Comunicarea între creiere a sosit. Cum am reuşit.

Poate vă amintiţi de cercetătorul neurolog Miguel Nicolelis – a construit exoscheletul controlat de creier, care a permis unui individ paralizat să dea lovitura de deschidere a Campionatulul Mondial de Fotbal din 2014. La ce lucrează acum? Găseşte căi pentru ca duoă creiere (şobolani şi maimuţe deocamdată) să trimită mesaje între creiere. Urmăriţi până la final ca să vedeţi un experiment, care el spune că e limitat doar de imaginaţie.

În 12 iunie 2014, la 15:33 fix,

într-o după-amiază plăcută de iarnă,
în Sao Paulo, Brazilia,

– o după-amiază de iarnă tipic
sud-americană –

tânărul pe care îl vedeți aici sărbătorind
ca și cum ar fi înscris un gol

Juliano Pinto, de 29 de ani,
a realizat ceva absolut magnific.

Deși era paralizat

și nu simțea nimic de la jumătatea
pieptului până în vărful picioarelor,

în urma unui accident de mașină
de acum 6 ani care i-a omorât fratele

și care i-a produs o leziune completă
a măduvii spinării, lăsându-l paralizat,

Juliano a făcut față provocării
și a realizat ceva

care părea imposibil pentru mai toţi
care l-au văzut în ultimii 6 ani.

Juliano Pinto a dat lovitura de început

a Campionatului Mondial de Fotbal
din 2014, aici, în Brazilia,

doar prin puterea gândului.

Nu își putea mișca corpul,

dar își putea imagina
mișcările pentru lovirea mingii.

El era atlet înaintea accidentului,
acum e un atlet paraplegic.

Sper că va merge la Jocurile
Paralimpice în câțiva ani.

Dar lezarea măduvei
nu l-a privat pe Juliano

de capacitatea de a visa.

Și el a visat în acea după-amiază
pentru cei 75 000 de oameni de pe stadion

și pentru aproape un miliard
din fața televizoarelor.

Practic acea lovitură a fost încununarea
a 30 de ani de cercetare,

despre cum creierul, acest univers
uimitor pe care îl avem între urechi,

pe care putem doar să îl comparăm cu
universul de deasupra capetelor noastre,

deoarece are aproximativ
100 de miliarde de elemente

ce comunică între ele
prin unde electrice,

ceea ce Juliano a realizat a fost
imaginat în laboratoare 30 de ani

și plănuit timp de aproximativ 15 ani.

Când eu și John Chapin am propus
într-o lucrare, acum 15 ani,

că vom construi ceva ce s-ar numi
o interfață creier-mașină,

adică să conectăm un creier la dispozitive

ca animale și oameni să le miște,
indiferent cât de departe s-ar afla de ei,

doar imaginându-și ce vor să facă.

Colegii noștri ne-au spus că avem
nevoie de ajutor profesional...

...din partea unui psihiatru.

În ciuda acestui fapt, un scoțian
și un brazilian au perseverat,

pentru că așa am fost crescuți în
țările noastre

și timp de 12-15 ani

am făcut demonstrație după
demonstrație sugerând că e posibil.

O interfață creier-mașină nu e imposibilă,
ci ţine doar de cercetarea creierului.

Nu e nimic altceva decât
utilizarea senzorilor

pentru a citi undele electrice
produse de creier

pentru a genera comenzi motorii
care trebuie transmise prin măduvă

pentru ca noi să proiectăm
senzori ce pot citi

sute și acum mii
de celule din creier simultan

și să extragem din semnalele electrice
planificarea motorie generată de creier

care ne face să ne mișcăm în spațiu.

Făcând asta, am transformat acele
semnale în comenzi digitale

pe care orice dispozitiv mecanic,
electronic sau virtual să le înțeleagă

pentru ca subiectul să își imagineze
ce vrea să miște

și dispozitivul să îi asculte
comanda creierului.

Făcând aceste dispozitive sensibile
la diferiți senzori, cum veţi vedea,

trimitem semnale înapoi creierului
pentru a confirma

că voința motorie voluntară
e îndeplinită și că locația nu contează:

lângă subiect, alături sau în partea
cealaltă a planetei.

Pe măsură ce creierul
primea acest feedback

își dădea seama că
ne-a făcut să ne mişcăm.

Acesta a fost doar un experiment
pe care l-am publicat acum câțiva ani,

în care o maimuță,
fără să-și miște corpul,

a învățat să controleze mișcările
unui braț avatar,

adică un braț virtual, ce nu există.

Ce auziţi e sunetul produs
de creierul maimuței

în timp ce explorează 3 sfere
identice vizual în spaţiul virtual.

Pentru a obține recompensa
– un strop de suc de portocale –

animalul trebuie să detecteze și selecteze
unul dintre obiecte prin atingere,

nu prin văz, ci prin atingere,

pentru că de câte ori mâna virtuală
atinge un obiect,

un impuls electric se întoarce la creierul
animalului,

descriind textura fină
a suprafeței obiectului,

ca animalul să-și dea seama
care e obiectul pe care vrea să-l apuce.

Dacă face asta, primește o recompensă
fără să miște un mușchi.

Prânzul brazilian perfect:

să nu miști un mușchi
și să-ți primești sucul de portocale.

Văzând că se întâmplă toate astea,

am formulat și propus ideea
pe care am publicat-o acum 15 ani.

Am refăcut acea lucrare.

Am scos-o din sertar și am propus
ca un om paralizat

să folosească interfața creier-mașină
pentru a-și recăpăta mobilitatea.

Ideea era că dacă avuseseși...

– şi asta i se poate întâmpla oricăruia.

Se petrece subit.

O milisecundă a unei ciocniri, un accident
îţi transformă viaţa definitiv.

Dacă ai o lezare completă
a măduvei spinării,

nu te poți mișca, fiindcă stimulii
cerebrali nu ajung la mușchi.

Totuși, stimulii încă
se formează în creier.

Pacienții paraplegici și cvadruplegici
visează în fiecare noapte că se mișcă.

Au asta în capul lor.

Problema e cum să scoatem
codul acela de acolo

și să creăm din nou mișcare.

Am propus să creăm un corp nou.

Hai să creăm o vestă robotică.

De asta Juliano a putut lovi mingea
doar gândindu-se la asta,

pentru că purta prima vestă robotică
controlată de creier,

pe care o pot folosi pacienții paralizați
pentru a se mișca

și pentru a recăpăta răspunsul la mişcare.

Asta a fost ideea originală, acum 15 ani.

Vă voi arăta cum 156 de oameni,
din 25 de țări,

din toate cele 5 continente
ale acestui Pământ superb,

au renunțat la viețile lor,
la brevetele lor,

la câinii lor, la soții,
copii, școli, joburi,

s-au adunat și au venit în Brazilia
18 luni, ca să realizeze asta.

Auzisem că Brazilia avea să găzduiască
Cupa Mondială,

şi că guvernul brazilian voia
să facă ceva seminificativ

în ceremonia de deschidere,

în țara care a reinventat
și perfecționat fotbalul,

desigur, înainte să-i cunoaștem pe nemţi.
(Râsete)

Dar asta e altă discuție

și un alt neurolog
trebuie să vorbească despre asta.

Dar Brazilia voia să prezinte
o țară complet diferită,

o țară care pune preţ
pe știință și tehnologie

și care poate oferi un cadou
celor 25 de milioane de oameni din lume

care nu se mai pot mișca
din cauza lezării măduvei spinării.

Am propus la guvernul brazilian și la FIFA

să înceapă Cupa Mondială din 2014
un paraplegic brazilian,

folosind un exoschelet controlat de creier
care să-i permită să lovească mingea

și să simtă contactul cu ea.

S-au uitat la noi
și au crezut că suntem nebuni,

și au spus : „Bine, să încercăm.''

Aveam 18 luni să facem totul
pornind de la zero.

Nu aveam exoscheletul, nu aveam pacienți.
Nu aveam nimic.

Acești oameni au lucrat împreună

și în 18 luni aveam 8 pacienți
la antrenamente de rutină

și, din nimic, am creat acest lucru,

pe care l-am numit
Bra-Santos Dumont 1.

Primul exoschelet controlat de creier

a fost numit după cel mai faimos
om de știință brazilian,

Alberto Santos Dumont,

care, în 19 octombrie 1901,
a creat și a zburat

cu prima aeronavă în Paris,
cu un milion de martori.

Îmi pare rău, prieteni americani.

Locuiesc în North Carolina,

dar asta s-a întâmplat cu 2 ani înainte
să zboare frații Wright

pe coasta Carolinei de Nord.

(Aplauze)

Controlul traficului aerian e brazilian.
(Râsete)

Am început aşadar cu oamenii ăștia
să creăm exoscheletul,

– o maşinărie hidraulică
cu 15 grade de libertate

care poate fi comandată
de semnale din creier

înregistrate cu tehnologie neinvazivă,
numită electroencefalografie

care permite pacientului
să-şi imagineze mişcări

şi care trimite comenzile
centrilor de comandă motori,

şi face mişcarea.

Exoscheletul era acoperit
de piele artificială

inventată de Gordon Cheng,
un bun prieten din Munchen,

ca să permită senzaţiilor de mişcare
a încheieturilor şi de atingere a solului

sî fie trimise înapoi creierului
printr-o vestă sau tricou.

E un tricou mic
cu elemente cu microvibraţie

care propagă feedbackul,
păcălind creierul pacientului

dându-i senzaţia
că nu-l cară o maşinărie,

ci că el merge din nou.

Am realizat asta
şi ce o să vedeţi

e cum un pacient, Bruno,
a mers pentru prima oară.

Îi ia câteva secunde
pentru că reglăm totul

şi o să vedeţi o lumină albastră
trecând prin faţa căştii

pentru că Bruno îşi va imagina
mişcarea ce trebuie să o facă,

computerul o va analiza,
Bruno o va aproba,

apoi dispozitivul începe să se mişte
sub comanda creierului lui Bruno.

A reuşit să pregătească mişcarea
şi acum începe să păşească.

După 9 ani fără să se poată mişca,

se plimbă singur.

Ba mai mult,

(Aplauze)

nu doar se plimbă,

ci simte pământul
şi dacă creşte viteza exoscheletului,

ne spune că păşeşte iar
pe nisipul din Santos,

plaja unde obişnuia să meargă
înainte de accident.

De asta creierul crează
senzaţii noi în capul lui Bruno.

Se plimbă, iar la final
– eu deja nu mai am timp –

spune: „O să vreau să-mi împrumutaţi
chestia asta când mă voi însura,

pentru că vreau să păşesc către preot,
să-mi văd mireasa

şi să fiu acolo fără ajutoare.

O să i-o dăm oricând doreşte.

Asta am vrut să arătăm
la Cupa Mondială şi n-am putut,

deoarece FIFA a redus misterios
difuzarea la jumătate.

O să-l vedeţi rapid pe Juliano Pinto
îmbrăcat în exoschelet,

executând lovitura de deschidere,
câteva minute înainte să iasă pe teren

şi s-o facă în faţa mulţimii.

Luminile ce le veţi vedea
descriu procesul.

Luminile albastre pulsând
înseamnă că exoscheletul e pregătit:

poate recepţiona gânduri
şi poate furniza feedback,

iar când Juliano se decide
să şuteze mingea,

veţi vedea două raze, verde şi galben,
ieşind din cască spre picioare,

reprezentând comenzile mentale
preluate de exoschelet

ca să execute mişcarea.

Juliano a reuşit tot în 13 secunde.

Vedeţi comenzile.

Se pregăteşte, mingea e acolo
şi şutează.

Cel mai uimitor e
că la 10 secunde după asta

s-a uitat la noi de pe teren şi ne-a spus,
sărbătorind cum aţi văzut:

„Am simţit mingea.”

Şi asta e ceva nepreţuit.

(Aplauze)

Deci unde ne duce asta?

Am două minute să vă spun

că ne conduce la limitele imaginaţiei.

Tehnologia
de acţionare a creierului e aici.

Asta e ultima: am publicat-o acum 1 an,
prima interfaţă creier-creier

care permite ca două animale
să îşi transmită mental mesaje

aşa încât un animal
care vede ceva în mediul înconjurător

să poată trimite un SMS,
ca o torpilă neurofiziologică

altui animal,

care să execute actul
de care are nevoie

fără ca măcar să ştie
de unde primeşte mesajul,

pentru că mesajul vine
din creierul primului animal.

Iată prima demonstraţie.

Voi fi foarte concis pentru că vreau
să apuc să v-o arăt pe ultima.

Aici vedeţi cum primul şobolan e informat
de o lumină care apare în stânga cuştii

că trebuie să apese clapa stângă
ca să obţină recompensa.

Se duce acolo şi face ce e nevoie.

În acelaşi timp trimite un mesaj mental

unui al doilea şobolan,
care nu a văzut lumina,

care, în 70% din cazuri

va apăsa clapa stângă
ca să capete recompensa

fără să fi perceput lumina
cu propria retină.

Am dus asta şi mai departe

făcând maimuţele să colaboreze
mental într-o reţea cerebrală,

adică să-şi doneze activitatea cerebrală
şi să şi-o combine,

ca să mişte braţul virtual
pe care vi l-am arătat mai devreme.

Şi aici vedeţi cum pentru prima oară
două maimuţe îşi combină creierul,

şi-l sincronizează perfect
ca braţul virtual să se mişte.

O maimuţă controlează mişcarea pe axa Ox,
iar cealaltă pe axa Oy.

Devine mai interesant
când pui 3 maimuţe acolo,

una să controleze axa Ox şi Oy,

alta Oy şi Oz

şi a treia, axa Ox şi Oz.

Şi le pui să joace împreună,

mişcând braţul spre o ţintă ca să capete
faimosul suc de portocale brazilian.

Şi chiar îl primesc.

Punctul negru e media creierelor
lucrând împreună în paralel, în timp real.

E definiţia unui computer biologic,

interacţionând prin activitatea cerebrală
şi atingând un scop motor.

Unde ne duce asta?

Habar n-avem.
(Râsete)

Noi suntem doar cercetători.

(Râsete)

Suntem plătiţi să fim copii,

să căutăm limitele
şi să descoperim ce-i acolo.

Dar ştiu un lucru:

într-o zi, în câteva decenii,

când nepoţii vor naviga pe Internet
doar cu puterea gândului,

sau când o mamă îşi va dona vederea
unui copil autist care nu vede,

sau când cineva vorbeşte
datorită unei legături între creiere,

unii vă veţi aminti că totul a început
într-o după-amiază de iarnă

pe un teren de fotbal din Brazilia,
cu un şut imposibil.

Vă mulţumesc.

(Aplauze)

Vă mulţumesc.

Bruno Giuissani: Miguel,
mulţumesc că te-ai încadrat în timp.

Ţi-aş fi acordat încă câteva minute,

pentru că mai sunt nişte aspecte
de detaliat şi, desigur,

că vom avea nevoie de creiere conectate
ca să vedem unde ne duc toate astea.

Aşa că să conectăm totul.

Dacă înţeleg bine,

una din maimuţe primeşte un stimul

şi cealaltă reacţionează la acel stimul

doar pentru că prima l-a primit
şi îl transmite ca impuls nervos.

Miguel Nicolelis: Nu, e puţin diferit.

Nicio maimuţă nu ştie
de existenţa celorlalte două.

Primesc feedback vizual bidimensional,
dar sarcina lor e tridimensională.

Ele trebuie să mişte un braţ
în spaţiu tridimensional.

Dar fiecare primeşte informaţii
bidimensionale pe ecranul controlat de ea.

Şi ca să îşi facă treaba,

trebuie ca măcar două maimuţe
să îşi sincronizeze creierele,

dar ideal e ca toate trei s-o facă.

Am descoperit că atunci când o maimuţă
începe să lenevească,

celelalte două
îşi îmbunătăţesc performanţa

ca s-o facă pe a treia să revină,

aşa că totul se ajustează dinamic,

dar sincronizarea globală rămâne aceeaşi.

Acuma dacă schimbi, fără să spui maimuţei
ce dimensiune controlează,

cum asta controlează Ox şi Oy,

dar ar trebui să controleze Oy şi Oz,

creierul său uită instantaneu
de vechile dimensiuni comandate

şi începe să se concentreze pe cele noi.

Cu asta vreau să spun
că nicio maşină Turing

şi niciun computer nu poate prezice
comportamentul creierului.

Noi putem absorbi tehnologia
ca parte integrantă,

dar tehnologia nu ne va absorbi niciodată.

E pur şi simplu imposibil.

BG: De câte ori ai testat asta?

Şi de câte ori ai reuşit
faţă de câte eşecuri ai avut?

MN: O, de zeci de ori.

Cu cele trei maimuţe?
De câteva ori.

N-aş vorbi de asta aici
dacă nu mi-ar fi reuşit de câteva ori.

Am uitat să menţionez, din cauza timpului,

că acum trei săptămâni,
un grup de europeni

a demonstrat prima conexiune
inter-cerebrală între doi oameni.

BG: Şi cum e cu asta?

MN: E vorba de un bit de informaţie
– ideile mari pornesc modest –

e vorba de faptul că
activitatea cerebrală a unui subiect

a fost transmisă unui al doilea subiect
prin tehnologie non-invazivă.

Deci primul subiect a primit o informaţie,
ca şobolanii noştri, un mesaj vizual,

şi l-a transmit celuilalt subiect.

Al doilea a recepţionat
un stimul magnetic în cortexul vizual,

sau un altfel de stimul,
doi stimuli diferiţi.

Cu un stimul subiectul a văzut ceva.

Cu al doilea stimul a văzut altceva.

Şi a putut să indice verbal

ce mesaj trimitea primul subiect

prin Internet, între continente.

Moderatorul: Uau.
Bun, deci încolo ne îndreptăm.

E subiectul discursului
de la viitoarea conferinţă.

Îţi mulţumim Miguel Nicolelis.
MN: Mulţumesc Bruno.