Miguel Nicolelis: Egy majom, mely a gondolataival irányít egy robotot. Komolyan.

Képesek vagyunk-e az agyunkat arra használni, hogy közvetlenül gépeket irányítsunk vele -- testünk közrejátszása nélkül? Miguel Nicolelis bemutat nekünk egy elképesztő kutatást, amiben egy okos majom az Egyesült Államokban megtanul irányítani egy majomavatárt, majd Japánban egy robotkart, pusztán a gondolataival. A kutatás nagy jelentőségű a mind a négy tagjukra lebénult embereknek, és talán mindannyiunknak. (Felvétel a TEDMED 2012-ről.)

Az a fajta idegtudomány,
amivel a munkatársaim és én foglalkozunk,

majdnem olyan, mint egy meteorológus munkája.

Állandóan viharokat hajszolunk.

Látni és mérni szeretnénk ilyen viharokat,
agyhullámok formájában.

Mindannyian naponta beszélünk agyhullámokról,

de ritkán szoktuk őket látni vagy hallani.

Ezért az ilyen beszédeket szeretem mindig azzal kezdeni,

hogy bemutatok önöknek egy ilyen hullámot.

Valójában, az első alkalommal, amikor
egy neuronnál többet sikerült rögzítenünk,

több száz agysejtet egyidejűleg,

mérni tudtuk száz sejt elektromos kisülését

ugyanabban az állatban,

és ez volt az első kép, amit kaptunk

a rögzítés első 10 másodpercében.

Így elkaptunk egy gondolatfoszlányt,

és láthattuk azt magunk előtt.

Mindig el szoktam mondani a diákjaimnak,

hogy az idegkutatót egyfajta csillagásznak is tekinthetjük,

mert egy olyan rendszerrel dolgozik,

amiben nagyságrendileg a sejtek száma

csupán a világegyetemben lévő
galaxisok számához hasonlítható.

És itt voltunk mi, a milliárdnyi neuronból,

10 évvel ezelőtt, épp csak száznyit rögzítve.

Ma már úgy ezerrel dolgozunk.

És reméljük, hogy megérthetünk valami alapvetőt
az emberi természetről.

Mert, ha még nem tudják,

minden, ami az emberi természet meghatározója,
ezekből a hullámokból származik,

ezekből a hullámokból, amik hegyeken
és völgyeken kelnek át az agyunkban,

hogy meghatározzák az emlékeinket, meggyőződéseinket,

érzelmeinket, és a jövőbeli terveinket.

Mindenhez, amit valaha csinálunk,

mindenhez, amit minden egyes ember
valaha tett, tesz vagy tenni fog,

elengedhetetlenek ezek a tengernyi neuron fáradozása eredményeképp keletkezett hullámok.

És ezeknek a hullámoknak a hangja,
ha még nem hallották,

valahogy így hangzik.

Felhangosíthatják, ha lehetséges.

A fiam ezt úgy hívja: kukorica-pattogtatás
egy rosszul hangolt rádióállomást hallgatva.

Ez az agy.

Ez történik, amikor ezeket az elektromos hullámokat hangszóróhoz kapcsoljuk,

és azon száz agysejt kisülését hallgatjuk,

így fog az agy hangzani -- az én agyam, bármely agy.

És amit neurológusként tenni szeretnénk, most az,

hogy meghallgatjuk ezeket a szimfóniákat,
ezeket az agyszimfóniákat,

és megkíséreljük kivonni belőlük az üzeneteket,
amit hordoznak.

Pontosabban, körülbelül 12 évvel ezelőtt

létrehoztunk egy készüléket,
amit agy-gép csatolófelületnek neveztünk el.

Itt egy vázlat, ami bemutatja a működését.

Az ötlet az volt, hogy vegyünk néhány érzékelőt, amikkel rögzítjük ezeket a hullámokat, elektromos kisüléseket,

majd nézzük meg ha lehet, attól a pillanattól kezdve,

ahogy a hullám elhagyja az agyat, addig,
míg eléri az állat végtagjait --

körülbelül fél másodperc --

tehát nézzük meg,
hogy tudjuk-e olvasni ezeket a jeleket,

ki tudjuk-e vonni bennük hordozott motorikai üzeneteket,

le tudjuk-e azokat fordítani digitális parancsokra,

egy olyan mesterséges készülékbe továbbítva azt,

ami reprodukálni tudja azt a szándékos motorikai vezérlést,
amelyet az agy valós időben éppen végez.

Kideríteni, hogy mérni tudjuk-e,
mennyire jól sikerült az üzenetet lefordítása,

összehasonlítva azzal, ahogy az emberi test végzi.

És azt is, hogy tudunk-e visszajelzést küldeni,

érzékelési jeleket ezen robotikai, mechanikai,
számítógépes szerkezetből,

amit most az agy irányít,

vissza az agyba.

Hogyan fogja az agy azt kezelni,

hogy egy mesterséges gépezet által
küldött üzeneteket fogad.

Pontosan ezzel foglalkoztunk 10 éve.

Egy szupersztár majommal kezdtük,
akit Aurórának hívnak,

aki a kutatási területünk egyik szupersztárjává vált.

Auróra szeretett videojátékokat játszani.

Amint itt láthatják,

botkormányt szeret használni ehhez a játékhoz,
mint mi is, mint a gyerekeink is.

És mint egy igazi főemlős, ő is igyekszik csalni, mielőtt megtalálná a helyes megoldást.

Mielőtt még megjelenne a cél,
amin keresztül kellene haladnia

a kurzorral, amit a botkormánnyal irányít,

Auróra megpróbálja előre megtalálni a célt,
függetlenül attól, hogy merre van.

És amikor ez sikerül neki,

minden alkalommal, amikor áthalad a célon a kis kurzorral,

kap egy cseppnyi brazil narancslevet.

És elárulom önöknek, egy majom bármit megtesz önöknek

egy cseppnyi brazil narancsléért.

Ami azt illeti, minden főemlős megtesz bármit.

Gondolkozzanak ezen.

Nos, míg Auróra ezt a játékot játszotta, amint láthatták,

naponta több ezer próbálkozással,

97 százalékos pontossággal,
350 milliliter narancslevet szerezve,

mi ezalatt rögzítettük a fejében keletkező agyhullámokat,

és átküldtük őket egy robotkarba,

ami szép lassan megtanulta utánozni Auróra mozdulatait.

Mert az ötlet az volt, hogy bekapcsoljuk
ezt az agy-gép csatolófelületet,

és rávesszük Aurórát, hogy csupán
a gondolatait használva játsszon a játékkal,

testmozgás nélkül.

Az agyhullámai irányítanának egy kezet,

és ez a kéz mozgatná a kurzort a célig.

És meglepetésünkre, Auróra pontosan ezt tette.

Úgy játszotta a játékot, hogy nem mozdította meg a testét.

Minden pálya, amit most látnak, hogy a kurzor leír,

az első alkalommal volt látható,
amikor ő ezt sikeresen megcsinálta.

Ez éppen az első alkalom,

amint egy agyi akarat különvált
egy főemlős testi mozgásától,

és azon kívül működhetett, a külvilágban,

csupán egy mesterséges szerkezet irányításával.

És Auróra tovább játszott,
továbbra is eltalálta a célpontot

a narancsléért cserébe, amit szeretett,
amire vágyott.

Azért volt képes erre, mert abban a pillanatban
szert tett egy új karra.

A robotkart, amit itt mozogni látnak, 30 nappal

az imént mutatott első videofelvétel után,

Auróra agya irányítja,

és az mozgatja a kurzort a célig.

És Auróra immár tudja,
hogy ezzel a robotkarral is játszhatja a játékot,

de nem veszítette el a képességet, hogy a biológiai kezeit továbbra is arra használja, amire szeretné.

Megvakarhatja a hátát vagy valakit közülünk,
játszhat egy másik játékot.

Minden szempontból és értelemben

Auróra agya befogadta ezt a mesterséges szerkezetet,

a teste kiterjesztéseként.

A modell, amit Auróra magáról kialakított a képzeletében,

kibővült még egy karral.

Nos, ezzel foglalkoztunk 10 évvel ezelőtt.

Most ugorjunk előre 10 évet.

Épp a múlt évben jöttünk rá arra, hogy nincs is igazából szükség a robotszerkezetre.

Építhetünk csupán egy számítógépes testet,
egy avatárt, egy majom avatárt.

És ezt arra használhatjuk, hogy például
a majmok interakcióba lépjenek a segítségével,

vagy pedig arra taníthatjuk őket,
hogyan vegyék magukra ezt az avatárt

a virtuális világban, saját szemszögükből nézve.

Majd az agyi aktivitásukat használva
hogyan irányítsák az avatár végtagjainak mozgását.

Amit csináltunk, valójában az volt,
hogy arra képeztük az állatokat,

hogy hogyan tanulhatják meg irányítani
ezeket az avatárokat,

hogy a virtuális világban megjelenő tárgyakkal
dolgozni tudjanak.

Ezek a tárgyak látszólag egyformák,

de amikor az avatár áthalad a felületükön,

egy elektromos üzenetet küldenek, ami megegyezik a szövetük tapintásának mikroszkopikus finomságú érzetével,

ami ezután visszajut közvetlenül a majom agyába,

jelezvén az agynak, mi is az, amit az éppen megérint.

És csupán négy hét elteltével az agy megtanulja
értelmezni ezeket az új észleléseket,

és egy új észlelési útvonalat fejleszt ki -- egy új érzékszervet.

És ezzel valóban függetlenítjük az agyat,

mivel lehetővé tesszük számára, hogy
motorikai parancsok kiküldésével mozgassa az avatárt.

És a visszajelzést, ami az avatártól jön,
egyenesen az agy dolgozza fel,

anélkül, hogy a bőr közrejátszana a folyamatban.

Amit itt látnak, az a feladat felépítése.

Látni fogják, amint az állat tulajdonképpen
megérinti ezt a három célpontot.

Egyet ki kell választania, mivel csak az egyikért jár jutalom,

a narancslé, amit meg akar szerezni.

Úgy kell kiválasztania, hogy megérinti egy virtuális,
nem létező kéz használatával.

És pontosan így is fog tenni.

Ez az agy teljes mértékű függetlenítése

a test és a mozgás-irányítás fizikai kényszereitől
egy érzékelési feladat során.

Az állat irányítja az avatárt, hogy vele megérintse a célpontokat.

És közvetlenül az agyba érkező elektromos üzenetek által
érzékeli a felületük mintáját.

És az agy eldönti, melyik felületminta jár jutalommal.

Az ábrafeliratok, amit a felvételen látnak,
nem jelenik meg a majomnak.

És különben is, amúgy sem tudnak angolul olvasni,

csupán azért vannak ott, hogy önök tudják,
hogy a helyes célpont helyet változtat.

És mégis, ők képesek tapintás alapján megkülönböztetve megtalálni,

megnyomni, és kiválasztani azt.

Amikor megfigyeljük ezeknek az állatoknak az agyát,

a felső panelen 125 sejt elhelyezkedését láthatjuk,

megfigyelhető, mi történik az agyi aktivitás során,
ill. ezen neuronminták

elektromos hullámaival az agyban,

miközben az állat a botkormányt használja.

Ez az a kép, amit minden neurofiziológus ismer.

Az alap elhelyezkedés megmutatja, hogy ezek a sejtek minden lehetséges irányt kódolnak.

Az alsó kép mutatja, mi történik,
amikor a test megáll a mozgásban,

és az állat elkezdi akár a robot-szerkezetet,
akár a számítógépes avatárt irányítani.

Olyan gyorsan, mint ahogy
újra lehet indítani számítógépeinket,

az agy aktivitása átfordul az új eszköznek megfelelően,

mintha ez az eszköz a főemlős testének része lenne.

Az agy is feldolgozza ezt,
amilyen sebességgel csak mérni tudjuk.

Ez tehát azt sugallja, hogy a felfogásunk saját magunkról

nem ér véget a testünk legkülső hámszövetének felületénél,

hanem az agyunkkal írányított szerkezetek utolsó elektonjainál végződik.

Hegedűink, autóink, kerékpárjaink,
focilabdánk, ruházatunk --

mindezek részévé válnak ennek a mohó, elképesztő, dinamikus rendszernek, amit agynak nevezünk.

Milyen messzire juthatunk ezzel?

Nos, egy néhány évvel ezelőtt végzett kísérlet során
ezt a végső határokig kitoltuk.

Egy taposómalmon futó állatot figyeltünk meg

a Duke Egyetemen, az Egyesült Államok keleti partján,

mely a mozgáshoz szükséges
agyhullámok forrásául szolgált.

Volt egy robotszerkezetünk, egy ember alakú robot,

Japánban, a kiotói ATR Laboratóriumban,

aminek egyetlen vágya egész életében az volt,
hogy egy agy irányítsa,

egy emberi agy, vagy egy főemlős agya.

Itt az történik, hogy a majom mozgása
által keltett agyi aktivitást

átküldjük Japánba, amitől ez a robot járni kezd,

s ennek képét visszaküldjük a Duke Egyetemre,

így a majom maga előtt láthatta mozogni a robot lábait.

Így nem azért kaphatott jutalmat,
amit a saját testével végzett,

hanem minden egyes olyan sikeres lépésért,
melyet a robot tett a világ másik felén

az ő agyának az irányítása alatt.

Érdekesség, hogy ez a világkörüli út
20 milliszekundummal rövidebb ideig tartott,

mint amennyi idő alatt az agyhullám
a majom fejének elhagyása után

elérné a saját izmait.

A majom mozgatni tudta a robotot, a világ másik végéről,
ami hatszor nagyobb volt nála,

Ez egy azon a kísérletek közül,
amelyek során a robot önállóan tudott járni.

Ez a CB1 álmainak a beteljesülése Japánban

egy főemlős agyának irányítása alatt.

És most mit fogunk kezdeni mindezzel?

Mit fogunk kezdeni mindezzel a kutatási eredménnyel,

azon kívül, hogy tanulmányozzuk ezt a mozgalmas univerzumot, ami a füleink között rejlik?

Nos, az ötlet az, hogy ezt a tudást és technológiát

a világ egyik legsúlyosabb neurológiai károsodásának helyreállítására használjuk.

Milliók veszítették el a képességet,
hogy ezeket az agyhullámokat

cselekvéssé, mozgássá alakítsák.

Bár az agyuk továbbra is képes a mozgáshoz szükséges ilyen hullámok és kódok kibocsátására,

azok nem tudnak átjutni egy, a gerincvelőn lévő,
sérülés okozta akadályon.

Tehát a mi ötletünk az, hogy egy kerülőutat hozzunk létre,

majd ezekkel az agy-gép csatolófelületekkel
olvassuk ezeket jeleket,

nagyobb léptékű agyhullámokat,
amikben az újra-mozgás iránti vágy rejlik,

számítógépes mérnöki mikrotechnikával
megkerüljük az akadályt,

és egy új testbe küldjük őket, egy ép testbe,
amit mesterséges külső váznak nevezünk,

egy komplett robotöltözékbe,
ami az ilyen betegek új testévé válik.

Itt láthatják a képet, amit ez a konzorcium készített.

Ez a nonprofit konzorcium a "Walk Again Project",
[Újra Jársz Projekt]

mely tudósokat hoz össze Európából,

innen az Egyesült Államokból, hogy Brazíliában

együtt dolgozzanak ezen új test tényleges megépítésén --

egy olyan testen, ami reményeink szerint,
azon formálható mechanizmusok használatával,

melyek Auróra és más majmok számára is lehetővé tették az eszközök agy-gép csatolófelület általi irányítását,

elérhetővé teszi, hogy a mindennapi életünk során használt és készített eszközöket a test részeként használhassuk.

Ugyanaz a mechanizmus, reményeink szerint,
lehetővé teszi majd az ilyen betegeknek,

hogy nemcsak újra elképzelhessék
a megtenni kívánt mozgásokat,

és lefordítsák mozgássá ebben az új testben,

hanem hogy ezt a testet az agyuk is befogadja,
mint használható, irányítható részét a testüknek.

10 évvel ezelőtt azt mondták nekem,

hogy ez sohasem fog megtörténni,
hogy ez a lehetetlenség határát súrolja.

Erre tudósként csak annyit mondok önöknek,

hogy Brazília déli részén nőttem fel a 60-as évek közepén,

s néztem, ahogy pár őrült fazon azt állította,
hogy eljutnak a Holdra.

Öt éves voltam akkor,

és sosem értettem, hogy a NASA miért nem Kirk kapitányt
és Spockot bízta meg a munkával;

elvégre ők igencsak jártasak voltak ebben;

de csupán az, hogy gyerekként láttam ezt,

segített hinnem abban,
amit a nagymamám is gyakorta mondott nekem,

hogy "a lehetetlen csupán az a lehetséges,

amiért valaki még nem tett kellő erőfeszítést,
hogy valóra váltsa".

Azt mondták nekem tehát, hogy lehetetlen
valaki számára újra lehetővé tenni, hogy járjon.

Úgy gondolom, a nagymamám tanácsát fogom követni.

Köszönöm.

(Taps)