Một con khỉ điều khiển cánh tay máy bằng suy nghĩ. Thật không?

Liệu chúng ta có thể sử dụng bộ não để trực tiếp điều khiển một cỗ máy mà không cần đến cơ thể? Miguel Nicolelis tường thuật lại một thí nghiệm gây sửng sốt: Một con khỉ thông minh tại Mỹ, học cách điều khiển một hình nhân và một cánh tay máy tại Nhật, chỉ bằng suy nghĩ của nó. Công cuộc nghiên cứu có liên quan rất lớn đến những người bị liệt chic--và có lẽ là đến tất cả chúng ta
(Ghi hình tại TEDMED 2012.)

Loại thần kinh học
mà tôi và các đồng nghiệp nghiên cứu

gần giống như một nhà dự báo thời tiết.

Chúng tôi luôn đuổi theo
những cơn bão ý tưởng.

Chúng tôi muốn quan sát và đo đạc chúng

Và dù luôn nói về ý tưởng
trong cuộc sống hàng ngày

chúng ta lại hiếm khi quan sát và lắng nghe

Vậy nên tôi luôn muốn mở đầu
buổi nói chuyện này

bằng việc giới thiệu đến bạn
một trong những ý tưởng đó

Đây là lần đầu tiên chúng tôi ghi nhận
dữ liệu của hơn một tế bào thần kinh--

một trăm tế bào não cùng lúc

Chúng tôi đã có thể đo đạc
những tia điện phóng ra

từ một trăm tế bào của một con vật,

đây là hình ảnh đầu tiên
mà chúng tôi có được,

trong 10 giây đầu tiên
của quá trình ghi nhận dữ liệu.

Chúng tôi có một dòng suy nghĩ nho nhỏ

và có thể trông thấy nó ngay trước mắt

Tôi luôn nói với các sinh viên rằng

chúng ta có thể gọi những nhà thần kinh học
là những nhà thiên văn học

vì chúng tôi đang nghiên cứu một hệ thống

mà nếu chỉ nói về số lượng tế bào
thì nó có thể so sánh được

với số lượng các ngân hà trong vũ trụ

Ở đây, trong hàng tỉ tế bào thần kinh

đang được ghi dữ liệu,
10 năm trước, là một trăm.

Hiện tại, chúng tôi đang ghi dữ liệu
của một ngàn tế bào

Và từ đó, chúng tôi hy vọng có thể hiểu được
điều gì đó về bản chất loài người

Vì, nếu bạn vẫn chưa biết,

thì đây, mọi thứ mà chúng ta dùng
để xác định bản chất con người

đến từ những ý tưởng này,
đến từ những vùng lồi lõm trong bộ não

và chúng xác định kí ức, niềm tin

những xúc cảm
và kế hoạch cho tương lai của chúng ta.

Mọi thứ mà chúng ta làm,

từng, đang và sẽ làm

đòi hỏi sự lao động vất vả
của vô số tế bào thần kinh

Và âm thanh của những ý tưởng này,
nếu bạn chưa từng được nghe,

là cái gì đó nghe như thế này.

Bạn có thể vặn to nó lên nếu muốn.

Con trai tôi gọi đây là
" tiếng bắp nổ khi đang nghe đài bị nhiễu sóng"

Đây là một bộ não.
Đây là những gì sẽ diễn ra

khi bạn dẫn những luồng điện trường này
qua một cái loa.

Khi đó bạn sẽ nghe thấy
một trăm tế bào não đang bắn ra

não bạn, não tôi hay của bất cứ ai
sẽ nghe như thế này

Cái mà chúng tôi, những nhà thần kinh học
muốn thực hiện

là thực sự lắng nghe
những âm hưởng của bộ não

và lọc ra những thông điệp
mà nó mang đến

Cụ thể, khoảng 12 năm trước

chúng tôi tạo ra bộ xử lí sơ bộ
đặt tên là giao diện não cơ học

Lược đồ này sẽ cho các bạn thấy
nó hoạt động như thế nào,

Ý tưởng là, hãy dùng bộ cảm biến để nghe thấy
những luồng điện trường được phóng ra này

bạn sẽ thấy rằng
trong cùng một khoảng thời gian

để cơn bão này đi từ não
xuống chân hay tay của một con vật--

mất khoảng nửa giây--

Để xem chúng ta có thể đọc được
những tín hiệu này hay không

có thể rút ra những thông điệp thần kinh
ẩn chứa bên trong nó hay không,

và chuyển nó sang
một loại mệnh lệnh số học

rồi chuyển nó đến một thiết bị nhân tạo

mô phỏng bánh xe dây thần kinh chủ động
của bộ não đó trong thực tại

Và xem liệu chúng ta
có thể diễn giải thông điệp đó đến đâu

Khi chúng ta so sánh
cách mà cơ thể làm vậy

Và liệu ta có thể thực sự cung cấp sự phản hồi,

những tín hiệu cảm giác ngược trở lại
từ bộ phận người máy điện toán

hiện đang được kiểm soát bởi bộ não

Lại nói về não

Làm thế nào bộ não xử lí

việc nhận thông điệp
từ một chiếc máy nhân tạo

Và đó chính xác là điều
mà chúng tôi đã làm 10 năm về trước

Chúng tôi bắt đầu với một chú khỉ tên là Aurora

chú khỉ trở thành siêu sao
trong lĩnh vực này

Aurora thích chơi điện tử

như bạn thấy đấy

Nó thích sử dụng cần điều khiển để chơi trò này,
giống như chúng ta, hay các con của chúng ta

Và vì là một loài linh trưởng phát triển,
nó thậm chí biết ăn gian để chọn đúng câu trả lời.

thậm chí trước sự xuất hiện
của một mục tiêu

mà nó phải di trỏ chuột, đựơc điều khiển
bởi bộ điều khiển nó đang chơi

Aurora đang cố gắng tìm mục tiêu,
bất kể nó đang ở đâu

và nếu nó làm thế

vì mỗi lúc nó di trỏ chuột qua mục tiêu

Nó được thưởng
một giọt nước cam Brazil,

Tôi có thể nói rằng bất kì con khỉ nào
cũng sẽ làm việc cho bạn

nếu bạn cho nó một giọt nước cam Brazil

Thực ra, bất kì động vật linh trưởng nào
cũng sẽ làm như thế

Hãy nghĩ về nó

Bạn thấy khi mà Aurora chơi trò chơi

và thực hiện hàng ngàn thử thách một ngày

và đạt độ chính xác 97%
tương đương 350ml nước cam

Chúng tôi ghi dữ liệu
những ý tưởng sản sinh trong đầu nó

và chuyển chúng đến
một cánh tay người máy

đang học hỏi để mô phỏng
những chuyển động của Aurora

Vì ý tưởng ở đây là để thực sự kích hoạt
giao diện não cơ học

và ép Aurora chơi trò chơi
bằng suy nghĩ của mình.

mà không can thiệp đến cơ thể của nó.

Những ý tưởng trong đầu nó
sẽ điều khiển một cánh tay

để di chuyển trỏ chuột qua mục tiêu.

Và chúng tôi bị sốc
vì Aurora đã làm được

Nó chơi trò này
mà không di chuyển thân mình.

Vậy nên mọi đường đi của con trỏ chuột
mà bạn thấy ngay đây.

đây là những khoảnh khắc đầu tiên
khi nó làm được điều này.

Cái khoảnh khắc đầu tiên đó

một ý định trong não được giải phóng
khỏi những giới hạn cơ thể của loài linh trưởng

và bộc phát ra thế giới bên ngoài,

qua việc điều khiển
một thiết bị nhân tạo.

Aurora tiếp tục chơi trò này,
tiếp tục tìm kiếm những mục tiêu nhỏ

và lấy được những giọt nước cam mà nó muốn

Nó làm được như vậy
vì lúc đó nó mới có được cánh tay mới

Cánh tay máy mà bạn thấy
đang chuyển động ở đây sau 30 ngày,

sau đoạn phim đầu tiên
mà tôi vừa chiếu

được điều khiển bởi bộ não của Aurora

di chuyển trỏ chuột đến mục tiêu

Giờ Aurora biết rằng
nó có thể chơi trò đó bằng cánh tay máy này,

mà không bị mất đi khả năng sử dụng
cánh tay của chính mình để làm điều nó muốn.

Nó có thể gãi lưng, gãi chúng ta,
hay chơi trò chơi khác.

Với mọi mục đích và bằng mọi cách

Não của Aurora
đã sáp nhập thiết bị nhân tạo đó

thành một phần mở rộng của cơ thể

Kiểu mong muốn sở hữu
trong não của Aurora

được khuếch trương
để lấy một thêm cánh tay nữa.

Chúng tôi làm thế 10 năm về trước.

10 năm trôi qua nhanh

Mới năm ngoái, chúng tôi nhận ra rằng
bạn thậm chí không cần đến một thiết bị máy móc

bạn chỉ cần tạo một cơ thể điện toán,
một hình nhân, một con khỉ hình nhân

Và bạn có thể thực sự sử dụng nó
để tương tác với những con khỉ khác

hay huấn luyện chúng nghĩ rằng

khía cạnh con người đầu tiên của nó
trong thế giới ảo

và sử dụng hoạt động bộ não
để điều khiển những cánh tay của hình nhân

Cái chúng tôi làm, cơ bản
là huấn luyện những con vật

học cách điều khiển những hình nhân này

thám hiểm những vật thể
xuất hiện trong thế giới ảo.

Những vật thể này trông giống hệt nhau,

nhưng khi hình nhân
thông qua bề mặt của chúng

gửi đi một thông điệp tĩnh điện
tương xứng với kết cấu vi xúc giác của vật thể

chuyển ngược lại đến bộ não của con khỉ,

thông báo cho nó rằng
hình nhân đang chạm vào một cái gì đó.

Chỉ trong 4 tuần, bộ não học hỏi
cách xử lí hiện tượng mới này

và đạt được một cách thức cảm nhận mới--
như một giác quan mới

Và bạn thực sự giải phóng bộ não

bằng cách cho phép nó gửi đi
những mệnh lệnh thần kinh để di chuyển hình nhân

Phản hồi nhận được từ hình nhân
được trực tiếp xử lí bởi não bộ

mà không có sự can thiệp của da.

Cái mà bạn đang nhìn thấy ở đây
là thiết kế của bài tập.

bạn sẽ thấy một con vật cơ bản
đang chạm vào 3 mục tiêu

nó phải chọn một trong số đó
vì chỉ có một mục tiêu là có phần thưởng

là nước cam mà nó muốn lấy.

Nó phải chọn chạm vào mục tiêu
bằng cách sử dụng một cánh tay ảo

Đây là cách mà chúng thực hiện.

Đây là sự giải phóng hoàn toàn não bộ

khỏi sự kìm kẹp của cơ thể và thần kinh
trong một bài tập tri giác

Con vật đang điều khiển hình nhân
để chạm vào mục tiêu

Nó cảm nhận kết cấu
qua một thông điệp tĩnh điện từ não

và bộ não quyết định
kết cấu nào liên quan đến phần thưởng.

Những huyền thoại mà bạn thấy trong phim
không xuất hiện ở những con khỉ

Nhân tiện, chúng cũng không được viết
bằng tiếng anh,

chúng chỉ được trình chiếu ở đây
cho các bạn thấy mục tiêu chính xác đang di chuyển

Tuy nhiên, những con vật có thể tìm ra
chúng bằng phân biệt xúc giác

Chúng có thể nhấn chọn nó

Khi chúng ta quan sát bộ não
của những con vật này,

bạn sẽ thấy bảng trên cùng
là một hàng 125 tế bào

cho thấy những gì xảy ra
với hoạt động của bộ não,

những cơn bão điện từ
của mẫu tế bào thần kinh này trong não

Khi những con vật này
sử dụng cần điều khiển.

Đó là bức ảnh
mà mọi nhà vật lí sinh học thần kinh đều biết đến

Hàng cơ bản cho thấy những tế bào này
đang mã hóa mọi lệnh chỉ đạo

Bức ảnh bên dưới là điều xảy ra khi
cơ thể dừng chuyển động

và con vật bắt đầu điều khiển
hoặc thiết bị máy hoặc hình nhân điện toán

Bằng với tốc độ
mà chúng ta khởi động lại một máy tính

hoạt động của bộ não
bắt đầu xem công cụ mới này

như thể nó là một phần cơ thể
của loài linh trưởng

Bộ não đang đồng hoá nó
rất nhanh chóng

Điều đó cho thấy rằng,
cảm giác mong muốn sở hữu

không kết thúc
tại lớp biểu mô cuối cùng của cơ thể

mà tại lớp điện tử cuối cùng
của những công cụ mà ta ra lệnh bằng não

Đàn Vi-ô-lông, xe, xe đạp,
quả banh, quần áo--

chúng đều bị đồng hóa bởi hệ thống
tham lam, năng động mà ta gọi là não

Chúng ta có thể đạt được
gì khác ?

Trong một thí nghiệm nhiều năm trước.
Chúng tôi đưa điều này đến một giới hạn

Chúng tôi để một con vật
chạy trên guồng quay

tại Đại Học Duke, Bờ Đông nước Mỹ

bằng cách tạo ra
một ý tưởng cần thiết để di chuyển.

Chúng tôi sử dụng một thiết bị,
một người máy tại Tokyo, Nhật Bản.

những phòng thí nghiệm ATR

là những phòng thí nghiệm
được điều khiển bởi bộ não

bộ não người hay bộ não của linh trưởng.

Điều xảy ra ở đây là hoạt động của não
tạo ra chuyển động của con khỉ

được truyền đến Nhật Bản
và khiến cho người máy bước đi

đoạn phim về việc này
được truyền ngược về Duke,

Và con khỉ có thể thấy những cái chân robot
di chuyển trước mắt nó

Và nó được thưởng vì những gì
không phải do những gì cơ thể nó làm

mà gì mỗi bước di chuyển chính xác
của con robot ở phía bên kia địa cầu

mà bộ não của nó điều khiển

Điều thú vị là, chuyến đi vòng địa cầu đó
chỉ tốn 20/phần nghìn giây

ít hơn so với ý tưởng của bộ não
khi nó rời não bộ của con khỉ

để truyền đến cơ bắp của nó.

Con khỉ đang di chuyển con robot
to gấp 6 lần, phía bên kia địa cầu

Đây là một trong những thí nghiệm
trong đó, robot có thể tự di chuyển

Đây là CB1, đang thực hiện giấc mơ của mình
tại Nhật Bản

dưới sự điều khiển bời hoạt động não
của một con linh trưởng

Chúng ta sẽ tiến được đến đâu
trong lĩnh vực này?

Chúng ta sẽ làm gì
với nghiên cứu này,

bên cạnh việc nghiên cứu đặc tính
của cái vũ trụ năng động nằm giữa hai tai?

chúng tôi sẽ sử dụng sự hiểu biết và kỹ thuật này

để hồi phục những vấn đề nghiêm trọng
của hệ thần kinh trên khắp thế giới

Hàng triệu người đã bị mất khả năng
chuyển hoá ý tưởng

thành hành động, cử động

Mặc dù bộ não của họ tiếp tục tạo ra
ý tưởng và đoạn mã cho chuyển động đó

họ lại không thể vượt qua rào cản
từ tổn thương cột sống

Vậy nên ý tưởng của chúng tôi
là tạo ra một đường vòng,

và sử dụng giao diện của bộ não cơ học
để đọc những tín hiệu này

ý tưởng với quy mô lớn hơn
chứa đựng những khát vọng di chuyển trở lại

vòng qua chỗ tổn thương
sử dụng một thiết bị điện toán nhỏ

chuyển nó đến một cơ thể mới,
được gọi là bộ giáp ngoài

một bộ đồ người máy sẽ trở thành
cơ thể mới của những bệnh nhân này

bạn có thể nhìn thấy một hình ảnh
được tạo ra bởi tổ hợp doanh nghiệp

Đây là một tổ hợp doanh nghiệp phi lợi nhuận
Dự Án Bước Đi Trở Lại (Walk again Project)

Tập hợp các nhà khoa học từ Châu Âu

Mỹ và Brazil

để nghiên cứu và tiến hành
tạo ra cơ thể mới --

một cơ thể mà chúng tôi tin rằng,
thông qua tạo hình cơ chế máy móc

cho phép Aurora và những con khỉ khác
sử dụng công cụ qua giao diện não cơ học

cho phép chúng ta sử dụng
những công cụ trong cuộc sống hằng ngày

Đối với cơ chế tương tự, chúng tôi hy vọng,
sẽ giúp những bệnh nhân này

không chỉ tưởng tượng lại
những di chuyển mà họ muốn thực hiện

mà thực sự di chuyển bằng cơ thể mới,

dưới sự điều khiển của não bộ

10 năm trước có người bảo tôi rằng

điều này sẽ không bao giờ xảy ra,
nó gần như là không thể

Với tư cách là nhà khoa học
tôi chỉ có thể nói với bạn rằng

Tôi lớn lên tại Nam Brazil
trong những năm 60

chứng kiến một vài anh bạn điên khùng
nói với chúng tôi rằng họ sẽ lên mặt trăng

Lúc đó mới 5 tuổi,
tôi đã chẳng bao giờ hiểu nổi

tại sao họ không thuê
Chỉ Huy Kirk và Spock để làm việc đó;

suy cho cùng thì
họ thạo việc đó mà--

nhưng chứng kiến điều đó
khi còn là một đứa trẻ

khiến tôi tin rằng,
như bà tôi đã từng nói,

"Điều không thể chính là điều có thể

mà người nào đó chưa nỗ lực đủ
để biến nó thành hiện thực"

Họ nói với tôi là
không thể nào khiến người nào đó bước đi

Vậy nên tôi nghĩ rằng
mình sẽ nghe theo lời khuyên của bà.

Xin cám ơn

(Vỗ tay)