi

i slali ih u robotsku ruku

koja je učila reproducirati
pokrete koje je Aurora pravila.

zato što je ideja zapravo bila pokrenuti
ovo sučelje mozak-računalo

i učiniti da Aurora igra
igricu samo mislima,

bez korištenja njenog tijela.

Njene oluje idejai bi kontrolirale ruku

koja bi micala kursor i prekrižila metu.

Šokirali smo se, to je upravo
ono što je Aurora učinila.

Igrala je igricu bez
korištenja svoga tijela.

Pa svaka putanja kursora koju sada vidite,

ovo je točan prvi trenutak kada je uspjela.

Ovo je prvi trenutak kada je

namjera mozga oslobođena
fizičke domene tijela primata

i mogla djelovati vani, u vanjskom svijetu

jednostavno kontrolirajući umjetni uređaj.

i Aurora je nastavila igrati igricu,
pronalazeći malenu metu

i dobivala sok od naranče koji
je željela, za kojim je čeznula.

Doduše, radila je sve to zato što je,
tada, dobila novu ruku.

Robotska ruka koju vidite kako se
pokreće ovdje 30 dana nakon,

nakon prvog videa koji sam vam pokazao,

je pod kontrolom Aurorina mozga

i pomiče kursor do mete.

I Aurora sada zna da može igrati igricu
s ovom robotskom rukom,

Ali nije izgubila sposobnost da koristi
svoje biološke ruke da radi što poželi.

Može se počešati po leđima, može počešati
nekoga od nas, može igrati drugu igricu.

Na svaki mogući način,

Aurorin mozak je prihvatio
taj umjetni uređaj

kao produžetak svog tijela.

Model sebe koji je Aurora
imala na svom umu

je bio proširen kako
bi dobio još jednu ruku.

Dakle, učinili smo to prije 10 godina.

Premotajte 10 godina unaprijed.

Tek prošle godine shvatili smo da
čak ne trebate ni imati robotski uređaj.

Možete samo napraviti računsko tijelo,
avatar, avatar majmuna.

I možete ga koristiti za naše majmune
da vrše interakciju s njima,

Ili ih možete naučiti da u
virtualnom svijetu zauzmu

perspektivu u prvom licu tog avatara

i koriste njenu moždanu aktivnost da bi
kontrolirali pokrete ruku i nogu avatara.

Mi smo zapravo istrenirali ove životinje

da nauče kako kontrolirati ove avatare

i otkriju objekte koji se
nalazae u virtualnom svijetu.

A ovi objekti su vizualno identični,

ali kada avatar prelazi preko
površina ovih objekata

oni šalje električnu poruku koja je
proporcionalnaj teksturi objekta

koja odlazi nazad direktno u majmunov mozak

informirajući mozak što avatar dodiruje.

I u samo četiri tjedna, mozak nauči
kako obraditi ovaj novi osjećaj

i dobiva novi senzorički put –
kao novi osjećaj.

Sada zaista oslobađate mozak

zato što dopuštate mozgu da šalje
motoričke zapovijedi da bi pokrenuo avatar.

A povratnu vezu koja dolazi iz
avatara mozak direktno obrađuje

bez uplitanja kože.

Dakle, ono što vidite ovdje
je dizajn ovog zadatka.

Vidjet ćete životinju koja u
osnovi dodiruje ove tri mete.

I ona mora odabrati jedan jer
samo jedan donosi nagradu,

sok od naranče koji žele dobiti,

i mora ga odabrati dodirom koristeći
virtualnu ruku, ruku koja ne postoji.

I to je upravo ono što oni učine.

Ovo je potpuno oslobođenje mozga

od fizičkih ograničenja tijela i
motorike u perceptivnom zadatku.

Životinja kontrolira avatar
kako bi dodirnula mete.

I osjeća teksturu primajući električni
podražaj direktno u mozak.

I mozak odlučuje je li tekstura
povezana s nagradom.

Legende koje vidite na snimci
se ne prikazuju majmunu.

I, usput, svakako ne razumiju Engleski,

ovdje su samo za vas kako bi znali da
točan odgovor mijenja mjesta.

Ipak, mogu ih pronaći
putem dodirne diskriminacije,

i mogu ga pritisnuti i odabrati ga.

I kada pogledamo mozgove ovih životinja,

na gornjoj ploči vidite
poravnanje 125 stanica,

pokazujući što se događa sa moždanom
aktivnošću, električnim olujom

ovog uzorka neurona u mozgu

kada životinja koristi joystick.

I ovo je slika koju svaki
neurofiziolog zna.

Osnovno poravnanje pokazuje da ove su ove
stanice kodirane za sve moguće smjerove.

Donja slika pokazuje što se dogodi
kada se tijelo prestane kretati

a životinja počne kontrolirati robotsku
napravu ili kompjuterski avatar.

Brzo koliko možemo resetirati naša računala

moždana aktivnost se prebacuje kako bi
počela reprezentirati ovo novo oruđe,

kao da je i ono dio tijela tog primata.

Mozak se također prilagođava,
brzo koliko možemo izmjeriti.

To nam govori da naš osjećaj svijesti

ne završava u zadnjem
sloju epitela naših tijela,

nego na zadnjem sloju elektrona oruđa
kojim zapovijedamo našim mozgom.

Naše violine, naši auti, naši bicikli,
naše nogometne lopte, naša odjeća -

svi se prilagođavaju prožrdljivim, čudesnim,
dinamičkim sustavom nazvanim mozak.

Koliko daleko možemo ići?

U eksperimentu koji smo napravili prije
par godina, doveli smo ga do limita.

Postavili smo životinju da
trči na pokretnoj traci

na sveučilištu Duke na istočnoj obali SAD-a,

stvarajući oluje ideja potrebne za pokret.

I postavili smo robtosku napravu,
humanoidnog robota

U Kyotu, u Japanu u ATR laboratorijima

koji je cijeli život sanjao kako
će ga mozak kontrolirati,

ljudski mozak, ili mozak primata.

Dogodilo se da je moždana aktivnost
koja je izazvala pokrete u majmunu,

bila odaslana u Japan i
pokrenula ovog robota

dok je snimka ovog kretanja
bila poslana nazad na Duke,

majmun mogao vidjeti noge
ovog robota kako šeće ispred nje.

Bila je nagrađena, ne zbog onog
što je njego tijelo radilo,

već za svaki ispravni korak robota
na drugoj strani planete

kontroliran njenom moždanom aktivnošću.

Smiješna stvar, taj put oko svijeta
je trajao 20 milisekundi manje

nego što je potrebno moždanom impulsu
da izađe iz svoje glave, glave majmuna

i dođe do svog mišića.

Majmun je pokretao robota koji je bio
šest puta veći, preko planeta.

Ovo je jedan od eksperimenata u kojem
je robot mogao hodati autonomno.

Ovo je CB1 ispunjavajući svoj san u Japanu

pod kontrolom moždane aktivnosti primata.

Dokle nas ovo vodi?

Što ćemo učiniti sa
svim ovim istraživanjima,

osim proučavanja svojstava dinamičkog
svemira kojeg imamo između ušiju?

Pa, ideja je uzeti
svo znanje i tehnologiju

i pokušati obnoviti jedan od najtežih
problema koje imamo u svijetu.

Milijuni ljudi su izgubili sposobnost
prevođenja ovih oluja informacija

u akciju, u pokret.

Iako njihovi mozgovi nastavljaju sa
stvaranjem ovih impulsa i kodova za pokrete

oni ne mogu proći barijeru koja je
stvorena lezijom na kralježničnoj moždini.

Dakle, naša ideja je
stvoriti zaobilaznicu,

Iskoristiti ovo sučelje mozak-stroj
kako bi pročitali ove signale,

oluje ideja većeg razmjera s
namjerom ponovnog kretanja,

zaobišli leziju koristeći
kompjuterski mikroinžinjering

i poslali ih u novo tijelo,
potpuno novo tijelo zvano egzoskelet,

robotsko odijelo koje bi postalo
novo tijelo ovih pacijenata.

Možete vidjeti sliku
stvorenu ovim projektom.

Ovo je neprofitni projekt zvan
Hodaj Ponovo Projekt

Koji povezuje znanstvenike iz Europe

SAD-a i Brazila

kako bi zajedno radili i
zapravo napravili ovo novo tijelo -

tijelo za koje smatramo da bi,
kroz iste plastične mehanizme

koji su omogućili Aurori i drugim majmunima
da koriste oruđa kroz sučelje mozak-računalo

i koje je omogućilo nama da se sjedinimo
s oruđima koja koristimo u dnevnom životu

ovaj isti mehanizam će, nadamo se,
omogućiti ovim pacijentima

ne samo da zamisle ponovo
pokrete koje žele učiniti

i prevedu ih u pokrete ovog novog tijela,

nego da se ovo tijelo prilagodi kao
novo tijelo koje mozak kontrolira.

Rečeno mi je prije 10 godina

da se ovo nikad neće dogoditi,
da je ovo skoro pa nemoguće.

I mogu vam jedino reći kao znanstvenik,

Odrastao sam u južnom
Brazilu u srednjim 60-ima

slušajući par šašavih ljudi kako nam
govore da će nas odvesti na Mjesec.

Imao sam pet godina,

i nikako nisam razumio zašto NASA nije
unajmila Kirka i Spocka da obave posao;

na kraju krajeva, bili su vrlo sposobni --

ali jednostavno gledajući to kao dijete

Povjerovao sam, kao što
mi je baka često govorila,

Da je „nemoguće samo moguće

u koje netko nije uložio
dovoljno truda da to ostvari.“

Znači, rekli su mi da je nemoguće
učiniti da netko ponovo hoda.

Mislim da ću slijediti bakin savjet.

Hvala vam.

(Pljesak)