Miguel Nicolelis: Beždžionė, kuri mintimis valdo robotą. Taip, iš tikrųjų.

Ar įmanoma valdyti prietaisus tiesiog mintimis - be jokių kūno judesių? Miguel Nicolelis pasakoja apie nuostabų eksperimentą, kuriame gudri beždžionė JAV išmokoma avatarą valdyti mintimis. O tuomet ir robotą Japonijoje, vien tik mintimis. Tyrimas gali labai pagelbėti paralyžiuotiems žmonėms ir galbūt mums visiems. (Nufilmuota TEDMED 2012)

Neuromokslai, kuriais aš ir mano kolegos užsiimame,

yra panašūs į meteorologiją.

Mes visad vaikomės audrų.

Norime pamatyti ir išmatuoti audras - tai yra, audras smegenyse.

Visi kalbame apie smegenų audras kasdieniame gyvenime,

bet retai kada pastebime ar klausomės vienos iš jų.

Taigi, mano mėgstamiausias būdas pradėti kalbą

yra supažindinant su viena iš jų.

Iš tiesų, kai pirmąkart užregistravome daugiau nei vieną neuroną -

šimtą smegenų ląstelių vienu metu -

mes galėjome išmatuoti šimto ląstelių

elektros kibirkštis viename gyvūne.

Štai pirmoji mūsų gauta nuotrauka,

pirmosios 10 to įrašo sekundžių.

Taip užfiksavome mažą minties fragmentą

ir galėjome į jį pažvelgti.

Visada sakau studentams,

kad neuromokslininkai yra kaip astronomai,

nes mes susiduriame su sistemomis,

kurių ląstelių kiekis gali būti palyginimas tik

su galaktikų skaičiumi visatoje.

Ir štai, mes, iš milijardų neuronų,

prieš 10 metų užregistruodavome tik šimtą.

Šiandien mokame užregistruoti tūkstantį.

Mes tikimės suprasti šį tą esminio apie žmogišką prigimtį.

Nes jeigu dar nežinote,

viskas, ką mes vadiname žmogiškąja prigimtimi, yra nulemta neuronų audrų.

Neuronų, kurie cirkuliuoja mūsų smegenų kalneliais ir slėniais,

taip apibrėždami mūsų prisiminimus, mūsų įsitikinimus,

mūsų jausmus, mūsų ateities planus.

Viskas, ką darome,

viskas, ką kiekvienas žmogus kada nors yra padaręs, daro ar dar padarys,

yra nulemta neuronų populiacijų, sukuriančių šias audras.

O smegenų audros garsas, jeigu tokio dar nesat girdėję,

yra kažkas panašaus į šitai.

Pagarsinkite, jei įmanoma.

Mano sūnus tai vadina "kukurūzų spraginimas klausantis gergždžiančio radijo. "

Tai yra smegenys.

Štai kas nutinka, kai nukreipi šias elektrines audras į garsiakalbį

ir klausaisi šimtų aktyvuojamų smegenų ląstelių.

Jūsų smegenys skambėtų štai taip - mano smegenys irgi, bet kurios smegenys.

Ir mes, neuromokslininkai, šiuo metu norime

klausytis šių simfonijų, smegenų simfonijų,

ir bandyti iššifruoti, kokias žinutes jos perduoda.

Ir tam tikslui, prieš maždaug 12 metų

mes sukūrėme aparatą, kurį pavadinome smegenys-mašina sąsajos.

Čia matote schemą, kuri vaizduoja, kaip jos veikia.

Idėja tokia. Panaudokime daviklius, kurie fiksuoja šias audras, šią elektrinę veiklą,

pabandykite pastebėti, kaip ši

audra palieka gyvūno smegenis ir eina jo kojų ar rankų link

- apie pusė sekundės -

galbūt galėsime užfiksuoti šiuos signalus ir

suprasti judesio informaciją, kuri slypi juose.

Tada paverstume ją į skaitmenines komandas

ir nusiųstume dirbtiniam mechanizmui,

kuris realiu laiku atkartotų smegenų kuriamus motorinius judesius.

Ir pamatyti, kaip tiksliai mes galime suprasti siunčiamą informaciją

lygindami su tikraisiais gyvūno kūno judesiais.

Ir jeigu mes galėtume sukurti atgalinį ryšį per

jutiklinius signalus, kurie iš roboto rankos, mechaninės, kompiuterinės pavaros,

kuri jau yra kontroliuojama smegenų,

eitų atgal į smegenis,

kaip smegenys reaguotų

į šituos iš dirbtinės galūnės gaunamus signalus.

Būtent tai mes ir pabandėme prieš 10 metų.

Viską pradėjome kartu su super žvaigžde beždžionėle Aurora,

kuri tapo viena iš super žvaigždžių šioje srityje.

Aurora mėgo žaisti vaizdo žaidimus.

Kaip matote,

ji mėgsta naudotis vairalazde, kaip ir bet kuris iš mūsų ar mūsų vaikų žaistų šitą žaidimą.

Ir kaip geras primatas, ji netgi bando gudrauti prieš randant teisingą atsakymą.

Taigi, netgi prieš pasirodant taikiniui, kurį ji turi pažymėti žymekliu,

kurį ji valdo vairalazde,

Aurora bando surasti taikinį nesvarbu, kur jis yra.

Ir ji taip elgiasi,

nes kiekvieną kartą, kai ji pažymi taikinį su žymekliu,

ji gauna lašą braziliškų apelsinų sulčių.

Galiu jus užtikrinti, bet kuri beždžionė padarytų viską

už lašelį braziliškų apelsinų sulčių.

Iš tiesų, bet kuris primatas taip darytų.

Pagalvokite apie tai.

Na, o kol Aurora žaidė šį žaidimą, kaip matėte,

atlikdavo tūkstantį bandymų per dieną

ir pataikydavo 97 procentus kartų, taip gaudama 350 mililitrų apelsinų sulčių,

mes matuodavome jos smegenų aktyvumą

ir siųsdavome impulsus roboto rankai,

kuri mokėsi atkartoti Auroros judesius.

Kadangi esminė idėja ir buvo sukurti sąsają smegenys-mašina

ir padaryti taip, kad Aurora sugebėtų žaisti tik galvodama,

nenaudodama savo pačios kūno.

Jos smegenys kontroliuotų roboto ranką,

kuri valdytų kursorių ir pažymėtų taikinį.

Mūsų nuostabai, Aurora tai ir padarė.

Ji žaidė žaidimą nejudindama savo pačios kūno.

Taigi, visas kursoriaus judėjimas, kurį dabar matote,

yra būtent pirmasis kartas, kai ji sugebėjo tai padaryti.

Pirmasis kartas,

kai ketinimai smegenyse buvo atskirti nuo fizinio primato kūno

ir veikė be jo,

kontroliuodami dirbtinį prietaisą.

Ir Aurora tęsė šį žaidimą, vis rasdama mažą taikinį

ir vis gavo apelsinų sulčių, dėl kurių ji ir stengėsi.

Iš tiesų, ji darė visa tai, nes tuo metu jau buvo įgijusi naują ranką.

Roboto ranka, kurią matote judančią po 30 dienų

nuo pirmojo bandymo,

yra valdoma Auroros smegenų

ir kursoriumi gaudo taikinį.

Ir Aurora žino, kad ji gali žaisti žaidimą su roboto ranka,

vis gi ji neprarado gebėjimo naudotis savo biologinėmis rankomis.

Ji gali pasikasyti nugarą, pakasyti vieną iš mūsų, žaisti kitą žaidimą.

Auroros smegenys įvaldė dirbtinę ranką

visoms funkcijoms,

kaip jos pačios kūno dalį.

Auroros turima savęs tapatybė

pasipildė dar viena ranka.

Na, mes tai padarėme jau prieš 10 metų.

Prasukime tuos 10 metų.

Tik praeitais metais mes suvokėme, kad roboto ranka ar kitas prietaisas visai nereikalingas.

Mes galėtume tiesiog sukurti kompiuterinį kūną, avatarą, beždžionės avatarą - dirbtinį kūną.

Tuomet avataras gali bendrauti su beždžionėmis,

arba galima išmokyti beždžiones suvokti virtualų pasaulį

avataro akimis.

Mes galime susieti jos smegenų aktyvumą su avataro rankomis ir kojomis.

Iš esmės, mes galime išmokyti gyvūnus

valdyti avatarus

ir tyrinėti objektus, kurie egzistuoja virtualiame pasaulyje.

Šie virtualūs objektai yra išoriškai vienodi,

bet kai avataras užlipa ant objektų paviršiaus,

jie siunčia elektrinius signalus, kurie atitinka objekto tekstūrą.

Šie signalai nukeliauja į beždžionės smegenis

ir informuoja jas apie tai, ką avataras palietė.

Vos per 4 savaites smegenys išmoksta suprasti šį naują jutimą

ir susiformuoja juslinis kelias - kaip naujas pojūtis.

Šioje stadijoje smegenys iš tiesų išlaisvinamos,

nes jos geba siųsti avatarui judesių komandas.

Ir atgalinis ryšys, kuris atkeliauja iš avataro, yra tiesiogiai apdorojamas smegenų

be jokio odos įsikišimo.

Taigi, tai ką čia matote yra užduotis.

Matysite gyvūną paprasčiausiai liečiantį tris taikinius.

Gyvūnas turi pasirinkti vieną jų, kuris garantuoja atlygį -

apelsinų sultis, kurių jis taip nori.

Pasirinkimas įmanomas tik virtualia ranka. Ranka, kuri neegzistuoja.

Būtent tai jie ir daro.

Tai yra visiškas smegenų išlaisvinimas

nuo fizinių kūno apribojimų ir judesių suvokimo.

Gyvūnas valdo avatarą tam, kad paliestų taikinius.

Jis jaučia tekstūrą gaudamas elektrinius signalus tiesiai į smegenis.

O smegenys nusprendžia, kuri tekstūra garantuoja atlygį.

Beždžionės nemato legendos, kurią jūs matote vaizdo klipe.

Tiesą pasakius, jos vistiek nesupranta angliškai,

taigi legenda tik jums, kad matytumėte kaip juda teisingas taikinys.

Beždžionės jį randa pagal lytėjimo skirtumus

ir tada jį pažymi paspausdamos.

Taigi, kai stebime šių gyvūnų smegenis,

viršuje matome 125 ląstelių išsidėstymą,

rodantį, kaip keičiasi smegenų aktyvumas, elektrinės audros,

šiame neuronų bandinyje,

kai gyvūnas naudojasi vairalazde.

Kiekvienas neurofiziologas žino šį vaizdą.

Pagrindinis išsidėstymas rodo, kad šios ląstelės užkoduoja visas įmanomas trajektorijas.

Apatinis vaizdas rodo, kas vyksta, kai kūnas nustoja judėti

ir gyvūnas valdo roboto ranką arba avatarą.

Tokiu greičiu, kaip mes galime perkrauti savo kompiuterius,

smegenų aktyvumas pasikeičia ir jau atvaizduoja šį naują įrankį taip,

tarsi jis būtų gyvūno kūno dalis.

Smegenys susitvarko su tuo taip greitai, kaip tik mes galime išmatuoti.

Visa tai reiškia, kad mūsų savęs suvokimas

nepasibaigia su paskutiniu mūsų kūno odos sluoksniu.

Jis pasibaigia ties paskutiniais elektronais, kuriuos siunčia mūsų smegenų valdomi įrankiai.

Mūsų violončelės, mūsų automobiliai, mūsų dviračiai, mūsų futbolo kamuoliai, mūsų drabužiai -

visi jie tampa suvokiami šios nepasotinamos, nuostabios, dinamiškos sistemos, vadinamos smegenimis.

Kaip toli mes galime su tuo nueiti?

Eksperimente, kurį darėme prieš kelerius metus, mes tai išbandėme iki ribų.

Tai vyko Duke universitete, JAV rytų pakrantėje.

Leidome gyvūnui bėgti bėgimo takeliu

aktyvuojant smegenis tiek, kiek reikalinga judesiui.

Taip pat turėjome robotą, humanoidą

Kyoto mieste, Japonijoje, ATR laboratorijoje.

Robotą, kuris visą savo gyvenimą svajojo būti kontroliuojamas smegenų,

žmogaus arba primato smegenų.

Ką mes padarėme, tai smegenų aktyvumą, kuris sukeldavo beždžionės kūno judesius,

siuntėme į Japoniją ir privertėme robotą eiti.

O ėjimo vaizdo įrašas buvo transliuojamas atgal į Duke tam,

kad beždžionė galėtų matyti roboto kojas einančias tiesiai prieš jos akis.

Taip ji gaudavo atlygį ne tik už tai, ką darė jos kūnas,

bet ir už kiekvieną teisingą roboto žingsnį kitoje planetos pusėje.

Žingsnį, kurį kontroliuoja jos smegenų veikla.

Juokinga tai, kad informacijos kelionė aplink pasaulį užtrunka 20 milisekundžių trumpiau

nei užtrunka signalui palikti beždžionės smegenis

ir pasiekti jos pačios raumenis.

Beždžionė valdė 6 kartus už save didesnį robotą, kuris buvo kitoje planetos pusėje.

Štai vienas iš eksperimentų, kuriame robotas ėjo savarankiškai.

Tai CB1 įgyvendinantis savo svajonę Japonijoje,

kontroliuojamas primato smegenų veiklos.

Taigi, kur mus tai veda?

Ką mes žadame daryti su visu šiuo tyrimu,

šalia šios dinamiškos visatos, kuri yra tarp mūsų ausų, savybių tyrimo?

Na, turime idėją pasinaudoti visomis šiomis žiniomis ir technologijomis

ir pabandyti išspręsti vieną sudėtingiausių neurologinių problemų, kuri egzistuoja mūsų pasaulyje.

Milijonai žmonių yra praradę galimybę

paversti savo smegenų veiklą į judesius.

Nors jų smegenys ir toliau rodo aktyvumą bei koduoja judesius,

jie niekaip negali įveikti barjero, kuris atsirado pažeidus stuburo smegenis.

Taigi, mes turime idėją sukurti aplinkkelį.

Norime panaudoti smegenys-mašina sąsajas signalų nuskaitymui,

didesnės apimties signalus, kuriuose slypi troškimas vėl judėti.

pasinaudodami kompiuterine mikroinžinerija norėtume apeiti stuburo smegenų sužeidimą

ir pasiųsti signalus naujam kūnui, vadinamajam egzo skeletui -

roboto kostiumui, kuris taptų tarsi nauju šių pacientų kūnu.

Čia matote iliustraciją, sukurtą susivienijimo.

Šis nepelno siekiantis susivienijimas yra pasivadinęs Judėk vėl projektu,

kuris suvienijo mokslininkus iš Europos,

iš JAV ir Brazilijos.

Jie dirba kartu, kad sukurtų šį naują kūną -

kūną, kuris, mes tikime, tokiais pačiais būdais,

kurie leidžia Aurorai ir kitoms beždžionėms naudotis įrankiais per sąsają smegenys-mašina.

ir suteikia mums galimybę valdyti įrankius, kuriuos esame įpratę naudoti kasdieniniame gyvenime.

Mes tikimės, kad šis mechanizmas padės šiems pacientams

ne tik įsivaizduoti judesius, kuriuos jie nori atlikti

ir paversti juos naujojo kūno judesiais,

bet ir priversti smegenis suvokti naująjį kūną kaip kažką, ką tiesiogiai valdo smegenys.

Prieš 10 metų man sakė,

kad šitai niekada neįvyks, kad tai beveik neįmanoma.

Kaip mokslininkas, aš galiu pasakyti viena.

Aš užaugau pietų Brazilijoje šeštąjame dešimtmetyje,

stebėdamas keletą pakvaišusių vyrukų, sakančių, kad jie nukeliaus į mėnulį.

Tuomet buvau penkerių

ir niekada nesupratau, kodėl NASA nepasamdė kapitono Kirk ir Spock, kad jie atliktų šį darbą;

šiaip ar taip jie juk buvo įgudę --

Bet matydamas tai dar vaikystėje,

aš įtikėjau, kad kaip močiutė sakydavo:

"neįmanoma yra įmanoma,

kai kas nors pasistengia tai įgyvendinti."

Taigi, man sakė, kad neįmanoma suteikti kam nors galimybės vaikščioti.

Manau, aš verčiau pasinaudosiu močiutės patarimu.

Ačiū už dėmesį.

(Plojimai)