Miguel Nicolelis: Małpa sterująca robotem za pomocą myśli. Naprawdę.

Czy jesteśmy w stanie wykorzystać nasze mózgi
do bezpośredniego sterowania maszynami, bez konieczności posiadania ciała jako pośrednika? Miguel Nicolelis prezentuje zadziwiający eksperyment, w którym mądra małpa w USA uczy się kontrolować awatara, a następnie ramię robota w Japonii, wyłącznie za pomocą własnych myśli. Badanie ma duże znaczenie dla osób sparaliżowanych, ale może również
dla nas wszystkich. (Nakręcony podczas TEDMED 2012.)

Neurobiologia, jaką się zajmujemy,

przypomina trochę pracę synoptyka.

Zawsze gonimy burze.

Staramy się dostrzec
i zmierzyć burze - dokładnie burze mózgów.

Mówimy o nich codziennie,

ale rzadko je oglądamy lub słyszymy.

Dlatego lubię zaczynać takie rozmowy

od pokazania wam tego zjawiska.

Po raz pierwszy zarejestrowaliśmy
wiecej niż 1 neuron:

100 komórek mózgowych jednocześnie.

Byliśmy w stanie zmierzyć impulsy elektryczne

stu komórek jednego zwierzęcia.

Oto pierwszy obraz jaki uzyskaliśmy,

pierwsze 10 sekund nagrania.

Uchwyciliśmy więc skrawek myśli.

Mieliśmy go przed oczami.

Zawsze mówię studentom,

że neurobiologów można też
nazywać astronomami,

ponieważ zajmujemy się systemem

porównywalnym pod względem komórek

do liczby galaktyk we Wszechświecie.

10 lat temu, z miliardów neuronów,

udało się zarejestrować tylko sto.

Teraz zajmujemy się tysiącem.

Mamy nadzieję zrozumieć
podstawową prawdę o naturze ludzkiej.

Bo trzeba wiedzieć,

że wszystko, co mieści się w ramach definicji
natury ludzkiej pochodzi właśnie z tych burz,

które przetaczają się przez wzgórza i
doliny naszych mózgów,

określając nasze wspomnienia, przekonania

uczucia, plany na przyszłość.

Wszystko co robimy,

wszystko czego kiedykolwiek dokonał lub dokona człowiek

wymaga trudu zastępów neuronów
produkujących te właśnie burze.

Dźwięki burzy mózgu,
jeśli nie mieliście okazji jej słyszeć,

brzmi mniej więcej tak.

Możemy zrobić głośniej.

Mój syn mówi, że to dźwięk "robienia popcornu
w trakcie słuchania źle nastrojonej stacji AM".

Oto mózg.

Oto co otrzymujemy, jeśli prześlemy
elektryczne burze do głośnika,

słychać kanonadę
setek komórek mózgowych.

Tak będzie słychać wasz mózg -
mój i każdy inny.

My neurobiolodzy, chcemy w tym czasie

wsłuchać się w te mózgowe symfonie

i wydobyć z nich przekazy, które ze sobą niosą.

Około 12-tu lat temu

stworzyliśmy prototyp, który nazwaliśmy
interfejsem mózg-komputer.

Ten schemat przedstawia jego działanie.

Zasada jest taka: bierzemy czujniki,
które odbierają te wyładowania elektryczne

i sprawdzamy czy da się, w czasie w jakim

wyładowanie opuszcza mózg
i dociera do kończyn zwierzęcia...

Około pół sekundy...

odczytać te sygnały.

Wydobyć informacje motoryczne, które niosą.

Przełożyć je na cyfrowe polecenia

i wysłać do sztucznego aparatu,

by w czasie rzeczywistym
odtworzył ruchy z polecenia tego mózgu.

Spróbujemy ocenić na ile
udało nam się przełożyć tę wiadomość

w porównaniu do tego,
jak radzi sobie z tym ciało.

Jeśli tylko możliwe jest uzyskanie wyniku

z napędu komputerowego,
teraz sterowanego mózgiem,

z napędu komputerowego,
teraz sterowanego mózgiem,

wysyłane z powrotem do mózgu.

Jak mózg radzi sobie z przekazem
od sztucznego urządzenia.

Jak mózg radzi sobie z przekazem
od sztucznego urządzenia.

To właśnie robiliśmy 10 lat temu.

Zaczęliśmy od małpy imieniem Aurora.

Aurora została supergwiazdą w branży.

Lubiła gry wideo.

Jak widać, spodobał jej się joystick,

którym grała
jak wielu z nas i nasze dzieci.

Jak każdy ssak naczelny, próbuje nawet oszukiwać.

Jeszcze zanim pojawi się cel, który ma zakreślić,

kursorem kontrolowanym przez joystik,

Aurora próbuje go znaleźć.

Wodzi kursorem szukając celu,

ponieważ za każde trafienie kursorem w cel

dostaje kroplę brazylijskiego
soku pomarańczowego.

Każda małpa zrobiłaby wszystko

za kropelkę brazylijskiego soku
pomarańczowego.

Właściwie działa,
to na wszystkie ssaki naczelne.

Przemyślcie to.

Gdy Aurora grała w grę,

wykonując tysiące prób dziennie

i dostając 350 ml soku za z 97 procentową poprawność,

nagrywaliśmy burze mózgu powstające w jej głowie

i wysyłaliśmy je
do mechanicznego ramienia,

które uczyło się odtwarzać ruchy wykonywane przez Aurore.

Chodziło o to, aby włączyć
interfejs mózg-komputer.

Tak aby Aurora mogła grać tylko myśląc,

bez udziału ciała.

Burze w jej mózgu sterowałyby ramieniem,

które kierowałyby kursor na cel.

Ku naszemu zdziwieniu,
tak się właśnie stało.

Aurora grała, nie poruszając ciałem.

Każdy tor ruchu kursora, który teraz widać,

to jest moment, w którym to uchwyciła.

To dokładnie ten moment.

Wola mózgu została
uwolniona z fizycznej sfery ciała ssaka naczelnego

i może oddziaływać na zwnątrz,
w zewnętrznym świecie.

Dzięki sterowaniu sztucznym urzadzeniem.

Aurora grała i trafiała w cel

otrzymując sok pomarańczowy,
którego pragnęła.

Robiła to dzięki swojemu
nowemu ramieniu

Tu widać poruszajace się mechaniczne ramię
30 dni później

po pierwszym nagraniu,
które pokazałem,

steruje nim mózg Aurory,

porusza kursorem tak,
by najechać na cel.

Teraz Aurora wie,
że może grać tym ramieniem.

Ale wciąż może wszystko robić
swoimi naturalnymi kończynami

Może się podrapać po plecach,
podrapać kogoś z nas, pograć w coś innego.

Pod każdym względem

mózg Aurory przyswoił to sztuczne urządzenie

jako przedłużenie jej ciała.

Model własnego ciała,
jaki Aurora ma w umyśle

powiększył się o dodatkowe ramię.

Tego dokonaliśmy 10 lat temu.

Przemieścmy się o 10 lat do przodu.

W zeszłym roku doszliśmy do tego,
że nie potrzeba nawet ramienia robota.

Wystarczy ciało komputerowe,
awatar małpy.

Można go użyć,
aby małpy wchodziły z nim w interakcje.

Albo nauczyć je, aby w wirtualnym świecie

przyjęły pierwszoosobowy punkt widzenia awatara

i sterowały kończynami
awatara za pomocą mózgu.

Uczyliśmy nasze zwierzęta,

jak sterować tymi awatarami

i badać obiekty w wirtualnym świecie.

Obiekty wyglądają identycznie,

ale gdy awatar przekracza ich powierzchnię,

wysyłają sygnał elektryczny
proporcjonalny do tekstury dotykowej obiektu

który trafia bezpośrednio
do mózgu małpy,

przekazując informację,
czego dotyka awatar.

W zaledwie kilka tygodni
mózg uczy się przetwarzać nowe doznanie

i przyswaja nową drogę czuciową
- jak nowy zmysł.

Teraz naprawdę uwalniamy mózg,

pozwalając mu wysyłać polecenia
ruchowe sterujące awatarem.

Informacja zwrotna od awatara
przetwarzana jest bezpośrednio przez mózg.

Bez pośrednictwa skóry.

Tu widać schemat zadania.

Zobaczycie, jak zwierzę dotyka tych celów.

Musi wybrać jeden
bo tylko z jednym wiąże się nagroda:

sok pomarańczowy, który chce otrzymać.

Musi wskazać przedmiot
przez dotknięcie wirtualnym ramieniem.

Robi to: używa nieistniejącego ramienia.

To pełne wyzwolenie mózgu
z fizycznych ograniczeń ciała

i mechanizmu w zadaniu poznawczym.

Zwierzę steruje awatarem,
tak by dotknął celu.

Czuje fakturę dzięki przekazom elektrycznym
otrzymywanym bezpośrednio do mózgu.

Mózg decyduje,
jaka faktura wiąże się z nagrodą.

Objaśnienia, które widzicie
są dla małpy niewidoczne.

I tak nie czyta po angielsku.

Są wyłącznie po to, żeby można było zobaczyć,
że cel zmienia pozycje.

A i tak jest w stanie znaleźć je poprzez
rozróżnianie dotykowe,

nacisnąć i wybrać.

Patrząc na mózgi tych zwierząt,

na górnym panelu widać szereg125 komórek

prezentujący aktywność mózgu,
elektryczne burze

tych właśnie neuronów,

kiedy zwierzę steruje joystickiem.

Każdy neurofizjolog zna ten obraz.

Podstawowy szereg pokazuje, że komórki te są kodowane we wszystkich możliwych kierunkach.

Dolny palne pokazuje moment,
kiedy ciało przestaje się ruszać,

a zwierzę zaczyna kontrolować
albo robota albo awatara.

Jak tylko przeprogramujemy komputer

aktywność mózg zmienia się tak,
by sterować tym narzędziem

jakby było częścią ciała naczelnego.

Mózg przyswaja to praktycznie od razu.

Oznacza to, że nasze poczucie "ja"

nie kończy się na ostatniej warstwie
nabłonka naszego ciała,

ale na ostatniej warstwie elektronów
urządzeń sterowanych mózgiem.

Nasze skrzypce, samochody, rowery,
piłki nożne, nasze ubrania...

wszystkie stają się przyswajalne przez ten żarłoczny, niesamowity, dynamiczny system - mózg.

Jak daleko możemy się posunąć?

Eksperyment, który prowadziliśmy kilka lat temu,
sięgnął kresu.

Na Duke University na wschodnim wybrzeżu
Stanów Zjednoczonych,

wsadziliśmy na bieżnię małpę,

której mózg emitował burze
niezbędne do ruchu.

Mieliśmy również człekokształtnego robota,

w Kioto, w Japonii w ATR Laboratories.

który całe życie marzył, by być sterowanym mózgiem,

ludzkim lub naczelnym,

Aktywność mózgu małpy,
które wprawiła ją w ruch

została przetransmitowana do Japonii
i wprawiła w ruch robota

kiedy nagranie przesłano z powrotem do Duke

małpa mogła zobaczyć
spacerującego przed nią robota.

Tak by otrzymywała nagrodę
nie za to co wykonywało jej ciało,

ale za każdy poprawny krok
stawiany przez robota po drugiej stronie świata

kontrolowany przez aktywności jej mózgu.

Zabawne, że ta cała wymiana
trwała o 20 milisekund mniej

niż potrzeba burzy mózgu na opuszczenie
głowy małpy

i dotarcie do jej własnych mięśni.

Małpa poruszała robotem
sześć razy większym od siebie.

To jeden z eksperymentów, w których robot
mógł poruszać się samodzielnie .

To CB1 w Japonii, spełniający swoje marzenie

pod kontrolą mózgu ssaka naczelnego.

Gdzie może nas to zaprowadzić?

Jak wykorzystamy te wszystkie badania,

oprócz studiowania właściwości tego dynamicznego wszechświata, jaki mamy między uszami?

Mamy nadzieję wykorzystać
całą tę wiedzę i technologię,

by pokonać jedne z najpoważniejszych
problemów neurologicznych jakie znamy.

Miliony ludzi na całym świecie straciło możliwość
przekładania tych neurologicznych burz

na ruch.

Mimo że ich mózgi nadal
produkują burze i kod ruchów,

nie są w stanie przekroczyć bariery utworzonej
przez zmiany w rdzeniu kręgowym.

Chcemy więc stworzyć obejście

tak, by te sygnały były odczytywane
przez interfejsy mózg-maszyna

Burze o większej skali, które zawierają
pragnienie ponownego ruchu

omijają uszkodzenie za pomocą
komputerowej mikro-inżynierii

i wysyłają je do nowego ciała
- egzoszkieletu,

robota, który stanie się
nowym ciałem tych pacjentów.

Oto prototyp wyprodukowany
przez konsorcjum.

To konsorcjum non-profit
o nazwie Walk Again Project,

grupujące naukowców z Europy,

USA i Brazylii,

by wspólnie pracowali nad tym ciałem...

Ciało, które za pomocą
tych samych mechanizmów

pozwoliło Aurorze i innym małpom
używać narzędzi przez interfejs mózg-komputer

i które pozwala na używanie
narzędzi codziennego użytku.

Mamy nadzieje, że te same narzędzia
pozwolą pacjentom

nie tylko wyobrażać sobie ruchy,
które chcieliby wykonywać

i przekładać je na ruch nowego ciała,

ale również scalić się nowe ciało z mózgiem.

Około 10 lat temu

powiedziano mi,
że to nigdy nie będzie możliwe.

Powiem wam, jak naukowiec,

dorastałem w południowej Brazylii
w polowie lat 60-tych

kiedy to kilku szaleńców twierdziło,
że poleci na księżyc.

Miałem 5 lat

i nie potrafiłem zrozumieć czemu NASA
nie zatrudniła kapitana Kirka i Spocka,

przecież byli zawodowcami..

Ale to, że miałem okazję, to zobaczyć jako dzieciak

sprawiło, że uwierzyłem w słowa mojej babci:

"niemożliwe jest możliwe,

tylko ktoś nie włożył wystarczająco dużo wysiłku,
aby to się spełniło. "

Powiedziano mi, że niemożliwym jest,
by ktoś znowu zaczął chodzić.

Pójdę za radą mojej babci.

Dziękuje.

(Brawa)