Az agy—agy kapcsolat már jelen van. Hogyan csináltuk?

Lehet, hogy még emlékeznek Miguel Nicolelis neurológus kutatóra. Ő hozta létre az agy által irányított külső csontvázat, amely lehetővé tette egy bénult embernek, hogy a 2014-es világkupán elvégezhesse a kezdőrúgást. Min dolgozik most? Módszereket dolgoz ki, hogy két agy (jelenleg patkányok és majmok agya) közvetlenül üzeneteket küldhessen egymásnak. Figyeljük a kísérlet végét is, mert — mint mondja — elérünk "képzelőtehetségünk határára".

2014. június 12-én, pont 3:33-kor

egy enyhe téli délután
a brazíliai São Paulóban

egy tipikus dél-amerikai téli délutánon

— a képen látható fiú, fiatalember,

aki mintha a gólját ünnepelné —,

ez a 29 éves Juliano Pinto,
csodálatos tettet hajtott végre.

Noha béna, és nem érez semmit

a lábujja hegyétől mellmagasságig
egy hat évvel ezelőtt történt

autóbaleset következményeként,
amelyben meghalt a fivére,

Julianónak megsérült a gerincvelője,
s így tolószékbe kényszerült.

Juliano aznap felnőtt a feladatához,
s olyan dolgot mutatott,

ami azoknak, akik 6 évig bénultnak
látták, lehetetlennek tűnt.

Juliano Pinto végezte a kezdőrúgást

a 2014-es brazíliai labdarúgó
világbajnokságon

— csupán gondolkodás útján.

Nem tudta mozgatni a testét,

de el tudta képzelni, milyen
mozdulatokkal tudja elrúgni a labdát.

Sérülése előtt sportoló volt.
Most parasportoló.

Remélem, pár év múlva
Indul a paralimpiai játékokon.

De gerincvelő-sérülés egyvalamitől
nem fosztotta meg Julianót:

ez pedig az ábrándozás képessége.

És aznapi álmát valóra váltotta
a stadion hetvenötezres közönsége,

és közel egymilliárd tévénéző előtt.

A kezdőrúgás harmincéves
alapkutatást koronázott meg,

amely során azt vizsgálták,

hogy működik az agy, ez a csodás
univerzum a két fülünk között,

amely csak a fejünk fölötti
univerzumhoz fogható,

mert százmilliárdnyi,

egymással elektromos kisüléssel
társalgó elemet tartalmaz.

Amit Juliano megtett, ahhoz
30 év laboratóriumi töprengés

és 15 év tervezés kellett.

John Chapinnel 15 évvel ezelőtt
egy cikkben javasoltuk,

hogy építsünk meg egy
ú.n. agy-gép interfészt, csatolót,

ami azt jelenti, hogy összekötjük
az agyat a berendezésekkel,

így az állatok és az emberek
mozgatni tudják a berendezéseket,

nem számít, milyen messze van tőlük,

elég csak rágondolniuk arra,
amit meg akarnak tenni.

Munkatársaink elmondták, hogy
szakmai segítséget kell kérnünk

pszichiáterektől.

De a skót és a brazil kutató
rendületlenül végezte a munkáját,

mert mindkettőnket
így neveltek saját hazánkban,

és vagy 12-15 éven keresztül

újra és újra bemutattuk,
hogy ez megvalósítható.

Az agy-gép csatoló nem űrtechnika,

csupán az agykutatás terméke.

Érzékelőket használ

az agy által keltett
elektromos kisülések észlelésére,

amelyek mozgató utasításokat hoznak létre,

az utasítások aztán a gerincvelőbe jutnak.

Olyan érzékelőt terveztünk,
amely egyidejűleg észlelheti

a korábban több száz, ma már
több ezer agysejt jeleit,

és ki tudja választani belőlük
az agy által keltett,

a mozgás megtervezésére alkalmas
elektromos jeleket,

hogy a térben mozgassanak bennünket.

Mi átalakítottuk ezeket a jeleket
digitális utasításokká,

amelyeket a mechanikus, elektronikus vagy
virtuális eszközök képesek értelmezni.

s így a beteg el tudja képzelni,
hogy mijét akarja mozgatni,

az eszköz pedig teljesíti
az agy utasítását.

Az eszközt sokféle,
eltérő típusú érzékelővel láttuk el,

mindjárt bemutatom őket,

velük üzeneteket küldtünk az agyba,

megerősítve, hogy az akaratlagos
mozgás teljesítése folyik, akárhol,

a beteg mellett, a szomszédban,
vagy a Föld túloldalán.

Amint ez az üzenet visszacsatolást
ad az agynak,

az agy fölfogja feladatát:
meg kell mozdítania bennünket.

Az egyik kísérletben,
amelyet közzétettünk pár éve,

egy majom, testének mozgatása
nélkül megtanulta,

hogyan irányítsa

nem létező, virtuális keze mozgását.

Most a majom agyának hangja hallatszik,

miközben a majom három különböző,
látványra egyforma gömböt

derít fel a virtuális térben.

Ahhoz, hogy jutalmul egy kis
narancslevet kapjon, amit szeret,

az állatnak tapintással kell észlelnie,
kiválasztania

valamelyik tárgyat,

nem látás útján, hanem tapintással,

mert mindig, amikor a virtuális keze
megérinti az egyik tárgyat,

egy villamos impulzus
jut vissza az állat agyába,

amely leírja a tárgy felszínének
finom szerkezetét,

így az állat meg tudja ítélni,
melyik tárgyat kell megfognia,

és ha sikerül neki, megkapja a jutalmát,
anélkül, hogy egy izmát is mozgatta volna

A tökéletes brazil ebéd:

megkapjuk a narancslevünket,
anélkül, hogy megmozdulnánk.

Miután láttuk, hogy ez megtörtént,

javasoltuk a 15 éve közzétett ötlet
kivitelezését.

Újból elővettük azt a közleményt.

Feltúrtuk érte a fiókjainkat,

és azt mondtuk, hogy
hozzásegíthetünk egy bénult embert,

hogy az agy-gép csatoló révén
visszanyerje a mozgását.

Az ötlet az volt, hogy
ha valakit baleset ért—,

és szerencsétlenség bárkit érhet,

a balesetek hirtelen történnek.

Egy ütközés pillanatok kérdése,

és a baleset teljesen
átalakítja az életünket.

Ha a gerincvelőnk megsérül,

megbénulunk, mert az agyi kisülések
nem jutnak el az izmokba.

De agyi kisülések továbbra is
keletkeznek. A két végtagjukra,

vagy minden végtagjukra bénultak
éjszakánként mozgásról álmodnak.

Benne van a fejükben.

Az a nehézség, hogyan
nyerjük ki onnan a kódot,

és hogyan indítsuk el
újra a mozgást.

Tehát azt javasoltuk,
hogy készítsünk egy új testet.

Készítsünk egy robotmellényt.

Juliano pontosan ezért tudta elrúgni
a labdát — csak gondolatai útján —,

mert az első, agyi szabályozású
robotmellényt viselte,

amelyet végtagbénult betegek
mozgásra használhatnak,

és visszanyerhetik
a hiányzó visszacsatolást.

15 éve ez volt a kiinduló ötlet.

Be szeretném mutatni,
hogy 156 ember 25 országból,

gyönyörű Földünk öt világrészéből

otthagyta eddigi életét, kiváltságait

faképnél hagyta feleségét, kutyáját,
gyerekeit, iskoláját, munkáját,

hogy 18 hónapra Brazíliába jöjjön,
hogy ez sikerüljön.

Pár évre rá, hogy Brazília elnyerte
a világkupa rendezési jogát,

megtudtuk, hogy a brazil kormány
valami jelentőségteljessel

akar előrukkolni a nyitó ünnepségen,

abban az országban, amely újra
föltalálta és tökéletesítette a focit,

— amíg nem kerültünk szembe a németekkel.

(Nevetés)

De ez már más tészta,

és erről más neurológusoknak
kell beszélniük.

Brazília meg akarta mutatni,

hogy ez egy teljesen más ország,

olyan, amely értékeli
a tudományt és a technológiát,

és milliókat tud megajándékozni,
25 millió embert a világon,

akik gerincvelő-sérülésük miatt
mozgásképtelenek.

Megkerestük a brazil kormányt,
és a FIFA-t, és javasoltuk,

hogy a 2014-es világkupán
a kezdőrúgást

egy brazil végtagbénult végezze,

aki gondolatvezérlésű külső csontvázat
használ, ezért el tudja rúgni a labdát,

és érezni képes a labdát.

Úgy néztek ránk, mint a tök hülyékre,

de azt mondták: "OK, próbálják meg".

18 hónapunk volt rá, a nulláról kezdtük.

Nem volt külső csontvázunk,
nem voltak pácienseink,

még semmit sem tettünk.

Ezek az emberek összejöttek.

és 18 hónap alatt a tréningen
lett 8 páciensünk,

és tulajdonképpen
a nulláról hoztuk föl ezt a fickót,

akit Bra-Santos Dumont 1-nek neveztünk el.

Az elsőként megépítendő,
gondolatvezérlésű külső csontvázat

a leghíresebb brazil tudósról neveztük el,

Alberto Santos Dumont-ról,

aki 1901. október 19-én
milliók szeme láttára fölszállt

Párizsban az általa megalkotott,
első irányítható léghajóval.

Elnézést, amerikai barátaim,

én Észak-Karolinában élek,

de ez két évvel a Wright-fivérek

Észak-Karolina partján tett
repülése előtt történt.

(Taps)

A repülésirányítás brazil találmány.
(Nevetés)

Úgyhogy, ezekkel a fickókkal együtt

összeraktuk a külső csontvázat,

egy 15 szabadságfokú
hidraulikus gépezetet,

amelyet nem-invazív technológiával nyert

agyi jelekkel lehet vezérelni,
az ú.n. elektroenkefalográfiával.

Ez lehetővé teszi, hogy
a páciens elképzelje a mozgást,

és továbbküldje az utasítást
a szabályozóknak, a motoroknak,

és végrehajtassa.

A külső csontvázat mesterséges
bőrrel vontuk be,

amelyet jó barátom, Gordon Cheng
talált föl Münchenben,

hogy a páciens mozgó ízületet
és földet érintő lábat érezzen,

amely a mellényén, ingén
keresztül visszacsatolódik hozzá.

Ez egy rezgőelemekkel felszerelt
okos ing,

amely a visszacsatolást valósítja
meg, és becsapja a páciens agyát,

mert azt az érzetet kelti benne,
hogy nem a gép viszi,

hanem ismét ő maga jár.

Elindítottuk a dolgokat, és láthatják,

ahogy első ízben egyik páciensünk,
Bruno — már jár.

Pár másodperc múlva, mert
még mindenfélét állítgatunk,

látni fognak egy kék jelzőfényt
a sisakja elején,

mert Bruno el fogja képzelni
a tervezett mozgást,

a gép ezt elemezni fogja,
Bruno pedig jóváhagyja,

és a jóváhagyás után

a készülék mozogni kezd Bruno
agyának utasítására.

Bruno nem hibázta el,
és most elkezd járni.

9 év mozgásképtelenség után

önállóan jár.

Ráadásul —

(Taps)

nemcsak jár,

érzi is a talajt,

és ha a külső csontváz megépül,

Bruno elmondja, hogy
ismét jár Santos homokján,

azon a fürdőhelyen,
ahol balesete előtt járkált.

Az agya ezért kelt
új érzetet Bruno fejében.

Tehát jár, és a séta után
— fogytán az időm —

azt mondja: "Az a helyzet, fiúk,

hogy kölcsön kell kérnem
tőletek ezt a kütyüt,

amikor megnősülök,
mert el akarok menni a paphoz,

találkozni akarok az arámmal,
és önálló akarok nála lenni.

Persze, megkapja, amikor csak akarja.

Ezt akartuk bemutatni
a világkupa idején, de nem tudtuk,

mert rejtélyes okokból
a FIFA félbeszakította az adást.

Mindjárt Julianót látják, amint a
külső csontvázban elvégzi a rúgást;

percekkel előtte,
hogy kimentünk a pályára,

hogy a tömeg előtt a valóságban is
megcsináljuk a dolgot.

A fények, amelyeket látni fognak,
leírják a műveletet.

A villogó kék fény jelzi, hogy
a külső csontváz menetkész.

Eljutnak hozzá a gondolatok,
és leadja a visszacsatolást,

és amikor Juliano eldönti,
hogy belerúg a labdába,

látni fognak egy zöld és egy sárga fényt,

ami a sisakjából indul ki
és a lába felé tart, jelezve

az agyból kiinduló utasításokat,
melyeket a külső csontváz vesz,

és végrehajt.

13 másodperc alatt

Juliano véghezvitte.

Láthatják az utasításokat.

A fiú fölkészül, a labda
a helyén van, azután rúg.

A legcsodálatosabb dolog,

hogy 10 másodperccel az után,
hogy sikerült neki, ránk nézett,

és ünnepélyesen azt mondta:

"Éreztem a labdát."

Ez fölbecsülhetetlen értékű eredmény.

(Taps)

Merre tartunk?

Két percem van rá, hogy elmondjam,

az ügy az önök képzelőerejének
határa felé tart.

Az agy működtette technológia
már jelen van.

A legutóbbi eredményt egy éve közöltük le

az első agy-agy csatolóról,

amely lehetővé teszi, hogy két állat
gondolatokat váltson úgy,

hogy az egyikük, ha valamit lát
felbukkanni a környezetéből,

egy gondolati SMS-t,
egy neurofiziológiai torpedót

tud küldeni a másiknak,

az pedig végrehajtja a kellő műveletet,

anélkül, hogy tudná, milyen üzenet
érkezett a környezettől,

mert hiszen az üzenet
az első állat agyától érkezett.

Ez az első demó.

Még meg akarom mutatni önöknek
a legutóbbit.

Itt az látható, amikor az első patkány

a ketrec bal oldalán felvillanó
fény útján megtudja,

hogy akkor kap jutalmat, ha
megnyomja bal oldali ketrecet.

Odamegy és megnyomja.

Ezzel egy időben
küld egy gondolati üzenetet

a másik patkánynak,
amelyik nem látta a fényt,

és ez a patkány az esetek 70%-ában

megnyomja a bal oldali kart,
és ezért megkapja a jutalmát,

anélkül, hogy a fény
a retinájára jutott volna.

Most magasabbra emeltük a lécet,

és majmokat vettünk rá a gondolati
együttműködésre egy agyi hálózatban,

hogy engedjék át az agyműködésüket,

és úgy hangolják össze,
hogy mozgassák a virtuális kezet.

Itt a két majom első ízben
hangolja össze az agyműködését,

teljesen szinkronizálják az agyukat,
és megmozdítják a virtuális kezet.

Az egyik majom szabályozza az X dimenziót,

a másik az Y dimenziót.

Még érdekesebbé válik, ha három majom
vesz részt a kísérletben,

és arra kérjük az elsőt,
hogy szabályozza a X és az Y,

a másikat arra,
hogy szabályozza az Y és a Z,

a harmadikat arra, hogy
szabályozza az X és a Z dimenziót,

és rávesszük őket,
hogy együtt játsszák a partit,

három dimenzióban mozgassák a kezet, hogy
megszerezzék a híres brazil narancslevet.

És megoldják.

A fekete pont a párhuzamosan
működő agyak átlagát jelöli

valós időben.

Ez a biológiai számítógép definíciója,

amely agyi tevékenység útján
működik és mozgat.

Hová vezet mindez?

Fogalmunk sincs.

Mi csak kutatók vagyunk.

(Nevetés)

Azért fizetnek bennünket,
hogy gyerekek legyünk,

hogy elmerészkedjünk a végekig,
és fedezzük föl, mi van azon túl.

De egyet biztosan tudok:

néhány évtizeden belül egy nap,

amikor unokáink gondolati irányítással
szörföznek a hálón,

vagy egy anya szeme világát adja
vak, autista gyerekének,

vagy valaki agytól agyig kerülőút
segítségével kezd beszélni,

valakinek önök közül eszébe jut,
hogy a történet egy téli délután

egy brazil futballpályán kezdődött,
egy hihetetlen rúgással.

Köszönöm.

(Taps)

Köszönöm. (Taps)

Bruno Giussani: Miguel, köszönöm,
hogy tartottad magad az idődhöz.

Megérdemelnél még több időt is,
még egy pár percet,

mert van egy pár kifejtendő kérdés,

és világos: össze kell kapcsolni
az agyakat, hogy rájöjjünk,

mire vezet ez. Kössünk mindent össze.

Ha jól értem,

az egyik majom kap egy jelet,

a másik meg reagál a jelre,
mert az első majom

veszi a jelet, és továbbítja
a neurológiai impulzust.

Miguel Nicolelis:
Nem, nem egészen így van.

A majmok nem tudnak egymás létezéséről.

A visszacsatolás látás útján,
két dimenzióban történik,

de a feladatukat három dimenzióban
kell végrehajtaniuk.

A kezet három dimenzióban kell mozgatniuk.

De mindegyik majom csak két dimenziót lát

az általa irányított képernyőn.

Hogy el tudjuk végezni a feladatot,

az kell, hogy legalább két majom
hangolja össze az agyát,

de az ideális a három majom.

Rájöttünk: ha egyikük elkezd lazsálni,

a két másik majom rákapcsol,

hogy a lazsáló följavuljon,

így dinamikusan ismét összhangba kerülnek,

de az általános szinkronizálás
nem változik.

Ha módosítjuk az agyuk által
szabályozandó dimenziókat,

de nem szólunk a majmoknak róla,

mondjuk, ő most
az X és Y dimenziót szabályozza,

de ezután majd az Y és Z dimenziót kell,

az állat agya azonnal
elfelejti a régi feladatot,

és kezd összpontosítani az új dimenziókra.

Meg kell mondanom, hogy sem
Turing gépe, sem egy számítógép

nem tudja előrejelezni, mit fog tenni
egy agyakból álló hálózat.

A technológiát mint saját részünket
fogjuk magunkba szívni.

A technológia soha nem fog
magába szívni minket.

Az egyszerűen lehetetlen.

BG: Ezt hányszor tesztelted?

Hányszor volt a kísérlet sikeres,
illetve sikertelen?

MN: Ó, több tucatszor.

Három majommal? Ó, többször.

Ha nem csináltam volna meg jó
párszor, nem tudnék róla beszélni.

Az időszűke miatt elfelejtettem említeni,

hogy három hete egy európai kutatócsoport

bemutatta az első, embereken
végzett agy—agy kapcsolatot.

BG: Hogy jártak el?

MN: Volt egy pici információ — a
nagy ötletek szerényen indulnak —,

az egyik alany agyműködését
továbbították a másikéra,

mindezt nem-invazív technológiával.

Az első alany kapott egy vizuális
üzenetet, mint ahogy a patkányunk,

és továbbította a másik alanynak,

A másik agykérgének látásközpontja
vette a mágneses impulzust,

vagy egy más impulzust,
két különböző impulzust.

Az egyik impulzus idején
az alany látott valamit.

A másik impulzus idején
valami mást látott.

Képes volt élőszóban megadni,

milyen üzenetet küldött neki az első alany

interneten keresztül,
egy másik földrészről.

BG: Hűha! Oké, abba az irányba tartunk.

Ez lesz a jövő TED ülésen
a beszélgetésünk témája.

Miguel Nicolelis, köszönjük szépen.
MN: Köszönöm, Bruno. Köszönöm.