Gehirn-zu-Gehirn-Kommunikation existiert bereits. So haben wir es geschafft.

Vielleicht erinnern Sie sich an den Neurowissenschaftler Miguel Nicolelis -- er baute das gehirngesteuerte Exoskelett, mit dem ein gelähmter Mann den Anstoß zur Fußball-Weltmeisterschaft 2014 vollführte. Woran arbeitet er jetzt? Er arbeitet daran, dass zwei Gehirne (bisher die von Ratten und Affen) Nachrichten direkt zueinander senden können. Sehen Sie am Ende ein Experiment, das -- wie er sagt -- "an die Grenzen Ihrer Vorstellungskraft geht".

Am 12. Juni 2014, um genau 15:33 Uhr,

an einem milden Winternachmittag
in São Paulo, Brasilien,

einem typischen südamerikanischen
Winternachmittag,

hat dieser junge Mann,

der hier feiert, als hätte
er ein Tor geschossen --

Juliano Pinto, 29 Jahre alt --
eine großartige Tat vollbracht.

Er ist gelähmt und hat von der Mitte
seines Oberkörpers abwärts kein Gefühl --

vor 6 Jahren hatte er einen Autounfall,
bei dem sein Bruder ums Leben kam,

und Juliano ist seitdem wegen
einer Verletzung am Rückenmark

an den Rollstuhl gefesselt --

aber Juliano zeigte sich
der Situation gewachsen.

Er vollbrachte an jenem Tag etwas,
das keiner für möglich gehalten hätte,

der ihn in den 6 Jahren gesehen hatte.

Juliano Pinto machte den Anstoß

zur Fußballweltmeisterschaft
2014 in Brasilien

nur mit seinen Gedanken.

Er konnte seinen Körper nicht bewegen,

aber er konnte sich die Bewegung
vorstellen, einen Ball zu spielen.

Vor der Verletzung war er Sportler.
Jetzt ist er ein Para-Athlet.

Ich hoffe, er wird in ein paar Jahren an
den Paralympischen Spielen teilnehmen.

Die Rückenmarksverletzung
konnte Juliano jedoch nicht

seine Fähigkeit zu träumen nehmen.

An jenem Nachmittag träumte er für
ein Stadion mit etwa 75 000 Menschen

und ein Fernsehpublikum
von nahezu einer Milliarde.

Dieser Anstoß krönte 30 Jahre
Grundlagenforschung am Gehirn,

diesem erstaunlichen Universum
zwischen unseren Ohren,

das nur mit dem Universum über
unseren Köpfen vergleichbar ist,

weil es etwa 100 Milliarden
Elemente besitzt,

die durch elektrische Gehirnströme
zueinander sprechen.

Julianos Erfolg erforderte 30 Jahre
Entwicklungsarbeit in den Laboren

und etwa 15 Jahre Planung.

Als John Chapin und ich vor 15 Jahren
in einem Artikel unseren Plan vorstellten,

eine Schnittstelle zwischen
Gehirn und Maschine zu bauen --

also ein Gehirn mit Geräten zu verbinden,

damit Tiere und Menschen
diese Geräte bewegen können,

egal wie weit sie vom
eigenen Körpern weg sind,

einfach indem sie sich vorstellen,
was sie tun wollen --

da haben unsere Kollegen gesagt,
dass wir professionelle Hilfe bräuchten,

und zwar der psychiatrischen Art.

Trotzdem haben ein Schotte
und ein Brasilianer durchgehalten,

denn so sind wir in unseren jeweiligen
Ländern erzogen worden.

12, 15 Jahre lang führten wir

eine Vorführung nach der anderen durch

und wiesen darauf hin,
dass es möglich war.

Eine Schnittstelle zwischen Gehirn
und Maschine ist keine Zauberei,

es ist einfach Gehirnforschung.

Sensoren messen die elektrischen
Signale, die das Gehirn produziert,

um die motorischen Befehle zu erzeugen,
die dann ins Rückenmark geladen werden.

Wir haben Sensoren entworfen,

die Hunderte und Tausende dieser
Gehirnzellen gleichzeitig lesen können.

Von diesen elektrischen Signalen wird
die motorische Planung entnommen,

die das Gehirn erzeugt, bevor wir uns
tatsächlich im Raum bewegen.

Dann wandelten wir diese Signale
in digitale Signale um,

die mechanische, elektronische oder
virtuelle Geräte verstehen können.

Die Versuchsperson kann sich vorstellen,
was er, sie oder es bewegen möchte

und das Gerät folgt
dem Befehl des Gehirns.

Indem wir diese Geräte mit vielen
verschiedenen Sensoren ausstatteten,

was ich gleich zeigen werde,

sendeten wir sogar Botschaften zurück
zum Gehirn, die bestätigten,

dass dieser motorische Wille
ausgeführt wurde, egal wo --

neben der Testperson, im nächsten Raum,
oder auf der anderen Seite des Planeten.

Diese Botschaft gibt eine
Rückmeldung an das Gehirn

und das Gehirn hat sein Ziel
erreicht: uns zu bewegen.

Dieses Experiment haben wir
vor ein paar Jahren veröffentlicht.

Ohne seinen Körper zu bewegen,

lernte ein Affe, die Bewegung
eines Avatar-Armes zu steuern --

ein virtueller Arm, der nicht existiert.

Hier hört man die Geräusche
des Affengehirns,

während es drei optisch gleiche
Kugeln im virtuellen Raum erforscht.

Um einen begehrten Tropfen
Orangensaft als Belohnung zu erhalten,

muss dieses Tier eines der Objekte
auswählen und berühren.

Nicht nur sehen, sondern berühren.

Jedes Mal, wenn diese virtuelle
Hand eines der Objekte berührt,

wird ein elektrischer Impuls zum
Gehirn des Tieres gesendet,

der die Oberflächenstruktur des
Objektes beschreibt.

Damit kann das Tier beurteilen,
welches Objekt es greifen muss.

Wenn es das tut, bekommt es eine
Belohnung, ohne einen Muskel zu bewegen.

Das perfekte brasilianische Essen:

Keinen Muskel bewegen und
seinen Orangensaft bekommen.

Als sich dies ereignete,

haben wir unsere Idee von vor
15 Jahren wieder vorgestellt.

Wir wiederholten den Artikel.

Wir haben ihn aus unseren Schubladen
geholt und wir formulierten die Idee,

dass ein gelähmter Mensch die
Gehirn-Maschine-Schnittstelle

zur Wiedererlangung
der Mobilität nutzen könnte.

Wenn man so etwas erleidet -- und das
kann schnell jedem von uns passieren --

ich kann Ihnen sagen, wie schnell:

Es ist eine Millisekunde
eines Aufpralls --

ein Autounfall, der Ihr
Leben komplett verändert.

Wenn Sie eine komplette Lähmung erleiden,
dann können Sie sich nicht bewegen,

weil die Gehirnströme die Muskeln
nicht erreichen können.

Aber die Gehirnströme werden
weiterhin im Gehirn erzeugt.

Gelähmte träumen jede Nacht
davon, sich zu bewegen.

Das passiert in ihren Köpfen.

Doch wie bekommt man
diesen Code aus dem Kopf heraus,

um die Bewegung neu zu schaffen?

Wir schlugen vor, einen
neuen Körper zu bauen.

Bauen wir einen Roboteranzug.

Damit konnte Juliano den Ball allein
durch seine Gedanken spielen.

Er trug den ersten
gehirngesteuerten Roboteranzug.

Er kann von Querschnittgelähmten
genutzt werden,

um sich zu bewegen und
Signale aufzugreifen.

Das war die ursprüngliche
Idee vor 15 Jahren.

Ich werde Ihnen zeigen, wie
156 Menschen aus 25 Ländern

von 5 Kontinenten unserer
wundervollen Erde

ihr tägliches Leben, ihre Patente,

ihre Hunde, Frauen, Kinder,
Schule, Arbeit beiseite schoben,

um sich 18 Monate lang in Brasilien
für dieses Ziel zusammenzufinden.

Ein paar Jahre, nachdem Brasilien als
Austragungsort für die WM gewählt wurde,

hörten wir, die brasilianische Regierung
wolle für die Eröffnungszeremonie

etwas Bedeutsames machen,

im Land, das Fußball neu
erfunden und perfektioniert hat --

natürlich nur, bis wir auf
die Deutschen trafen.

(Lachen)

Aber das ist ein anderer Vortrag,

den ein anderer
Neurowissenschaftler halten muss.

Brasilien wollte sich von einer
völlig anderen Seite zeigen:

als Land, das Wissenschaft
und Technik schätzt

und ein Geschenk für die 25 Millionen
Menschen weltweit bereithält,

die sich nach einer Rückenmarksverletzung
nicht mehr bewegen können.

Wir haben der brasilianischen
Regierung und der FIFA vorgeschlagen,

den Anstoß zur Weltmeisterschaft 2014

von einem brasilianischen
Querschnittgelähmten machen zu lassen,

der dank eines gehirngesteuerten
Exoskeletts den Ball anstoßen

und den Kontakt zum Ball fühlen kann.

Sie sahen uns an, dachten,
wir wären komplett verrückt,

und sagten: "OK, versuchen wir's."

Wir hatten 18 Monate Zeit
und mussten bei Null beginnen.

Wir hatten kein Exoskelett,
keine Patienten,

nichts war fertig.

Diese Leute kamen zusammen

und in 18 Monaten hatten wir
8 Patienten, die regelmäßig übten,

und bauten diesen Typen
hier aus dem Nichts:

Wir nennen ihn Brazil-Santos Dumont 1.

Das erste gehirngesteuerte Exoskelett war

nach dem berühmtesten brasilianischen
Wissenschaftler benannt,

Alberto Santos Dumont,

der am 19. Oktober 1901 in Paris
vor einer Million Menschen

das erste gesteuerte
Luftschiff baute und flog.

Sorry, meine amerikanischen Freunde,

ich lebe in North Carolina,

aber das war zwei Jahre,
bevor die Brüder Wright

die Küste North Carolinas entlang flogen.

(Applaus)

Die erste Flugsteuerung war brasilianisch.

(Lachen)

Wir haben uns also zusammengetan

und dieses Exoskelett gebaut:

15 Freiheitsgrade, eine
hydraulische Maschine,

die durch Gehirnsignale
gesteuert werden kann.

Aufgezeichnet mit nicht-invasiver
Elektroenzephalographie,

die es dem Patienten erlaubt,
sich Bewegungen vorzustellen

und seine Befehle zur Steuerung
und zur Motorik sendet

und es vollbringt.

Dieses Exoskelett war mit
künstlicher Haut bedeckt,

die von Gordon Cheng, einem meiner
besten Freunde, in München erfunden wurde.

Sie ermöglicht es, das Gefühl der sich
bewegenden Gelenke und der Bodenberührung

über eine Weste zurück zum
Patienten zu senden.

Es ist ein Smart-Hemd mit
mikro-vibrierenden Elementen.

Diese senden eine Rückmeldung und erzeugen
im Gehirn des Patienten ein Gefühl,

dass nicht die Maschine ihn trägt,

sondern er es ist, der wieder gehen kann.

Wir haben das zum Laufen
gebracht und hier sehen Sie,

wie einer unserer Patienten,
Bruno, ein paar Schritte geht.

Es braucht ein paar Sekunden,
weil wir alles vorbereiteten.

Sie werden vorne am Helm
ein blaues Licht sehen,

denn Bruno wird sich die Bewegung
vorstellen, die ausgeführt werden soll,

der Computer wird sie analysieren,
Bruno wird sie bestätigen,

und wenn sie bestätigt ist,

bewegt sich das Gerät unter dem
Kommando von Brunos Gehirn.

Er hat es gerade geschafft
und jetzt beginnt er zu gehen.

Nach 9 Jahren, in denen er
sich nicht bewegen konnte,

geht er ganz alleine.

Und nicht nur das ...

(Applaus)

Es sind mehr als nur Schritte,
er fühlt den Boden,

und als sich die Geschwindigkeit
des Skeletts erhöht,

sagt er uns, dass er wieder
auf dem Sand in Santos spaziert,

dem Strand, an dem er
vor dem Unfall oft war.

Darum erzeugt das Gehirn
ein neues Gefühl in Brunos Kopf.

Er geht und am Ende dieses Gangs --
mir läuft die Zeit davon --

sagt er: "Wisst ihr was?!

Ich muss mir dieses Ding
ausleihen, wenn ich heirate,

denn ich möchte zum Priester gehen,
meine Braut sehen und dort sein."

Natürlich kann er es haben,
wann immer er will.

Das wollten wir während der
Weltmeisterschaft zeigen

und konnten es nicht,

da die FIFA aus unerklärlichen Gründen
die Übertragungszeit halbiert hat.

Gleich werden Sie Juliano Pinto
im Exoskelett sehen,

wie er den Ball ein paar Minuten
vor unserer Ankunft am Spielfeld spielte,

und das vor dem gesamten Publikum machten.

Die Lichter, die Sie sehen werden,
beschreiben den Vorgang.

Die pulsierenden blauen Lichter geben an,
dass das Exoskelett bereit ist.

Es kann Gedanken empfangen
und Rückmeldung geben.

Wenn Juliano die Entscheidung trifft,
den Ball zu spielen,

sieht man zwei Strahlen in Grün und Gelb,

die vom Helm zu den Beinen verlaufen.

Sie stellen die mentalen Befehle dar,
die das Exoskelett empfängt,

um das möglich zu machen.

In 13 Sekunden machte Juliano es möglich.

Man kann die Befehle sehen.

Er macht sich bereit,
der Ball liegt bereit, und er schießt.

Das Erstaunlichste ist,

10 Sekunden, nachdem er das
auf dem Feld gemacht hat,

feierte er, wie Sie gesehen haben
und sagte: "Ich habe den Ball gefühlt."

Das ist unbezahlbar.

(Applaus)

Wohin führt das?

Ich habe zwei Minuten Ihnen zu sagen,

dass es an die Grenzen
Ihrer Vorstellungskraft geht.

Gehirn-aktivierte Technologie existiert.

Das ist das Aktuellste, das wir
vor einem Jahr veröffentlichten:

Die erste Schnittstelle zwischen Gehirnen,

durch die zwei Tiere gedanklich
Nachrichten austauschen können.

Sieht ein Tier etwas von der Umgebung,

kann es eine mentale SMS,
einen neurophysiologischen Torpedo,

zum zweiten Tier senden.

Das zweite Tier vollbringt
die notwendige Handlung,

ohne zu wissen, was von der Umgebung
als Signal gesendet wurde.

Denn das Signal kam
vom Gehirn des ersten Tieres.

Das ist die erste Vorführung.

Ich werde sehr schnell sein, denn ich
will Ihnen die aktuellste zeigen.

Hier sehen Sie die erste Ratte,

wie sie durch ein Licht
links im Käfig informiert wird,

dass sie den linken Käfig drücken muss,
um die Belohnung zu bekommen.

Sie läuft dorthin und tut es.

Zur gleichen Zeit sendet sie die
mentale Nachricht an die zweite Ratte,

die das Licht nicht gesehen hat.

In 70 % der Fälle drückt die
zweite Ratte den linken Hebel

und bekommt die Belohnung,

ohne jemals das Licht auf der
Netzhaut erfahren zu haben.

Wir haben dies auf
eine höhere Ebene gebracht,

indem wir Affen dazu brachten, in einem
mentalen Gehirn-Netzwerk zu kooperieren.

Sie haben quasi ihre
Gehirnkapazität vereint,

um den virtuellen Arm zu bewegen,
den ich vorhin gezeigt habe.

Hier sieht man das erste Mal, dass
zwei Affen ihre Gehirne verbinden --

perfekt synchronisieren,
um den virtuellen Arm zu bewegen.

Ein Affe steuert die X-Dimension,

der andere Affe steuert die Y-Dimension.

Es wird noch ein bisschen interessanter,
wenn man das mit drei Affen macht.

Ein Affe steuert X und Y,

ein anderer Affe steuert Y und Z

und der dritte Affe steuert X und Z.

Sie spielen das Spiel alle zusammen

und bewegen den Arm in 3D zum Ziel, um den
brasilianischen Orangensaft zu bekommen.

Sie schaffen es tatsächlich.

Der schwarze Punkt ist der Durchschnitt
dieser parallel arbeitenden Gehirne --

in Echtzeit.

Das ist die Definition eines
biologischen Computers:

Interaktion durch Gehirnaktivität und
das Erreichen eines motorischen Ziels.

Wohin führt das?

Wir haben keine Ahnung.

Wir sind nur Wissenschaftler.

(Lachen)

Wir werden bezahlt, Kinder zu sein,

an die Grenze zu gehen und
zu entdecken, was dahinter liegt.

Aber eins weiß ich:

Eines Tages, in ein paar Jahrzehnten,

wenn unsere Enkel allein durch ihre
Gedanken im Internet surfen,

oder eine Mutter ihrem blinden,
autistischen Kind ihr Augenlicht gibt,

oder jemand dank eines Gehirn-zu-Gehirn-
Bypasses sprechen kann,

dann wird sich jemand daran erinnern, dass
alles an einem Winternachmittag begann,

auf einem Fußballfeld in Brasilien,
mit einem unmöglichen Anstoß.

Danke schön.

(Applaus)

Danke.

Danke.

Bruno Guissani: Miguel, danke, dass Sie
sich an Ihre Zeit gehalten haben.

Ich hätte Ihnen auch ein paar
Minuten mehr gegeben.

Es gibt ein paar Punkte,
auf die wir eingehen wollen.

Es sieht so aus, dass wir
verbundene Gehirne brauchen,

um herauszufinden, wohin das führt.

Verbinden wir das alles.

Wenn ich richtig verstehe,

erhält einer der Affen ein Signal

und der andere Affe reagiert
auf dieses Signal,

weil der erste es erhält und einen
neurologischen Impuls überträgt.

Miguel Nicolelis:
Nein, es ist ein bisschen anders.

Keiner der Affen weiß von
der Existenz der anderen zwei Affen.

Sie bekommen eine
visuelle Rückmeldung in 2D,

aber sie müssen eine Aufgabe in 3D lösen.

Sie müssen einen Arm in 3D bewegen.

Aber jeder Affe bekommt nur zwei
Dimensionen auf dem Bildschirm zu sehen,

die er steuert.

Um die Aufgabe zu lösen,

müssen mindestens zwei Affen
ihre Gehirne synchronisieren,

aber das Ideal sind drei.

Wir haben herausgefunden, wenn einer
der Affen beginnt nachzulassen,

verbessern die anderen
beiden Affen ihre Leistung,

um den ersten Affen dazu
zu bringen, weiter zu machen.

Es gibt also eine dynamische Anpassung,

aber die allgemeine Synchronie
bleibt die gleiche.

Wenn man nun die Dimensionen umkehrt,
die jedes Gehirn steuert,

ohne es den Affen zu sagen,

wie dieser hier, der X und Y steuert,

aber eigentlich sollte er
jetzt Y und Z steuern,

vergisst das Gehirn des Tieres
sofort die alten Dimensionen

und beginnt sich auf die neuen
Dimensionen zu konzentrieren.

Ich will damit sagen,
dass keine Turing-Maschine,

kein Computer vorhersagen kann,
was das Gehirn-Netzwerk tun wird.

Wir werden die Technik als Teil
von uns absorbieren.

Die Technik wird niemals uns absorbieren.

Das ist einfach unmöglich.

BG: Wie oft haben Sie das getestet?

Wie oft hattet ihr Erfolg oder Misserfolg?

MN: Oh, zig Male.

Mit den drei Affen? Oh, mehrere Male.

Ich könnte davon hier nicht erzählen, wenn
wir es nicht einige Male gemacht hätten.

Wegen der Zeit habe ich
vergessen zu erwähnen,

dass gerade vor drei Wochen
ein europäisches Team

die erste Mensch-zu-Mensch- und Gehirn-
zu-Gehirn-Verbindung vorgestellt hat.

BG: Wie funktioniert das?

MN: Es war eine kurze Information --
große Ideen beginnen bescheiden.

Die Gehirnaktivität einer Testperson

wurde mit nicht-invasiver Technologie an
eine zweite Testperson übertragen.

Die erste Testperson hat,
wie auch unsere Ratten,

eine visuelle Nachricht erhalten und hat
diese an die zweite Testperson übertragen.

Die zweite Testperson erhielt einen
magnetischen Impuls im visuellen Kortex,

oder einen anderen Impuls,
zwei verschiedene Impulse.

Durch den einen Impuls sah
die Testperson etwas,

durch den anderen Impuls sah
sie etwas anderes.

Sie konnte verbal mitteilen,

welche Nachricht die erste
Testperson über das Internet

über Kontinente hinweg sendete.

BG: Wow. Dahin geht es also.

Das wird der nächste TED-Vortrag
auf der nächsten Konferenz.

Miguel Nicolelis, vielen Dank.
MN: Danke, Bruno. Vielen Dank.