La comunicazione tra cervelli è arrivata. Come abbiamo fatto

Forse vi ricordate del neuroscienziato Miguel Nicolelis: ha costruito l'esoscheletro a controllo cerebrale che ha permesso a un uomo paralizzato di calciare il primo pallone ai Mondiali 2014. Su cosa sta lavorando adesso? Costruire sistemi in cui due menti (ratti e scimmie, per ora) possono mandarsi messaggi da cervello a cervello. Guardate fino alla fine per un esperimento che, come dice lui, si spingerà "ai limiti della vostra immaginazione".

Il 12 giugno 2014,
precisamente alle 3:33

in un tiepido pomeriggio invernale
a San Paolo, Brasile,

un tipico pomeriggio invernale
in Sud America,

questo ragazzo, questo giovane
che vedete esultare qui

come se avesse fatto goal,

Juliano Pinto, 29 anni, ha fatto
qualcosa di straordinario.

Nonostante fosse paralizzato

e privo di percezioni sensoriali
dalla vita alla punta dei piedi

dopo un incidente d'auto di sei anni fa
che ha ucciso il fratello

e causato una lesione del midollo
che l'ha ridotto in sedia a rotelle,

Juliano si è messo alla prova
e quel giorno ha fatto qualcosa

che quasi tutti quelli che l'hanno visto
in questi sei anni credevano impossibile.

Juliano Pinto ha dato il calcio d'inizio

ai Mondiali di Calcio Brasile 2014

solo pensandolo.

Non poteva muovere il corpo,

ma poteva immaginare i movimenti
necessari a calciare una palla.

Era uno sportivo prima della lesione.
Ora è un paratleta.

Partecipirà ai giochi paralimpici,
spero, tra un paio d'anni.

Ma quel che la lesione al midollo
non ha tolto a Juliano

è stata la capacità di sognare.

E ha sognato quel giorno, di uno stadio
di circa 75 000 persone

e un pubblico di quasi un miliardo
davanti alla tv.

E quel calcio è stato il coronamento
di 30 anni di ricerca

a studiare il cervello,

quest'universo meraviglioso
che abbiamo fra le orecchie,

che si può paragonare solo all'universo
che abbiamo sopra la testa,

perché ha circa 100 miliardi di elementi

che si parlano
attraverso tempeste elettriche cerebrali.

Sono serviti 30 anni per immaginare
quello che Juliano ha compiuto

e circa 15 anni per progettarlo.

Quando io e John Chapin, 15 anni fa,
abbiamo proposto in un saggio

che avremmo costruito qualcosa che
chiamavamo interfaccia cervello-macchina,

ovvero collegare un cervello
a degli strumenti

che potessero essere mossi
da animali e persone,

non importa quanto lontani
dai loro corpi,

solo immaginando cosa volevano fare,

i nostri colleghi ci dissero che avevamo
bisogno di un aiuto professionale,

un aiuto psichiatrico.

Ma nonostante ciò, uno scozzese
e un brasiliano hanno perseverato,

perché è così che ci hanno cresciuti
nei nostri rispettivi paesi,

e per 12, 15 anni,

abbiamo fatto continue dimostrazioni
per dire che era possibile.

E un interfaccia cervello-macchina
non è chissà che,

è solo ricerca neurale.

Si tratta solo di usare sensori

per leggere le scariche elettriche
che un cervello produce

per generare comandi di movimento

che vanno scaricati sul midollo spinale,

quindi abbiamo progettato sensori
che potessero leggere

centinaia e ora migliaia di queste
cellule cerebrali simultaneamente,

ed estraessero dai segnali elettrici

il disegno motorio generato dal cervello

per farci muovere davvero nello spazio.

E facendo ciò, abbiamo convertito
i segnali in comandi digitali

che ogni mezzo meccanico, elettronico
o persino virtuale può capire

quindi il soggetto può immaginare
cosa vuole far muovere,

e lo strumento obbedisce
all'ordine del cervello.

Mettendo diversi tipi di sensori
su questi strumenti,

come state per vedere adesso,

abbiamo rimandato messaggi
al cervello per confermare

che l'azione motoria volontaria
veniva messa in atto, non importa dove -

vicino al soggetto, nella stanza accanto,
o dall'altra parte del globo.

E quando il messaggio
dava un riscontro al cervello,

il cervello realizzava il suo obiettivo:
farci muovere.

Questo è solo un esperimento
che abbiamo pubblicato alcuni anni fa,

dove una scimmia,
senza muovere il corpo,

ha imparato a controllare i movimenti
di un braccio avatar,

un braccio virtuale che non esiste.

Quel che sentite è il suono
del cervello della scimmia

che esplora tre diverse sfere virtuali
visivamente identiche

nello spazio virtuale.

E per ricevere la ricompensa, un goccio
d'aranciata che la scimmia adora,

l'animale deve trovare,
selezionare uno di questi oggetti

toccandolo,

non vedendolo, ma toccandolo,

perché ogni volta che la mano virtuale
tocca uno degli oggetti,

un impulso elettronico torna
al cervello dell'animale

descrivendo la trama precisa
sulla superficie dell'oggetto,

così l'animale può decidere qual è
quello giusto da prendere,

e se lo fa, viene premiato
senza muovere un muscolo.

Il pranzo brasiliano perfetto:

non muovi un muscolo
ed ecco la tua aranciata.

Quando abbiamo visto che succedeva,

ci siamo fatti avanti e abbiamo proposto
l'idea pubblicata 15 anni fa.

Abbiamo ricostruito il saggio.

L'abbiamo tirato fuori dai cassetti

e abbiamo suggerito si potesse
portare un essere umano paralizzato

a usare un'interfaccia cervello-macchina
per riacquistare mobilità.

L'idea era che se hai sofferto --

e può succedere a chiunque di noi.

Lasciate che ve lo dica, è improvviso.

Una collisione di un millisecondo,

un incidente d'auto che trasforma
completamente la tua vita.

Se avete una lesione totale
del midollo spinale,

non potete muovervi perché l'impulso
del cervello non raggiunge i muscoli.

Però, gli impulsi continuano
a essere generati nella testa.

Pazienti paraplegici, tetraplegici,
sognano di muoversi ogni notte.

Ce l'hanno nella testa.

Il problema è come estrarre il codice

e creare di nuovo il movimento.

Quindi quel che abbiamo proposto
è stato creare un corpo nuovo.

Creiamo un'intelaiatura robotica.

Ed è proprio così che Juliano è riuscito
a calciare quella palla con il pensiero,

perché indossava la prima intelaiatura
robotica a controllo cerebrale

utilizzabile da pazienti paraplegici,
tetraplegici per muoversi

e ricevere feedback.

Era l'idea originaria, 15 anni fa.

Quel che sto per mostrarvi è come
156 persone di 25 Paesi,

nei cinque continenti
di questa meravigliosa Terra

hanno mollato le loro vite,
mollato i brevetti,

mollato cani, mogli, figli,
scuola, lavoro

e si sono unite in Brasile per 18 mesi
per costruire davvero questa cosa.

Perché un paio d'anni dopo
l'assegnazione dei mondiali al Brasile,

abbiamo saputo che il governo brasiliano
voleva fare qualcosa d'importante

durante la cerimonia di apertura

nel paese che ha reinventato
e perfezionato il calcio

finché non abbiamo incontrato la Germania.

(Risate)

Ma quello è un altro argomento,

e deve parlarne un altro neuroscienziato.

Ma quello che il Brasile voleva
era mostrare

un paese completamente diverso,

un paese che dà valore alla scienza
e alla tecnologia,

e che può fare un regalo a milioni,
25 milioni di persone nel mondo

che non possono più muoversi
a causa di danni al midollo.

Siamo andati dal governo brasiliano
e dalla FIFA e abbiamo proposto:

di far dare il calcio d'inizio
dei mondiali 2014

a un paraplegico brasiliano

con un esoscheletro a controllo cerebrale
che gli permette di colpire la palla

e sentire il contatto con la palla.

Ci hanno guardato, pensando
che fossimo matti da legare,

e hanno detto: "Ok, proviamo".

Abbiamo avuto 18 mesi per fare tutto
da zero, dal principio.

Non avevamo esoscheletro,
non avevamo pazienti,

non avevamo nulla.

Queste persone si sono riunite

e in 18 mesi abbiamo avuto otto pazienti
in un ciclo ci allenamento

e costruito cosa dal niente questa cosa

che chiamiamo Bra-Santos Dumont 1.

Il primo esoscheletro
a controllo cerebrale costruito

ha preso nome dal più famoso
scienziato brasiliano di sempre,

Alberto Santos Dumont,

che, il 19 ottobre 1901, costruì
e pilotò lui stesso

il primo dirigibile controllato in aria
a Parigi davanti a un milione di persone.

Scusate, amici americani,

vivo in North Carolina,

ma è stato due anni prima
che i fratelli Wright prendessero il volo

sulla costa del North Carolina.

(Applausi)

L'egemonia sul volo è brasiliana.
(Risate)

Quindi ci siamo riuniti
con questi ragazzi

e abbiamo messo insieme
questo esoscheletro,

15 gradi di libertà,
macchina idraulica

che può essere comandata
dai segnali cerebrali

registrati da una tecnologia non invasiva
chiamata elettroencefalografia

che in pratica permette al paziente
di immaginare i movimenti

e dare gli ordini ai controlli, i motori,

ed eseguirli.

L'esoscheletro è stato ricoperto
con una pelle artificiale

inventata da Gordon Cheng,
uno dei miei più grandi amici, a Monaco,

per far sentire il movimento delle
articolazioni e del piede che tocca il terreno

così che siano percepiti dal paziente
attraverso una tunica, una camicia.

Una camicia intelligente
con elementi micro-vibranti

che comunicano il feedback
e ingannano il cervello del paziente

creando la sensazione che non sia
una macchina a trasportarlo,

ma lui che cammina di nuovo.

Abbiamo avviato questa cosa
e quel che vedete qui

è la prima volta che uno dei pazienti,
Bruno, ha camminato davvero.

Ci vuole qualche secondo
perché stiamo programmando tutto

e vedrete una luce blu apparire
sul davanti dell'elmetto

perché Bruno immaginerà il movimento
che deve compiere,

il computer lo analizzerà,
Bruno lo certificherà

e una volta certificato,

l'apparecchio inizia a muoversi

comandato dal cervello di Bruno.

E ci è appena riuscito,
e inizia a camminare.

Dopo nove anni
senza potersi muovere,

cammina da solo.

E non solo --

(Applausi)

non solo cammina,

percepisce il terreno,

e se la velocità dell'eso aumenta,

ci dice che cammina
sulla sabbia di Santos,

il complesso balneare dove andava
prima dell'incidente.

Questo perché il cervello sta creando
una nuova sensazione nella testa di Bruno.

Cammina, e alla fine della camminata --
ho quasi finito il tempo --

dice: "Sapete ragazzi,

devo prendere in prestito questa cosa
quando mi sposo,

perché voglio camminare
verso il prete

e vedere la mia sposa
e essere lì anch'io."

Ovviamente, l'avrà
ogni volta che vorrà.

Questo volevamo mostrare
durante i Mondiali e non abbiamo potuto,

perché per ragioni misteriose,
la FIFA ha spezzato in due le riprese.

Quel che vedrete molto in fretta
è Juliano Pinto nell'eso che dà il calcio

pochi minuti prima
che entrassimo in campo

e lo facessimo davvero
davanti a tutta la folla

e le luci che vedrete
descrivono semplicemente l'operazione.

Le luci blu che lampeggiano indicano
che l'eso è pronto a partire.

Può ricevere pensieri
e dare feedback,

e quando Juliano decide
di dare il calcio alla palla,

vedrete due fasci di luce
verde e gialla

che partono dall'elmetto
e arrivano alle gambe,

che rappresentano
i comandi mentali ricevuti

per farlo succedere davvero.

E praticamente in 13 secondi,

Juliano l'ha fatto.

Vedete i comandi.

Si prepara, palla
posizione, calcia.

E la cosa più straordinaria è che

10 secondi dopo,
ha guardato noi in campo,

ci ha detto, esultando come avete visto,

"Ho sentito la palla".

E questo non ha prezzo.

(Applausi)

Quindi in che direzione andiamo?

Ho due minuti per dirvi

che ci spingiamo ai confini
della vostra immaginazione.

La tecnologia ad attivazione cerebrale
è qui.

Questo è l'ultima novità:
resa pubblica un anno fa,

la prima interfaccia cervello-cervello

che permette a due animali
di scambiarsi messaggi mentali.

Quindi un animale che vede qualcosa
venire dall'ambiente

può mandare un sms mentale,
un torpedo neurofisiologico,

al secondo animale

e il secondo animale
esegue l'azione necessaria

senza nemmeno sapere cosa l'ambiente
mandava come messaggio,

perché il messaggio è venuto
dal cervello del primo animale.

Questa è la prima demo.

Sarò veloce
perché voglio mostrarvi l'ultima.

Ma quel che vedete
è il primo ratto informato

da una luce che apparirà
a sinistra della gabbia

che deve premere la gabbia sinistra
per ricevere un premio.

Va lì e lo fa.

Allo stesso tempo,
comunica mentalmente

al secondo ratto,
che non ha visto nessuna luce,

e il secondo ratto,
il 70 percento delle volte

premerà la leva a sinistra
e riceverà il premio

senza avere mai visto
la luce sulla retina.

Abbiamo alzato la posta
a limiti un po' più elevati

facendo collaborare mentalmente
delle scimmie in una rete cerebrale,

in pratica per comunicare
la loro attività cerebrale

e combinarla per muovere il braccio
meccanico che vi ho mostrato prima

e quel che vedete qui è la prima volta
che le scimmie uniscono i cervelli,

sincronizzano i cervelli alla perfezione
per far muovere il braccio virtuale.

Una scimmia controlla la dimensione x,

l'altra scimmia controlla la dimensione y.

Ma diventa un po' più interessante
quando mettete tre scimmie

e chiedete a una di controllare x e y,

all'altra di controllare y e z,

e alla terza di controllare x e z

e le fate giocare tutte e tre insieme,

spostando il braccio in 3D per avere
la famosa aranciata brasiliana.

E lo fanno davvero.

Il punto nero è la media
di tutti i cervelli al lavoro,

in parallelo, in tempo reale.

È la definizione
di un computer biologico,

che interagisce tramite attività cerebrale
e raggiunge un obiettivo motorio.

Dove andremo a finire?

Non ne abbiamo idea.

Siamo solo scienziati.

(Risate)

Ci pagano per essere bambini,

per arrivare ai limiti
e scoprire cosa c'è là fuori.

Ma una cosa la so:

un giorno, tra qualche decennio,

quando i nostri nipoti
navigheranno in rete con il pensiero,

o una madre donerà la vista
a un bimbo autistico che non ci vede,

o qualcuno parlerà
grazie a un bypass cervello-cervello,

qualcuno ricorderà che tutto
è iniziato in un pomeriggio d'inverno,

in un campo da calcio brasiliano
con un calcio impossibile.

Grazie.

(Applausi)

Grazie.

Bruno Giussani: Miguel,
grazie per avere rispettato i tempi.

In realtà ti avrei dato
un altro paio di minuti,

perché ci sono un paio di punti che
vogliamo approfondire, e, naturalmente,

sembra che ci serviranno cervelli connessi
per indovinare dove andremo a finire.

Quindi colleghiamoli tutti assieme.

Se ho ben capito,

una delle scimmie riceve un segnale

e l'altra scimmia reagisce al segnale

solo perché la prima lo riceve
e trasmette l'impulso neurologico.

Miguel Nicolelis: No, è un po' diverso.

Nessuna scimmia sa
dell'esistenza delle altre due.

Ricevono un feedback visivo in 2D,

ma il compito che devono svolgere
è in 3D.

Devono muovere un braccio
in tre dimensioni.

Ma ogni scimmia riceve solo segnali
in due dimensioni sul monitor

che controlla.

E per compiere l'azione,

bisogna che almeno due scimmie
sincronizzino i cervelli,

ma l'ideale è tre.

Quel che abbiamo scoperto è che
quando una scimmia resta indietro,

le altre due intensificano l'azione

per farla tornare in pari,

ci si aggiusta dinamicamente,

ma la sincronia globale rimane la stessa.

Ora, se cambi senza dirlo alla scimmia

le dimensioni che ciascun cervello
deve controllare,

tipo quella che controlla x e y,

ora deve controllare y e z,

subito, il cervello dell'animale
dimentica le vecchie dimensioni

e si concentra sulle nuove.

Quel che devo dire è che
nessuna macchina di Turing,

nessun computer può prevedere
quel che farà una rete cerebrale.

Tutti assorbiamo la tecnologia
come parte di noi.

La tecnologia non ci assorbirà mai.

È semplicemente impossibile.

BG: Quante volte l'avete testato?

E quanti successi
in confronto ai fallimenti?

MN: Oh, decine di volte.

Con le tre scimmie?
Oh, molte volte.

Non potrei parlarne qui
se non l'avessi fatto un po' di volte.

E mi sono dimenticato di dire,
per via del tempo,

che appena tre settimane fa,
un gruppo europeo

ha dimostrato la prima connessione umana
cervello a cervello.

BG: E come funziona?

MN: un bit d'informazione --
le grandi idee iniziano in modo umile --

ma in pratica l'attività cerebrale
di un soggetto

è stata trasmessa a un secondo oggetto,
tutta tecnologia non invasiva.

Il primo ha ricevuto un messaggio visivo,
come i nostri ratti,

e l'ha trasmesso al secondo soggetto.

Il secondo ha ricevuto un impulso
magnetico nella corteggia visuale,

o un diverso impulso,
due impulsi diversi.

In uno, il soggetto ha visto qualcosa.

Nell'altro, ha visto qualcosa di diverso.

Ed è riuscito a indicare verbalmente

qual era il messaggio mandato
dal primo soggetto

attraverso internet e i continenti.

Moderatore: Wow. Ok,
ecco dove stiamo andando.

Sarà il prossimo intervento
a una conferenza TED.

Miguel Nicolelis, grazie.
MN: Grazie a te Bruno. Grazie