12. června 2014, přesně v 3.33
za zimního odpoledne v brazilském São Paulu,
během typického jihoamerického zimního odpoledne,
tento mladý muž, který se tu raduje,
jako kdyby dal gól,
devětadvacetiletý Juliano Pinto, dokázal fantastickou věc.
Přesto, že je ochrnutý
a nemá žádný cit od poloviny hrudi po špičky prstů na nohou,
kvůli autonehodě, při níž zemřel jeho bratr,
a jemu způsobila celkové přerušení míchy a upoutala ho tak na vozík,
Juliano si během této příležitosti stoupl a udělal toho dne něco, co skoro všichni
kolem něj během posledních šesti let považovali za nemožné.
Juliano Pinto provedl slavnostní výkop
během mistrovství světa ve fotbale roku 2014
pouze silou myšlenek.
Nemohl pohnout svým tělem,
ale dokázal si představit pohyby potřebné pro vykopnutí.
Před úrazem byl atlet. Nyní je para-atlet.
Doufám, že se za pár let zúčastní paralympiády.
Přerušení míchy pro Juliana neznamenalo
konec schopnosti snít.
Toho odpoledne předvedl svůj sen na stadionu před 75 000 diváky
a další miliardou diváků u televizních obrazovek.
Tento výkop korunoval třicet let základního výzkumu
funkcí mozku,
toho úžasného vesmíru, který si máme mezi ušima
a který se dá přirovanat jen k vesmíru nad našimi hlavami,
protože je složen asi ze 100 miliard prvků,
které si spolu povídají pomocí elektrických impulsů.
Julianova akce vyžadovala 30 let představ v laboratořích
a patnáct let plánování.
Když jsme s Johnem Chapinem před 15 lety napsali článek
o plánu vytvořit rozhraní mezi mozkem a strojem,
takže by se mozek mohl napojit na zařízení,
aby jím mohla zvířata i lidé pohybovat,
bez ohledu na vzdálenost mezi nimi,
pouze tím, že si představí potřebnou akci,
kolegové nám řekli, že potřebujeme profesionální pomoc
psychiatrického rázu.
Navzdory tomu jeden Skot a jeden Brazilec vytrvali,
protože už jsme tak z domova vychovaní,
a celých 12 nebo 15 let
jsme ukazovali pokus za pokusem, a tvrdili, že je to možné.
Rozhraní mezi mozkem a strojem není žádná velká věda,
stačí vám výzkum mozku.
Stačí použít senzory,
aby četly elektrické proudy, které mozek vytváří
při zadávání motorických příkazů,
které se pak předávají dále do míchy.
Navrhli jsme sensory, které dokáží číst
stovky a už i tisíce mozkových buněk současně
a odvozují z elektrických signálů
motorické pokyny, které náš mozek vydává,
abychom se mohli pohybovat v prostoru.
Přečtené signály jsme převedli do podoby digitálních příkazů,
kterým může rozumět libovolné mechanické, elektronické nebo virtuální zařízení.
Člověk si pak představí, čím chce pohnout
a ono zařízení poslechne jeho příkaz.
Tato zařízení jsou vybavena různými čidly,
jak za chvilku uvidíte,
abychom mohli poslat zprávu zpět do mozku pro potvrzení,
že vědomý motorický příkaz byl proveden – kdekoli
na místě, ve vedlejší místnosti, na druhé straně planety.
Jakmile tato zpětná vazba dorazila do mozku,
mozek splnil svůj cíl: způsobit pohyb.
Toto je jeden z experimentů publikovaný před několika lety,
ve kterém se opice, aniž by se pohnula,
naučila řídit pohyby virtuální ruky,
ruky, která fyzicky neexistuje.
Teď slyšíte zvuky mozku této opice,
který zkoumá tři rozdílné vzhledově identické koule
ve virtuálním prostoru.
Aby dostalo odměnu – kapku pomerančového džusu, který miluje –
musí toto zvíře objevit a vybrat jeden tento objekt
hmatem,
ne zrakem, ale dotykem,
protože pokaždé, když se virtuální ruka dotkne jednoho z těch objektů,
je vyslán zpět do mozku zvířete elektrický signál
popisující jemnou texturu na povrchu objektu,
takže zvíře pozná, který předmět uchopit,
a pokud to udělá, dostane odměnu, aniž by pohnulo svalem.
Dokonalý Brazilský oběd:
nehnete ani prstem, a dostanete pomerančový džus.
Když jsme tohle viděli,
vrátili jsme se zpět k nápadu, který jsme publikovali před 15 lety.
Zopakovali jsme publikovaný experiment.
Vytáhli jsme studii ze šuplíku
a navrhli jsme, že by možná ochrnutý člověk mohl
použít rozhraní mezi mozkem a strojem k znovuzískání pohyblivosti.
Podobné zranění může utrpět
kdokoli z nás.
Věřte mi, je to věc okamžiku.
Jedna milisekunda srážky
při dopravní nehodě, kompletně změní váš život.
Pokud dojde k celkovému přerušení míchy,
nemůžete se hýbat, protože signály z mozku se nedostanou k vašim svalům.
NIcméně, ty signály bude váš mozek vytvářet i nadále.
Praplegickým i kvadruplegickým pacientům se každou noc zdá o tom, že se pohybují.
V jejich hlavách je to v pořádku.
Jde o to dostat ten kód ven
a znovu vytvořit pohyb.
Navrhli jsme tedy: vytvořme nové tělo.
Vytvořme robotickou vestu.
Právě díky ní mohl Juliano vykopnout ten míč jen pomocí myšlenek,
protože měl na sobě první, mozkem ovládanou, robotickou vestu,
kterou mohou paraplegičtí pacienti používat k pohybu
a k obnovení zpětné vazby.
Tento nápad je 15 let starý,
Chci vám ukázat, jak 156 lidí z 25 zemí
ze všech pěti kontinentů naší nádherné Země
odložilo své životy, své výzkumy,
opustilo psy, ženy, děti, školy, zaměstnání,
aby se sešli v Brazílii a během 18 měsíců to dokázali zrealizovat.
Před pár lety, poté co Brazílie získala privilegium pořádat Mistrovství světa,
jsme se dozvěděli, že Brazilská vláda hledá něco smysluplného
pro zahajovací ceremoniál,
v zemi, která znovu objevila fotbal a zdokonalila ho
na téměř německou úroveň.
(smích)
Ale to je jiný příběh,
a o tom by měli mluvit jiní neurovědci.
Brazílie se chtěla představit
jako zcela jiná země,
země, která si váží vědy a technologie,
a která dokáže dát dárek 25 milionům lidí po celém světě,
kteří se nemohou hýbat kvůli poranění míchy.
Oslovili jsme brazilskou vládu a FIFA a navrhli jsme,
aby výkop Mistrovství světa v roce 2014
provedl brazilský paraplegik
pomocí exoskeletonu ovládaného mozkem, který mu umožní kopnout do míče
a pocítit kontakt s míčem.
Dívali se na nás jako na blázny,
ale řekli: "Dobře, zkusme to."
Měli jsme 18 měsíců na zvládnutí všeho, od začátku, od nuly.
Neměli jsme exoskeleton, neměli jsme pacienty,
nic nebylo připraveno.
Dali jsme se dohromady.
Za 18 měsíců jsme rutinně trénovali 8 pacientů.
V podstatě z ničeho jsme sestrojili chlapíka,
kterému říkáme Bra-Santos Dumont 1.
První umělý mozkem ovládaný exoskeleton
jsme pojemnovali po nejslavnějším brazilském vědci,
Albertu Santos Dumontovi,
který 19. října 1901 sám sestrojil a pilotoval
první člověkem řízený letoun, představený v Paříži před milionem lidí.
Omlouvám se svým americkým přátelům.
Bydlím v Severní Karolíně,
ale toto bylo dva roky před tím, než se podobná věc povedla
bratrům Wrightovým na pobřeží Severní Karolíny.
(potlesk)
Řízený let je brazilský. (smích)
Dali jsme tedy dohromady tým.
Námi vytvořený exoskeleton má 15 stupnů volnosti.
Je hydraulický
a ovládají ho signály z mozku,
snímané neinvazivně pomocí EEG (elektroencefalografie).
Stačí, aby si pacient představil pohyb,
a pokyn je předán řídící jednotce, pak motorům,
a pak je pohyb proveden.
Exoskeleton je pokryt umělou kůží,
kterou v Mnichově vynalezl můj skvělý přítel Gordon Cheng.
Ta umožňuje, aby vjemy z pohybu kloubů a z dotyku nohy se zemí
mohly přes vestu putovat zpět k pacientovi.
Tento oblek je pokryt mikrosnímači,
které vytvářejí zpětnou vazbu a ošálí tak pacientův mozek,
protože vzbudí pocit, že ho nenese stroj,
ale že on sám znovu chodí.
Podařilo se nám to. Teď uvidíte,
jak jeden z našich pacientů, Bruno, vskutku chodí.
Několik vteřin trvá, než všechno nastavíme.
Pak uvidíte modré světlo vepředu na helmě,
když si Bruno představuje pohyb, který má být proveden.
Počítač to zanalyzuje, Bruno to potvrdí,
a když je vše potvrzené,
zařízení se začne pohybovat podle pokynů Brunova mozku.
Právě se to povedlo a teď začíná chůze.
Po devíti letech bez možnosti se pohnout
sám chodí.
A co víc –
(potlesk) –
víc, než že jen chodí,
on cítí dotyk země.
Když se rychlost exoskeletonu zvýší,
řekne nám, že se znovu prochází po pláži v Santos,
kam chodíval, než se mu stala nehoda.
Proto je důležitá i zpětná vazba z pohybu.
Takhle šel, a na konci procházky
nám řek: "Lidičky,
tuhle věc potřebuju půjčit na svatbu,
abych mohl sám dojít ke knězi,
vidět svoji nevěstu a být tam osobně."
Pochopitelně mu to půjčíme, kdykoli bude chtít.
Chtěli jsme tohle promítat během mistrovství světa,
ale z neznámých důvodů z toho na straně FIFA sešlo.
Uvidíte Juliana v exoskeletonu, jak kope do míče,
chvíli před tím, než jsme šli na hřiště
a provedli vše naostro před celým publikem.
Uvidíte ta světýlka, která znázorňují průběh akce.
Puzlující modrá světla znamenají, že exoskeleton je připraven vyrazit.
Dokáže přijímat myšlenky a vracet zpětnou vazbu.
Jakmile se Juliano rozhodne vykopnout míč,
uvidíte dva proudy zelených a žlutých světel,
vycházejících z helmy a směřujících do nohou.
Představují mentální pokyny přijaté exoskeletonem,
který je provede.
Juliano vše provedl
během 13 vteřin.
Vidíte ty pokyny.
Připravuje se. Míč je položen. Vykopává.
Nejúžasnější na tom je,
že deset vteřin poté se na nás podíval
a nadšeně prohlásil:
"Já jsem ten míč cítil."
To je k nezaplacení.
(potlesk)
Kam tohle tedy směřuje?
Mám dvě minuty, abych vám řekl,
že míříme na hranice představitelnosti.
Technologie, ovlivňující mozek, je tu.
Poslední je toto: před rokem jsme publikovali zprávu
o prvním rozhraní mezi dvěma mozky,
díky kterému si dvě zvířata vyměňují mentální zprávy,
takže když jedno zvíře vidí něco ve svém prostředí,
může vyslat mentální SMS, neurofyziologické torpédo
druhému zvířeti,
a to druhé pak provede akci, kterou je třeba provést,
aniž by vědělo, co se stalo v onom prostředí,
protože ta zpráva přišla z mozku prvního zvířete.
Takže první ukázka.
Zkusíme to rychle, nejlepší přijde nakonec.
Tady vidíte, jak první potkan dostává informaci.
Na levé straně klece se rozsvítí světýlko.
To znamená, že má zatlačit vlevo, aby dostal odměnu.
Jde, a udělá to.
V téže chvíli odeslílá mentální zprávu
druhému potkanovi, který žádné světýlko neviděl.
Druhý potkan v 70 procentech případů
zmáčkne levou páčku a dostane odměnu,
aniž by kdy na jeho sítnici dopadlo světlo.
To jsme pozvedli na ještě vyšší úroveň,
když jsme propojili opice, aby spolupracovaly v mozkové síti.
V podstatě darují svou mozkovou kapacitu
a spojí se, aby společně ovládaly virtuální paži, kterou jsem vám ukazoval.
Tady vidíte první případ, kdy opice zkombinují své mozky,
dokonale je synchronizují a dokáží tak pohnout virtuální paží.
Jedna opice má na starosti osu x
ta druhá řídí pohyb na ose y.
Ještě zajímavější to je, když přidáte třetí opici.
Jedné pak dáte řídit x a y,
ta druhá řídí y a z
a ta třetí zase x a z.
Když jim dáte za úkol hrát tu hru společně,
tedy trefovat se ve 3D do cíle, abyste dostali pomerančový džus,
skutečně to dokážou.
Černý bod je průměr příkazů které dávají všechny mozky dohromady,
paralelně, v reálném čase.
Tohle je definice biologického počítače:
spolupráce mozkových aktivit za dosažením motorického cíle.
Kam se s tímhle dostaneme?
Nemáme tušení.
Jsme jen vědci.
(smích)
Platí nás za to, abychom byli dětmi.
Vlastně bychom došli na hranice a objevili, co je za nimi.
Jednu věc vím jistě.
Jednoho dne, za pár desetiletí,
až budou naši vnuci brouzdat po internetu jen pomocí myšlenek,
nebo bude maminka moci darovat svůj zrak autistickému nevidomému dítěti,
nebo někdo bude moci mluvit díky přemostění mezi dvěma mozky,
nekteří z vás si vzpomenou, že to začalo jednoho zimního odpoledne
na brazilském fotbalovém hřišti jedním neskutečným výkopem.
Děkuju vám.
(potlesk)
Děkuju.
Bruno Giussani: Migueli, díky, že jste dodržel časový limit.
Já bych vám rád dal ještě pár minut,
protože některé věci bychom měli rozvinout
a určitě musíme dát hlavy dohromady, abychom vymysleli, kam spějeme.
Pojďme to tedy propojit.
Jestli tomu dobře rozumím,
jedna z opic přijímá signál,
a ta druhá na něj reaguje,
jenom proto že ta první ho přijímá a přenáší nerovoý impuls.
Michuel Nicolelis: Ne, je to trochu jinak.
Žádná z těch opic neví o existenci těch druhých dvou.
Zrakovou zpětnou vazbu dostávají ve dvou rozměrech,
ale jejich úkol je nutno splnit ve 3D.
Musí pohybovat tou paží ve třech rozměrech.
Každá z opic dostává dvě dimenze na obrazovce,
a ty také řídí.
Aby to bylo možné provést,
potřebujete, aby nejméně dvě opice synchronizovaly své mozky.
Ideálně tři.
Zjistili jsme, že když jedna opice začne polevovat,
ty dvě druhé zvýší výkon,
aby se "paže" vrátila zpátky.
Je tu tedy dynamické vyrovnávání,
ale celková souhra zůstávás stejná.
Když bez upozornění prohodíte
dimenze, které každý mozek řídí,
jako že ten, co řídil x a y
bude teď řídit y a z,
zvířecí mozek v okamžiku zapomene na staré dimenze
a začne se soustředit na ty nové.
Mysím tedy říci, že žádný Turingův stroj,
žádný počítač nedokáže předpovědět, co udělá mozková síť.
Vstřebáme technologii jako součást nás samých.
Nikdy se nestane, že by technologie pohltila nás.
To je prostě nemožné.
BG: Kolikrát už jste to otestovali?
A kolikrát jste uspěli, kolikrát ne?
MN: Desítky testů.
A se třemi opicemi? Několikrát.
Nemohl bych o tom tady mluvit, kdybych si to párkrát nevyzkoušel.
Zapomněl jsem zmínit,
že před třemi týdny jedna evropská skupina
předvedla první propojení člověk-člověk, mozek-mozek.
BG: A jak tohle funguje?
MN: Šlo o kousek informace – velké věci vždycky začínají skromně –
ale v zásadě mozková aktivita jednoho subjektu
byla předána druhému subjektu, všechno neinvazivně.
První subjekt dostal informaci, jako potkani, vizuální informaci,
a vyslal ji tomu druhému.
Druhý subjekt přijal magnetickou vibraci ve vizuální kůře.
Pak jinou vibraci, byly dvě různé.
Při jedné viděl subjekt něco.
Při té druhé něco jiného.
A byl schopen slovně pojmenovat,
jakou zprávu mu první subjekt vyslal
po internetu, mezi kontinenty.
Moderátor: Páni. Tak už vím, kam směřujeme.
Z toho bude vystoupení hned na příštím TEDu.
Migueli Nicolelisi, děkuji vám. MN: Děkuju Bruno. Děkuju.