Den 12:e juni 2014, exakt klockan 15:33,
under en mild vintereftermiddag i São Paulo, Brazil,
det var en typisk sydamerikansk eftermiddag på vintern,
gjorde den här unge mannen som du ser fira här
som om han hade gjort mål,
som heter Juliano Pinto, och är 29 år, en magnifik bedrift.
Fast han är förlamad
och inte har någon känsel från bröstet ner till tåspetsarna
efter en bilolycka som hände för sex år sen, som dödade hans bror
och orsakade en svår ryggmärgsskada och gjorde Juliano rullstolsbunden,
växte Juliano med uppgiften och gjorde något den här dagen
som nästan alla som sett honom under de sex åren trodde var omöjligt.
Juliano Pinto gjorde avsparken
vid fotbolls-VM 2014 i Brasilien
bara genom att tänka.
Han kunde inte röra kroppen,
men han kunde tänka sig de rörelser som behövdes för att sparka en boll.
Han var en idrottsman innan skadan. Han är en handikappidrottare nu.
Jag hoppas att han kommer att vara med i de Paralympiska spelen om några år.
Vad den brutna ryggraden inte kunde ta ifrån Juliano
var hans förmåga att drömma.
Och som han drömde den eftermiddagen,
inför en stadion med ungefär 75 000 människor
och en publik på nästan en miljard som såg det på TV.
Och den sparken krönte 30 år av grundforskning
som studerat hjärnan,
hur detta underbara universum som vi har mellan öronen fungerar,
som bara är jämförbart med det universum som vi har ovanför huvudet,
för det har omkring 100 miljarder enheter
som pratar med varandra genom elektriska urladdningar.
Det som Juliano åstadkom tog 30 år att tänka ut i laboratorier
och ungefär 15 år att planera.
När John Chapin och jag för 15 år sen skrev en vetenskaplig artikel och föreslog
att vi skulle bygga något vi kallade ett hjärna-maskin-gränssnitt,
vilket betydde att vi skulle koppla hjärnan till maskiner
så att djur och människor kunde röra på dessa maskiner,
oavsett hur långt ifrån deras kroppar de var,
bara genom att tänka på vad de ville göra,
sa våra kollegor att vi behövde professionell hjälp,
av det psykiatriska slaget.
Och trots det var det en skotte och en brasilianare som höll ut,
för det var så vi var uppfostrade i våra respektive länder,
och i 12, 15 år,
gjorde vi gång på gång demonstrationer som visade att det här var möjligt.
Och ett hjärna-maskin-gränssnitt är inte raketforskning,
det är bara hjärnforskning.
Det handlar bara om att använda sensorer
för att läsa de elektroniska urladdningar som hjärnan producerar
för att skapa motorkommandon
som måste laddas ner i ryggmärgen,
så vi satte samman sensorer som kan läsa
hundratals och nu tusentals av dessa hjärnceller samtidigt,
och som ifrån dessa elektriska signaler
kan utläsa den motoriska planeringen som hjärnan skapar
för att faktiskt få oss att röra oss i vår omgivning.
Och genom att göra det konverterade vi dessa signaler
till digitala kommandon
som vilken mekanisk, elektronisk eller virtuell maskin kan förstå
så att personen kan tänka sig vad han, hon eller den vill röra på,
och maskinen lyder hjärnans order.
Genom att utrusta dessa maskiner med olika typer av sensorer,
som ni strax kommer att få se,
skickade vi faktiskt meddelanden tillbaka till hjärnan för att bekräfta
att den viljemässiga rörelsen utfördes,
oavsett var,
bredvid personen, i huset bredvid eller på andra sidan jorden.
Och när det här meddelandet gav återkoppling tillbaka till hjärnan
insåg hjärnan vilket mål den hade: att få oss att röra oss.
Det här är bara ett av de experiment som vi publicerade för ett par år sen,
där en apa, utan att röra kroppen
lärde sig att kontrollera hur en avatars arm rörde sig,
en virtuell arm som inte existerade.
Vad ni hör just nu är ljudet från den här apans hjärna
när den utforskar tre olika visuellt identiska sfärer
i den virtuella rymden.
Och för att få en belöning, en droppe apelsinjuice som apor älskar,
måste det här djuret upptäcka och välja ett av objekten
genom att röra,
inte genom att se det, utan röra det,
för varje gång den här virtuella handen rör något av föremålen
går en elektrisk puls tillbaka till djurets hjärna
och beskriver strukturen på ytan av föremålet,
så att djuret kan avgöra vilket föremål som är det rätta att plocka upp,
och om han gör det får han en belöning utan att ens röra en muskel.
Den perfekta brasilianska lunchen:
Att inte röra en muskel och ändå få din apelsinjuice.
(Skratt)
När vi såg det här hända
kom vi fram till och föreslog idén som vi hade publicerat för 15 år sen.
Vi genomförde resultatet av studien.
Vi tog fram den ur lådan
och vi föreslog att vi kanske kunde få en förlamad människa
att använda hjärna-maskin-gränssnittet för att få tillbaka sin rörlighet.
Tanken var att om man har utsatts...
och det kan hända vem som helst av oss.
Det går väldigt fort.
Krocken tar en millisekund,
en bilolycka som förändrar ens liv totalt.
Om man får ett brott på ryggmärgen
kan man inte röra sig, för signalerna från hjärnan når inte musklerna.
Men signalerna fortsätter att produceras i hjärnan.
Delvis eller helt förlamade patienter drömmer om att de rör sig varje natt.
Det finns i deras huvuden.
Problemet är hur de ska få ut signalerna från huvudet
så att rörelserna kan produceras igen.
Vad vi föreslog var att skapa en ny kropp.
Vi bygger en robotväst.
Och det är just därför som Juliano kunde sparka bollen bara genom att tänka,
för att han hade på sig den första hjärnkontrollerade robotvästen
som kan användas av patienter som är helt eller delvis förlamade
för att röra sig och få signaler tillbaka.
Det var originaltanken, för 15 år sen.
Vad jag ska visa er är hur 156 människor från 25 länder
i alla världsdelar på vår vackra jord,
släppte sina vanliga liv, släppte sina patent,
släppte sina hundar, sina fruar, barn, skolor, jobb,
och samlades i Brasilien i 18 månader för att få det här gjort.
Ett par år efter att Brasilien blev utsedda att arrangera VM
hörde vi att den brasilianska regeringen ville göra något meningsfullt
under öppningsceremonin
i landet som tog fotbollen till en ny nivå och utvecklade den till perfektion
tills vi mötte tyskarna, förstås.
(Skratt)
Men det är ett annat föredrag,
och en annan hjärnforskare får berätta om det.
(Skratt)
Men vad Brasilien ville göra var att visa
ett helt annat land,
ett land som värderar vetenskap och teknik,
och som kan ge en gåva till miljoner, 25 miljoner människor runtom i världen
som inte längre kan röra sig på grund av ryggmärgsskador.
Vi kontaktade den brasilianska regeringen
och FIFA och föreslog att avsparken för VM 2014 skulle göras
av en förlamad brasiliansk person
genom ett hjärnkontrollerat exoskelett som låter honom sparka bollen
och känna kontakten med bollen.
De tittade på oss, och trodde att vi var helt galna,
och sa, "Okej, vi försöker."
Vi hade 18 månader på oss att göra allt från första början.
Vi hade inget exoskelett, vi hade inga patienter,
vi hade inte gjort något.
Alla de här människorna samlades
och på 18 månader fick vi igång åtta patienter i ett träningsprogram
och byggde den här killen från grunden,
vi kallar honom Bra-Santos Dumont 1.
Det första hjärnkontrollerade exoskelettet som byggdes
fick sitt namn efter den mest kända brasilianske forskaren någonsin,
Alberto Santos Dumont,
som den 19:e oktober 1901 i Paris flög det första luftskeppet
som han själv skapat, och sågs av en miljon människor.
Jag är ledsen, mina amerikanska vänner,
jag bor i North Carolina,
men det var två år innan bröderna Wright flög
längs North Carolinas kust.
(Applåder)
Flygning är brasilianskt.
(Skratt)
Vi samarbetade alltså med den här gruppen
och vi satte samman exoskelettet tillsammans,
15 frihetsgrader, en hydraulisk maskin,
som kan styras av signaler från hjärnan
som registreras av en icke-invasiv teknik som kallas elektroencefalografi,
som låter patienten tänka sig rörelserna
och skicka sina kommandon till kontrollerna, motorerna
och få dem att hända.
Vi täckte exoskelettet med en konstgjord hud
som uppfunnits av Gordon Cheng, en av mina bästa vänner, i München,
för att signaler om hur lederna rörde sig och hur foten rörde marken
skulle kunna skickas till patienten genom en väst, eller en slags skjorta.
Det är en smart skjorta med smådelar som vibrerar på mikronivå
som skickar vidare feedback och lurar patientens hjärna
genom att skapa en känsla av att det inte är maskinen som bär honom
utan att det är han som går igen.
Vi satte igång det här, och det ni ser här är första gången en av våra patienter,
Bruno, faktiskt går.
Han tar några sekunder på sig, för vi sätter igång allting,
och ni kommer att se en blå lampa framtill på hjälmen
för Bruno ska tänka på rörelsen som behöver göras,
datorn kommer att analysera den, Bruno kommer att godkänna den,
och när den är godkänd
börjar maskinen röra sig som den blivit tillsagd av Brunos hjärna.
Och han fick precis till det och nu börjar han gå.
Han har inte kunnat röra sig på nio år
men nu går han på egen hand.
Och dessutom...
(Applåder)
utöver att gå,
känner han av marken,
och ifall exot rör sig snabbare
säger han att han går på Santos strand,
strandorten dit han brukade åka innan han råkade ut för olyckan.
Det är därför hjärnan skapar en ny känsla i Brunos huvud.
Så han går, och i slutet av gångturen - jag börjar få slut på tid redan -
säger han, "Vet ni killar,
jag skulle behöva låna den här av er när jag ska gifta mig,
för jag skulle vilja gå fram till prästen
och se min brud och faktiskt göra det själv.
Självklart får han ha den när han vill.
Och det här är det vi ville visa under VM, men som vi inte kunde,
eftersom FIFA av någon mystisk anledning bröt sin sändning i halvtid.
Vad ni ska få se mycket kort är Juliano Pinto i exot som sparkar till,
ett par minuter innan vi gick ut på planen
och gjorde den riktiga sparken inför hela publiken,
och lamporna som ni kommer se visar bara hur det hela går till.
När de blå lamporna lyser betyder det att exot är redo att köra.
Det kan ta emot tankar och det kan skicka feedback,
och när Juliano tar beslutet att sparka till bollen
kommer ni att se två flöden av grönt och gult ljus
som kommer från hjälmen och går ner till benen,
som representerar de mentala kommandon som exot har tagit emot,
för att de faktiskt ska hända.
Och på ungefär 13 sekunder
gjorde Juliano det.
Ni kan se kommandona.
Han gör sig klar,
bollen ligger där, och han sparkar.
Och det mest underbara är,
att 10 sekunder efter att han gjort det och tittade på oss på planen,
sa han jublande,
"Jag kände bollen."
Det är ovärderligt.
(Applåder)
Vart kommer det här att leda?
Jag har två minuter på mig att berätta
att det är på väg bortom din fantasis gränser.
Hjärnstyrningstekniken är här.
Det här är det senaste: Vi publicerade det för ett år sen,
det första hjärna-till-hjärna-gränssnittet
som låter två djur skicka mentala meddelanden
så att ett djur som ser något i sin omgivning
kan skicka ett mentalt SMS, en neurofysiologisk torped,
till det andra djuret,
och det andra djuret utför den handling som det behöver utföra
utan att någonsin veta vilket slags meddelande han fått utifrån
eftersom meddelandet kom från det första djurets hjärna.
Det här är en första demo.
Jag ska vara väldigt snabb för jag vill visa er det senaste.
Men vad ni ser här är att den första råttan får information
genom en lampa som lyser till vänster i buren
om att den ska trycka till vänster för att få en belöning.
Den går dit och gör det.
Och samtidigt skickar den ett mentalt meddelande
till den andra råttan som inte såg någon lampa,
och den andra råttan kommer i 70 procent av fallen
att trycka ner spaken och få en belöning
utan att någonsin ha upplevt ljuset på näthinnan.
Vi tog det här ännu längre
genom att låta apor samarbeta mentalt i ett hjärnnätverk,
genom att donera sin hjärnaktivitet
och kombinera dem för att flytta den virtuella arm som jag visade förut,
och vad ni ser här är första gången som de två aporna kombinerar sina hjärnor,
synkroniserar sina hjärnor perfekt för att förflytta den virtuella armen.
En apa kontrollerar x-dimensionen,
och den andra apan kontrollerar y-dimensionen.
Men det blir lite mer intressant när man sätter tre apor där inne
och man ber en apa kontrollera x och y,
en annan att kontrollera y och z,
och den tredje x och z,
och man får dem att spela spelet tillsammans,
att förflytta 3D-armen till ett mål för att få den brasilianska apelsinjuicen.
Och de gör faktiskt det.
Den svarta pricken är kombinationen av dessa hjärnor
som jobbar parallellt, i realtid.
Det är definitionen av en biologisk dator,
som interagerar genom hjärnaktivitet och uppnår ett motoriskt mål.
Vart är det här på väg?
Vi har ingen aning.
(Skratt)
Vi är bara forskare.
(Skratt)
Vi får betalt för att vara barn,
att ta oss till gränslandet och upptäcka vad som finns där ute.
Men jag vet en sak:
En dag, om ett par årtionden,
när våra barnbarn surfar på nätet bara genom att tänka,
eller en mor kan låta ut sitt seende till ett autistiskt barn som inte kan se,
eller någon kan tala med hjälp av en hjärna-till-hjärna-koppling,
då kommer några av er komma ihåg att det hela började en vintereftermiddag
på en brasiliansk fotbollsplan med en omöjlig spark.
Tack.
(Applåder)
Tack så mycket. Tack.
Bruno Giussani: Miguel, tack för att du höll tiden.
Jag skulle faktiskt ha gett dig några fler minuter,
för det finns några saker vi skulle vilja utveckla
och vi behöver nog sammankopplade hjärnor
för att veta vart det här tar vägen.
Så nu kopplar vi ihop det här.
Om jag har förstått dig rätt
så får den ena apan faktiskt en signal
och den andra apan reagerar på den signalen
för att den första tar emot den och skickar vidare nervimpulsen.
Miguel Nicolelis: Nej, inte riktigt.
Ingen apa vet om att det finns två andra apor.
De får visuell feedback i 2D,
men uppgiften de ska lösa är i 3D.
De ska förflytta en arm i tre dimensioner.
Men varje apa ser bara två dimensioner
på den videoskärm som den apan kontrollerar.
Och för att klara av det
behöver man minst två apor för att synkronisera deras hjärnor,
men idealet är tre.
Vad vi upptäckte är att när en apa börjar tappa fokus
förbättrar de andra två sin prestation
för att få den första att komma tillbaka
så det här justeras dynamiskt,
men den globala synkroniteten förblir densamma.
Men om man utan att berätta det för apan
ändrar dimensionerna som varje hjärna ska kontrollera,
till exempel om den killen kontrollerar x och y,
men han nu ska kontrollera y och z,
glömmer det djurets hjärna genast de gamla dimensionerna
och börjar koncentrera sig på de nya dimensionerna.
Så vad jag vill säga är att det inte finns någon Turing-maskin,
ingen dator kan förutsäga vad ett hjärnnätverk kommer att göra.
Vi kommer att absorbera teknik som en del av oss själva.
Tekniken kommer aldrig att absorbera oss.
Det är helt enkelt omöjligt.
BG: Hur många gånger har du testat det här?
Och hur många gånger har du lyckats och misslyckats?
MN: Oj, tiotals gånger.
Med de tre aporna? Ja, flera gånger.
Jag hade inte kunnat prata om det här om jag inte hade gjort det flera gånger.
Och jag glömde att säga, eftersom jag hade ont om tid
att för bara tre veckor sedan var det en europeisk grupp
som demonstrerade en första hjärna-till-hjärna-koppling på människor.
BG: Och hur går det till?
MN: Det fanns en informationsenhet - stora idéer börjar ofta blygsamt -
men i stort sett
överfördes hjärnaktivitet från en individ
till en annan individ, med hjälp av icke-invasiv teknik.
Den första testpersonen fick ett meddelande,
som våra råttor, ett visuellt meddelande,
och överförde det till den andra testpersonen.
Den andra testpersonen tog emot en magnetisk puls i sin syncortex,
eller en annan puls, två olika pulser.
I den ena pulsen såg testpersonen någonting.
I den andra pulsen såg han något annat.
Och han kunde också berätta muntligt
vilket meddelande den första personen hade skickat
genom internet över kontinenter.
BG: Wow. Okej, det är dit vi är på väg.
Det blir nästa TED-föredrag vid nästa konferens.
Miguel Nicolelis, tack. MN: Tack Bruno.