Miguel Nicolelis: Opica, ki upravlja robota s svojimi mislimi. Čisto zares.

Ali lahko uporabljamo svoje možgane, da z njimi neposredno upravljamo naprave -- ne da bi pri tem uporabili svoje telo kot posrednika? Miguel Nicolelis govori o osupljivem eksperimentu, v katerem se pametna opica iz ZDA nauči upravljati z opičjim avatarjem, nato še z robotsko roko na Japonskem zgolj z lastnimi mislimi. Raziskava bo imela velik vpliv na kvadraplegike -- in morda na vse nas. (Posneto na TEDMED 2012.)

Nevroznanost, s katero se ukvarjamo jaz in moji kolegi

je skoraj kot napovedovanje vremena.

Vedno se podimo za nevihtami.

Želimo videti in izmeriti nevihte - tiste v možganih, pravzaprav.

In v vsakdanjem življenju pogosto govorimo o možganskih nevihtah,

ampak redko kdaj kakšno tudi vidimo ali ji prisluhnemo.

Zato vedno rad začnem svoj govor

s tem, da vas seznanim z eno od teh.

Pravzaprav, prvič ko smo zabeležili več kot en nevron --

na stotine možganskih celic hkrati -

smo lahko izmerili električne iskrice,

ki jih je proizvajalo sto celic iste živali,

to je bila prva slika, ki smo jo dobili,

prvih 10 sekund tega posnetka.

Tako smo dobili majhen košček misli

in lahko smo ga videli pred nami.

Študentom vedno povem,

da bi lahko nevroznanstvenikom rekli tudi neke vrste astronomi,

saj se ukvarjamo s sistemom,

ki ga lahko zaradi števila celic primerjamo le s

številom galaksij v vesolju.

In tukaj smo, izmed milijarde nevronov

smo jih pred 10 leti posneli le sto.

Zdaj jih lahko že tisoč.

In upamo, da bomo razumeli nekaj temeljnega o naši človeški naravi.

Kajti, če še ne veste,

vse, kar uporabljamo, da bi definirali, kaj je človeška narava, prihaja iz teh neviht,

prihaja iz teh neviht, ki se premikajo čez hribčke in doline naših možganov

in določajo naše spomine, naša prepričanja,

naše občutke, naše načrte za prihodnost.

Vse, kar kdajkoli naredimo,

vse, kar je katerikoli človek kdajkoli naredil, dela ali bo naredil,

zahteva trdo delo populacij nevronov, ki proizvajajo takšne nevihte.

In zvok možganske nevihte, če je še niste slišali,

zveni nekako takole.

Lahko date še bolj na glas, če gre.

Moj sin temu pravi "pripravljanje pokovke med poslušanjem slabo uglašene A.M. postaje".

To so možgani.

To se zgodi, ko usmerite te električne nevihte v zvočnik

in ko poslušate iskrenje stotine možganskih celic,

vaši možgani bi zveneli tako -- moji, katerikoli.

In kaj bi radi kot nevroznanstveniki zdaj naredili

je, da bi dejansko prisluhnili tem simfonijam, tem možganskim simfonijam,

in da bi iz njih izluščili sporočila, ki jih nosijo.

Če smo bolj natančni, pred 12-imi leti

smo ustvarili pripravo, ki smo ji rekli vmesnik med možgani in strojem.

In tukaj je skica, ki kaže, kako ta deluje.

Ideja je ta: postavimo nekaj senzorjev, ki prisluškujejo tem nevihtam, tem električnim dražljajem

in poglejmo, če lahko v istem času, kot ga potrebuje

ta nevihta, da zapusti možgane in doseže noge ali roke živali --

okoli pol sekunde --

poglejmo, če lahko preberemo te singale,

izluščimo motorična sporočila, ki so skrita v njih,

jih prevedemo v digitalne ukaze

in jih pošljemo v umetno napravo,

ki bo zagnala motorično kolesje v realnem času, tako kot možgani.

In poskusimo izmeriti, kako dobro lahko prevedemo to sporočilo

v primerjavi s tem, kako to stori telo.

In če lahko dejansko dobimo odziv,

senzorične signale, ki gredo od tega robotskega, mehanskega, računalniškega pogona,

ki je zdaj pod kontrolo možganov,

nazaj v možgane,

kako se ti soočijo z njimi,

s sporočili, ki jih pošilja umetna naprava.

In prav to smo storili pred 10-imi leti.

Začeli smo z zvezdniško opico Auroro,

ki je postala prava zvezda tega področja.

In Aurora je uživala v video igrah.

Kot vidite tukaj,

pri tej igri zelo rada uporablja igralno palico, tako kot mi ali naši otroci.

Kot pravi primat, skuša celo goljufati, preden ugane pravi odgovor.

Torej, še preden se pojavi tarča, ki jo mora zadeti

s kurzorjem, ki ga upravlja z igralno palico,

skuša Aurora najti tarčo, ne glede na to, kje je.

In, če to počne,

zato ker vsakič, ko zadane tarčo s kurzorjem,

dobi kapljico brazilskega pomarančnega soka.

In lahko vam povem, vsaka opica bo naredila vse za vas,

če ji ponudite malce brazilskega pomarančnega soka.

Pravzaprav, vsak primat bi ravnal tako.

Razmislite malce.

No, medtem ko je Aurora igrala to igro, kot ste videli,

naredila je tisoč poskusov na dan

in v 97% zadela ter zato dobila 350 mililitrov pomarančnega soka,

smo posneli možganske nevihte, ki so se odvile v njeni glavi

in jih poslali v robotsko roko

ki se je učila, kako posnemati Aurorine gibe.

Ideja je namreč bila, da vključimo ta vmesnik med možgani in strojem

in da Aurora igra igro samo z mislimi,

brez uporabe telesa.

Njeni možgani bi nadzorovali roko,

ki bi premikala kurzor, da zadene tarčo.

In na naše presenečenje, je Aurora točno to storila.

Igrala je igrico brez da bi se premikala.

Torej, vso premikanje kurzorja, ki ga vidimo,

je prav ta prvi trenutek, ko je to dojela.

Prvi trenutek,

ko se je volja možganov osvobodila fizičnih domen telesa tega primata

in je lahko delovala zunaj, v zunanjem svetu,

samo z usmerjanjem umetne naprave.

Aurora je kar naprej igrala in skušala najti majhno tarčo

in za to dobila pomarančni sok, ki si ga je želela.

No, to je naredila, ker je v tem času, dobila novo roko.

Robotska roka, ki jo vidite, da se premika, mesec dni po

prvem posnetku, ki sem vam ga pokazal,

je pod nadzorom Aurorinih možganov,

ki premikajo kurzor, da zadene tarčo.

Aurora se zaveda, da lahko igrico igra s to robotsko roko,

ni pa izgubila sposobnosti, da uporablja svoji biološki roki, da počne, kar hoče.

Lahko si praska hrbet, lahko praska koga od nas, lahko igra drugo igrico.

V vsakem pogledu so

Aurorini možgani sprejeli to umetno napravo

kot podaljšek svojega telesa.

Predstavo o sebi, ki jo je imela Aurora

se je razširila tako, da je dobila še eno roko.

To smo storili pred 10-imi leti.

Zdaj pa preskočimo 10 let.

Lani smo odkrili, da sploh ne potrebujemo robotske naprave.

Lahko enostavno zgradimo računalniško telo, avatar, opico avatar.

In ga lahko dejansko uporabimo za naše opice, da denimo komuniciramo z njimi,

ali pa jih usposobimo, da v virtualnem svetu prevzamejo

perspektivo avatarja v prvi osebi

in uporabijo svoje možganske aktivnosti, da nadzorujejo premikanje avatarjevih rok in nog.

In kar smo pravzaprav naredili je, da smo učili živali,

kako naj upravljajo s temi avatarji

in odkrivajo predmete, ki se pojavijo v virtualnem svetu.

In ti predmeti so vizualno identični,

toda, ko avatar dotakne površino teh predmetov,

ti pošljejo električna sporočila, ki so sorazmerna z mikro otipljivo teksturo predmeta,

neposredno nazaj v možgane opice

in s tem obvesti možgane, kaj je to, česar se avatar dotika.

Samo v štirih tednih se možgani naučijo obdelati te nove občutke

in pridobijo novo senzorično pot -- kot nekakšen nov občutek.

In s tem zares osvobodimo možgane,

ker jim dovolimo, da pošljejo motorična navodila, da premikajo avatar.

In odziv, ki pride od avatarja, možgani neposredno obdelajo

brez informacij, ki bi prišle skozi kožo.

Torej, kar vidite je načrt opravila.

Videli boste žival, ki se v bistvu dotika teh treh tarč.

Izbrati mora eno, kajti le za eno se skriva nagrada:

pomarančni sok, ki si ga tako želi.

Izbrati jo mora z dotikom, z virtualno roko, z roko, ki ne obstaja.

In prav to bo naredila.

To je popolna osvoboditev možganov

od fizičnih preprek telesa in motorike v zaznavni nalogi.

Žival upravlja z avatarjem, da bi se dotaknila tarče.

In ob tem zaznava teksturo, ker prejema električna sporočila neposredno v možgane.

In možgani odločajo o tem, kakšna je tekstura, ki je povezana z nagrado.

Legende, ki jih vidimo v filmih, se ne pojavijo pri opici.

In mimogrede, tako ali tako ne znajo brati angleško,

tako da so tu samo zato, da vidite, da prava tarča premika položaj.

In kljub temu, jo lahko odkrije na podlagi otipljivih razlik,

jo pritisne in izbere.

In ko pogledamo možgane teh živali,

na zgornjem grafu vidimo postavitev 125 celic,

ki kažejo, kaj se zgodi z možgansko aktivnostjo, električne nevihte

tega vzorca nevronov v možganih,

ko žival uporablja igralno palico.

In to je slika, ki jo pozna vsak nevrofiziolog.

Osnovna postavitev kaže, da te celice pošiljajo kode za vse možne smeri.

Na spodnji sliki pa vidimo, kaj se zgodi, ko se telo neha premikati

in žival začne upravljati bodisi z robotsko napravo ali računalniškim avatarjem.

Takoj, ko resetiramo naše računalnike,

se možganska aktivnost premakne, tako da začne predstavljati to novo orodje

kakor da je del živalskega telesa.

Možgani to asimilirajo tako hitro, kot mi lahko izmerimo.

To nam torej namiguje, da se naše občutenje samega sebe

ne konča pri zadnjem sloju povrhnjice našega telesa

ampak se konča pri zadnjem sloju elektronov orodja, ki ga upravljamo z našimi možgani.

Naše violine, naših avtomobilov, naših koles, naše nogometne žoge, naše obleke --

vse se asimilira s tem neutrudnim, neverjetnim, dinamičnim sistemom, ki mu rečemo možgani.

Kako daleč lahko gremo?

No, v poskusu, ki smo ga opravili pred nekaj leti, smo prišli do meje.

Žival smo spravili v tek na tekočem traku

na Duke Univerzi na Vzhodni obali Združenih držav,

tako da smo proizvajali možganske nevihte, ki so povzročale gibanje.

Imeli smo robotsko napravo,

v ATR laboratorijih v Kjotu, na Japonskem,

ki je vse svoje življenje sanjal o tem, da bi ga vodili možgani,

človeški možgani ali možgani kakšnega primata.

Kaj se je zgodilo tukaj: možgansko aktivnost, ki je proizvedla premikanje opice,

so prenesli na Japonsko in tako spravili robota v gibanje,

medtem ko so posnetek te hoje poslali nazaj na Duke,

da je lahko opica videla noge robota, kako hodijo pred njo.

Tako je dobila nagrado, ne zato, ker bi naredila nekaj s svojim telesom,

pač pa za vsak pravilen korak robota na drugem koncu planeta,

ki ga je upravljala s svojimi možgani.

Smešno je, da je je to potovanje okoli zemlje trajalo 20 milisekund manj

kot potrebuje možganska nevihta, da zapusti glavo, torej glavo opice,

in doseže njeno lastno mišico.

Opica je premikala robota, ki je bil šest krat večji od nje in na drugem koncu planeta.

To je eden od eksperimentov, v katerem robot lahko samostojno hodi.

To je CB1, ki uresničuje svoje sanje na Japonskem,

s pomočjo možganske aktivnosti opice.

Kam torej vodi vse to?

Kaj bomo naredili s to raziskavo,

razen seveda, da bomo preučili lastnosti tega dinamičnega vesolja, ki je med našimi ušesi?

No, ideja je, da bi vzeli vso to znanje in tehnologijo

in skušali odpraviti eno največjih nevroloških težav, ki jih imamo.

Milijoni ljudi so izgubili zmožnost, da prevedejo te možganske nevihte

v dejanje, v gibanje.

Čeprav njihovi možgani še naprej proizvajajo te nevihte in kodirajo gibanje,

ne morejo prečkati ovire, ki jo je ustvarila poškodba hrbtenjače.

Naša zamisel je torej, da bi naredili obvod,

da bi uporabili te vmesnike med možgani in napravo, ki bi brali te signale,

obsežnejše možganske nevihte, ki vsebujejo željo po premikanju,

da bi obšli poškodbo z uporabo računalniškega mikroinženiringa

in jih poslali novemu telesu, telesu, ki mu pravimo eksoskelet,

celotna robotska obleka, ki bi postala novo telo teh bolnikov.

In tukaj vidite sliko, ki jo je ustvaril ta konzorcij.

To je neprofitni konzorcij, ki se imenuje projekt "Znova shodi"

in združuje znanstvenike iz Evrope,

iz Združenih držav Amerike in Brazilije,

ki si skupaj prizadevajo, da bi dejansko naredili to novo telo --

telo, za katerega verjamemo, da bo šlo skozi iste plastične mehanizme,

ki dopuščajo, da Aurora in ostale opice, uporabljajo ta orodja preko vmesnika med možgani in napravo,

kar nam omogoča, da vključimo orodja, ki jih proizvajamo in uporabljamo v vsakdanjem življenju.

Ta isti mehanizem, upamo, bo omogočil tem bolnikom,

ne le, da si znova zamislijo gibe, ki bi jih radi naredili

in jih prevedejo v gibanje tega novega telesa,

ampak, da bo to telo sprejeto kot novo telo, ki ga upravljajo možgani.

Pred 10 leti so mi rekli,

da se to ne bo nikoli zgodilo, da je to skoraj nemogoče.

In kot znanstvenik vam lahko povem le,

da sem med odraščanjem na jugu Brazilije sredi 60. let,

opazoval nekaj norcev, ki so govorili, da bodo šli na Luno.

Imel sem 5 let

in nikoli nisem razumel, zakaj Nasa za ta podvig ni najela kapitana Kirka in Spocka;

konec koncev, so to obvladali --

ampak ko sem to videl kot otrok

sem začel verjeti, kar mi je nekoč babica govorila,

da je "nemogoče - mogoče,

za katerega se nekdo ni dovolj potrudil, da bi se uresničilo."

Tako so mi torej dejali, da je nemogoče, da nekdo znova shodi.

Mislim, da bom sledil babičin nasvet.

Hvala za pozornost.

(Aplavz)