Migel Nikolelis (Miguel Nicolelis): Majmun koji upravlja robotom pomoću misli. Ali stvarno.

Možemo li da koristimo naš mozak da direktno upravljamo mašinama - bez tela kao posrednika? Migel Nikolelis govori o tome kroz zadivljujući eksperiment, u kome pametni majmun u Americi uči da upravlja avatarom majmuna i onda robotskom rukom u Japanu, samo pomoću sopstvenih misli. Ovo istraživanje ima veliki značaj za kvadriplegičare - i možda za sve nas. (Snimljeno na TEDMED 2012.)

Vrsta neuronauke
kojom se ja i moje kolege bavimo

je skoro kao meteorologija.

Stalno jurimo oluje.

Želimo da vidimo i izmerimo oluje -
"moždane oluje" u stvari.

Svi govorimo o moždanim olujama
u našem svakodnevnom životu,

ali retko vidimo ili čujemo neku.

Tako da uvek volim da počnem
ove govore

tako što ću vas upoznati
sa jednom od njih.

U stvari, prvi put kad smo snimili
više od jednog neurona -

sto moždanih ćelija istovremeno -

mogli smo da izmerimo električne varnice

stotina ćelija kod iste životinje,

ovo je prva slika koju smo dobili,

prvih 10 sekundi ovog snimka.

Tako smo dobili mali isečak misli

i mogli smo da ga vidimo tu pred nama.

Uvek kažem studentima

da bismo neuronaučnike takođe
mogli nazvati nekom vrstom astronoma

zato što se suočavamo
sa jednim sistemom

koji jedino može da se uporedi,
po broju ćelija,

sa brojem galaksija koje imamo u svemiru.

I evo nas, od milijardi neurona,

samo snimanjem,
pre 10 godina, na sto.

Sada radimo hiljadu.

I nadamo se da ćemo razumeti nešto
fundamentalno o našoj ljudskoj prirodi.

Zato što, ako to još uvek ne znate,

sve ono što definišemo kao ljudsku prirodu,
dolazi od ovih oluja,

dolazi od oluja koje se kotrljaju preko
brda i dolina naših mozgova

i definišu naša sećanja, naša verovanja,

naša osećanja,
naše planove za budućnost.

Sve što ikada radimo,

sve što je svaki čovek ikada
radio, radi ili će raditi

zahteva težak rad populacija neurona
koji proizvode ovakve oluje.

I zvuk moždane oluje,
ako niste to nikada čuli,

je otprilike ovakav.

Možete da pojačate ako je moguće.

Moj sin naziva ovo: "Pravljenje kokica dok slušamo
radio-stanicu sa lošim prijemom".

Ovo je mozak.

Ovo je ono što se dešava kad sprovedete
ove električne oluje do zvučnika

i slušate paljbu stotine moždanih ćelija,

vaš mozak će zvučati ovako -
moj mozak, svačiji mozak.

I ono što mi želimo
kao neuronaučnici sada

je da u stvari slušamo ove simfonije,
ove moždane simfonije,

i pokušamo da izdvojimo iz njih
poruke koje nose.

Posebno, pre otprilike 12 godina

kreirali smo preparat koji smo nazvali
interfejs moždane mašine.

Ovde imate šemu koja opisuje kako radi.

Ideja je: hajde da napravimo neke senzore
koji slušaju ove oluje, ovu električnu paljbu,

i vidite ako možete,
u isto vreme za koje

ovoj oluji treba da napusti mozak
i stigne do nogu ili ruku životinje

- oko pola sekunde -

hajde da vidimo da li možemo
da pročitamo ove signale,

izdvojimo motorne poruke
koje su tu sadržane,

prevedemo ih u digitalne komande

i pošaljemo ih u veštački uređaj

koji će da reprodukuje voljni motorni točak
tog mozga u realnom vremenu.

I da vidimo da li možemo da izmerimo koliko dobro
možemo da prevedemo tu poruku

kad je uporedimo s tim kako to radi telo.

I vidimo da li možemo da obezbedimo
povratne informacije,

senzorske signale koji se vraćaju iz ovog robotskog, mehaničkog, kompjuterskog pokretača

koji je sada pod kontrolom mozga,

nazad u mozak,

šta mozak radi s tim,

s primanjem poruka od veštačke mašine.

I to je upravo ono
što smo uradili pre 10 godina.

Počeli smo sa superzvezdom,
majmunom zvanim Aurora

koja je postala jedna
od superzvezda ove oblasti.

Aurora je volela da igra video igrice.

Kao što vidite ovde,

ona voli da koristi džojstik, kao bilo ko
od nas ili naše dece, da igra ovu igricu.

I kao jedan dobar primat, ona čak pokušava da vara
pre nego što dobije tačan odgovor.

Tako čak i pre nego što se pojavi meta
koju bi trebalo da pređe

sa kursorom koji kontroliše džojstikom,

Aurora pokušava da nađe metu,
bez obzira gde se nalazi.

I ona to radi

zato što svaki put kad pređe preko mete
sa malim kursorom

dobija kap brazilskog soka
od pomorandže.

I mogu da vam kažem, svaki majmun
će uraditi bilo šta za vas

ako dobije malo brazilskog soka
od pomorandže.

U stvari bilo koji primat će uraditi to.

Razmislite o tome.

Dakle, dok je Aurora igrala ovu igru,
kao što ste videli,

radeći hiljadu pokušaja dnevno

i dobijajući 97 procenata tačnih,
i 350 mililitara soka od pomorandže,

mi smo snimali moždane oluje
koje su se stvarale u njenoj glavi

i slali ih u robotsku ruku

koja je učila da reprodukuje pokrete
koje je Aurora pravila.

Zato što je ideja u stvari bila
da se uljuči ovaj interfejs moždane mašine

i da Aurora igra igru
samo pomoću razmišljajnja,

bez mešanja njenog tela.

Njene moždane oluje bi kontrolisale ruku

koja bi pomerala kursor
i prelazila preko mete.

I na naše zaprepašćenje, to je upravo bilo
ono što je Aurora uradila.

Odigrala je igru bez pomeranja svog tela.

Tako svaka putanja kursora koju vidite sada,

ovo je tačno prvi momenat
kada je ona to shvatila.

To je tačno prvi momenat

kada je moždana namera oslobođena fizičkog
područja rada tela primata

i mogla da funkcioniše spolja,
u spoljnom svetu,

samo kontrolišući veštački uređaj.

I Aurora je nastavila da igra igru,
nastavila da traži malu metu

i dobija sok od pomorandže
koji je htela da dobije, za kojim je žudela.

Ona je to uradila zato što je, u to vreme,
pribavila novu ruku.

Robotska ruka koju ovde vidite
da se pomera 30 dana kasnije

posle prvog videa koji sam vam pokazao,

je pod kontrolom Aurorinog mozga

i pomera kursor da dođe do mete.

I Aurora sada zna da može da igra igru
sa ovom robotskom rukom,

ali nije izgubila sposobnost da koristi svoje
biološke ruke da bi radila šta joj je volja.

Ona može da počeše leđa, može da počeše
nekog od nas, može da igra drugu igru.

U svim slučajevima,

Aurorin mozak je uključio
ovaj veštački uređaj

kao produžetak njenog tela.

Model sebe koji je Aurora imala na umu

se proširio na to
da dobije još jednu ruku.

To smo uradili pre 10 godina.

Samo premotajte unapred za 10 godina.

Prošle godine smo shvatili da
čak ne treba da imate ni robotski uređaj.

Možete samo da napravite kompjutersko telo,
avatara, majmuna avatara.

I možete ih koristiti za naše majmune za,
ili interakciju sa njima,

ili ih možete obučiti da
pretpostave u virtuelnom svetu

perspektivu prvog lica tog avatara

i koriste njegovu moždanu aktivnost
da kontrolišu pokrete avatarovih ruku ili nogu.

I ono što smo u osnovi uradili bilo je
da smo istrenirali životinje

da nauče kako da kontrolišu ove avatare

i istražuju objekte koji se
pojavljuju u virtuelnom svetu.

I ovi objekti su vizuelno identični,

ali kad avatar pređe
preko površine ovih objekata,

oni šalju električnu poruku koja je proporcionalna
mikrotaktilnoj teksturi objekta

koja se vraća direktno u majmunov mozak,

obaveštavajući mozak šta je to
što avatar dodiruje.

I za samo četiri nedelje, mozak
uči da obrađuje ovaj novi osećaj

i dobija novi senzorni put -
kao nov osećaj.

I vi sada stvarno oslobađate mozak

zato što dozvoljavate mozgu da šalje
motorne komande za pomeranje ovog avatara.

I povratnu reakciju koja dolazi od avatara
obrađuje direktno mozak

bez uplitanja kože.

Ono što vidite ovde je dizajn zadatka.

Videćete životinju koja u suštini
dodiruje ove tri mete.

I mora da izabere jednu
jer samo jedna nosi nagradu,

sok od pomorandže koji oni žele da dobiju.

I mora da izabere dodirom koristeći
virtuelnu ruku, ruku koja ne postoji.

I to je upravo ono što i rade.

Ovo je kompletno oslobađanje mozga

od fizičkog ograničenja tela
i motora opažajnog zadatka.

Životinja kontroliše avatar
da bi dodirnula mete.

I ona oseća teksturu tako što
prima električnu poruku direktno u mozak.

I mozak odlučuje koja tekstura je
povezana sa nagradom.

Objašnjenja koja vidite na filmu
ne pojavljuju se zbog majmuna.

Oni ionako ne znaju da čitaju engleski,

tako da su ona ovde samo zbog vas
da znate tačnu metu koja menja položaj.

I opet, oni mogu da ih nađu
pomoću dodirnog razlikovanja,

i mogu da je pritisnu i izaberu.

Tako da kad pogledamo mozgove ovih životinja,

na gornjem panelu vidite raspored 125 ćelija

koji pokazuje šta se dešava
sa moždanom aktivnošću, sa električnim olujama,

ovog uzorka neurona u mozgu

kada životinja koristi džojstik.

I to je slika koju svaki neurofiziolog zna.

Osnovni raspored pokazuje da se ove ćelije
kodiraju za sve moguće pravce.

Donja slika pokazuje šta se dešava
kada telo prestane da se pomera

i životinja počne da kontroliše
bilo robotski uređaj ili kompjuterskog avatara.

Koliko god brzo možemo
da resetujemo naše kompjutere,

moždana aktivnost se menja da bi počela
da predstavlja ovaj novi alat,

kao da je to takođe deo tela tog primata.

Mozak to usvaja takođe, onoliko brzo
koliko to možemo da izmerimo.

Tako da nam to pokazuje
da se naš osećaj sebe

ne završava u poslednjem sloju
epitela naših tela,

nego se završava u poslednjem sloju elektrona
alata kojima upravljamo pomoću naših mozgova.

Naše violine, naša kola, naši bicikli,
naše fudbalske lopte, naša odeća -

sve to se asimiluje ovim halapljivim, neverovatnim,
dinamičkim sistemom zvanim mozak.

Koliko daleko možemo da odemo?

U eksperimentu koji smo sproveli pre nekoliko godina,
odveli smo ovo do krajnjih granica.

Stavili smo životinju da trči
na točku koji se okreće

na Djuk univerzitetu
na istočnoj obali Sjedinjenih Država,

koja proizvodi moždane oluje
potrebne za kretanje.

I imali smo robotski uređaj,
humanoidnog robota,

u Kjotu, u Japanu u ATR Laboratorijama,

koji je sanjao celog života
da ga kontroliše mozak,

ljudski mozak ili mozak primata.

Ovde se dešava da je moždana aktivnost
koja generiše pokrete majmuna

prenesena u Japan i pokrenula robota

dok je snimak ovog hodanja
poslat nazad u Djuk,

da bi majmun video noge robota
kako hodaju ispred njega,

Tako da je mogao da bude nagrađen,
ne za ono što radi njegovo telo

nego za svaki tačan korak robota
na drugoj strani planete

koga kontroliše njegova moždana aktivnost.

Zanimljiva stvar, taj povratni put oko zemljine kugle
trajao je 20 milisekundi kraće

nego što je trebalo toj moždanoj oluji
da napusti glavu, glavu majmuna,

i stigne do sopstvenog mišića.

Majmun je pomerao robota koji je bio
šest puta veći, preko planete.

Ovo je jedan od eksperimenata u kome je
robot mogao da hoda nezavisno.

Ovo je CB1 kako ispunjava svoj san u Japanu

pod kontrolom
moždane aktivnosti primata.

Dakle kuda ćemo ovo da odvedemo?

Šta ćemo da uradimo
sa svim ovim istraživanjem,

pored proučavanja osobina ovog
dinamičnog univerzuma između naših ušiju?

Ideja je da se uzme
sve ovo znanje i tehnologija

i da se pokuša da se reši jedan od najtežih
neuroloških problema na svetu.

Milioni ljudi su izgubili sposobnost
da prevedu ove moždane oluje

u akciju, u pokret.

Iako njihovi mozgovi nastavljaju da proizvode
oluje i kodove za pokrete,

oni ne mogu da pređu barijeru koju je napravila
povreda u kičmenoj moždini.

Naša ideja je da
napravimo zaobilaznicu (bajpas),

da iskoristimo ove sisteme moždane mašine
da pročitamo ove signale,

veće moždane oluje koje sadrže
potrebu da se pokrenu ponovo,

zaobilazeći povredu koristeći
kompjuterski mikroinženjering

i pošaljemo ih u novo telo, čitavo telo
zvano egzoskelet,

celo robotsko odelo koje će postati
novo telo ovih pacijenata.

I možete da vidite sliku
koju je napravio ovaj konzorcijum.

Ovo je neprofitni konzorcijum zvani
projekat "Hodajmo ponovo"

koji spaja naučnike iz Evrope,

odavde iz Sjedinjenih Država i Brazila

da bi radili zajedno
na pravljenju ovog novog tela -

tela za koje verujemo,
kroz iste plastične mehanizme

koji su omogućavali Aurori i drugim majmunima da koriste
ove alate pomoću sistema moždane mašine

i koji omogućavaju nama da objedinimo alate koje proizvodimo
i koristimo u svakodnevnom životu.

Ovaj mehanizam, nadamo se,
omogućiće ovim pacijentima,

ne samo da zamisle ponovo
pokrete koje žele da naprave

i prevedu ih u pokrete
ovog novog tela,

nego da prihvate ovo telo kao
novo telo koje mozak kontroliše.

Rekli su mi pre 10 godina

da se ovo nikad neće desiti,
da je to skoro nemoguće.

A ja samo mogu da vam kažem
kao naučnik,

odrastao sam u južnom Brazilu
sredinom šezdesetih

gledajući nekoliko ludaka koji su govorili
da će da odu na Mesec.

I kad sam imao pet godina,

i nikad nisam razumeo zašto NASA nije uzela
Kapetana Kirka i Spoka za taj posao;

ipak, bili su veoma iskusni -

ali samo gledajući kao dete

nateralo me je da poverujem,
kao što mi je baka govorila,

da je "nemoguće samo moguće

za koje se neko nije potrudio da ga ostvari".

Govorili su mi da je nemoguće
da se učini da neko prohoda.

Mislim da ću slediti bakin savet.

Hvala vam.

(Aplauz)