Beyinden beyine iletişim gerçekleşti. Bunu nasıl yaptık

Sinir bilimci Miguel Nicolelis'i hatırlarsınız — felçli bir kişinin 2014 Dünya Kupası başlangıç vuruşunu yapmasına olanak tanıyan ve beyin tarafından kontrol edilen dış iskeleti icat etti. Şimdi hangi konu üzerinde çalışıyor? İki zihin arasında köprü oluşturup (şimdilik fareler ve maymunlarla) beyinden beyine mesaj gönderme. Bir deneyin sonununa kadar bekleyin, onun dediği gibi, "haya gücünüzün limitlerini zorlayacak".

12 Haziran 2014, tam olarak 3:33’te

Brezilya’nın Sao Paulo şehrinde
ılık bir kış öğleninde

tipik bir Güney Amerika kış öğleni

gol atmışçasına kutlama yapan bu çocuk,

bu genç adam

29 yaşındaki Juliano Pinto
harika bir iş başardı.

Felçli,

belinden ayak parmaklarına kadar
herhangi bir şey hissetmiyor.

Bu 6 yıl önce meydana gelen ve kardeşinin
de öldüğü trafik kazasında oluşan omurilik

lezyonu sonucu meydana geldi ve
onu tekerlekli sandalyeye mahkum etti.

Bütün bunlara rağmen, Juliano
bu tarihte kendini gösterdi ve

onu altı yıldır bu halde görenlerin
imkansız olduğunu düşündükleri şeyi yaptı.

Juliano Pinto

Brezilya’daki 2014 Dünya Kupasının
başlangıç vuruşunu

sadece düşünerek yaptı.

Vücüdunu hareket ettiremiyordu

fakat topa vurmak için gereken
hareketleri düşünebiliyordu.

Yaralanmadan önce bir atletti.
Şimdi ise yarı bir atlet.

Bir iki yıl içerisinde Paralimpik Oyunlara
katılacağını umuyorum.

Omurilik zedelenmesi Juliano’dan

hayallerini alamadı.

Stadyumda bulunan yaklaşık
75.000 kişinin ve

bir milyara yakın TV izleyicisinin
önünde gerçekleştirdiği bir hayal.

Bu vuruş, 30 yıldır devam eden,

kulaklarımızın arasında bulunan
bu harika evrenin,

sadece üstümüzdeki evrenle
kıyaslanabilecek,

birbirleri ile elektriksel beyin akımları
vasıtasıyla iletişim kuran

100 milyara yakın öğeye sahip

beyinle ilgili araştırmaları taçlandırdı.

Juliano, laboratuarlarda tasarlanması
30 yılı ve

planlanması 15 yılı alan
bir şeyi başardı.

John Chapin ve ben 15 yıl önce,
beyin-makine arayüzü

diye isimlendirdiğimiz, beyni cihazlara
bağlayan bir şey yapmayı

raporumuzda önermiştik.

Böylece hayvanlar ve insanlar,
kendi vücütlarından

ne kadar uzakta olursa olsun, sadece
yapmak istedikleri şeyi düşünerek

bu cihazları hareket ettirebilecekti.

Meslektaşlarımız psikiyatrik türden
profesyonel yardıma

ihtiyacımızın olduğunu söyledi.

Buna rağmen bir İskoç ve bir Brezilyalı
olarak azmettik.

Çünkü ülkelerimizde
böyle yetiştirilmiştik.

12, 15 yıl boyunca

bunun mümkün olduğunu göstermek için
deneme üstüne deneme yaptık.

Beyin-makine arayüzü roket bilimi değil

sadece beyin üstüne yapılan
araştırmalardır.

Omuriliğe aktarılacak

motor komutları meydana getiren,
beynin oluşturduğu

elektriksel akımları
okuyan sensörleri

kullanmaktan başka bir şey değil.

Bunun için yüzlerce, binlerce
beyin hücresini

aynı anda okuyabilen
sensorleri projeledik

ve uzayda hareket etmemizi sağlayan

beynin oluşturduğu motor planlamaları

bu elektriksel sinyallerden aldık.

Bunu yaparak, bu sinyalleri, mekanik,
elektronik ve hatta sanal cihazların

anlayabileceği dijital komutlara
dönüştürdük.

Böylece denek hareket ettirmek istediği
şeyi düşündüğünde

cihaz beynin bu komutuna uymaktadır.

Bu cihazları farklı tipte
sensörlerle donatarak,

birazdan göreceğiniz üzere,

aslında mesajları beyne geri göndererek
iradi motor arzusunun

harekete geçirildiğini nerede
olursa olsun onaylar,

deneğin yanında, diğer odada
ya da başka bir gezegende.

Bu mesaj beyine geri bildirim yapar,

beyin amacı anlar: bizi hareket ettir.

Bu birkaç yıl önce yayımladığmız
deneylerden biri.

Bir maymun bedenini hareket
ettirmeden

bir avatar kolu hareketlerini
kontrol etmeyi öğrendi,

gerçekte var olmayan sanal bir kol.

Dinlemekte olduğunuz şey,
görsel olarak aynı,

üç farklı sanal küreyi keşfeden maymunun

beyninin sesi.

Ödülü almak için,
- maymunların sevdiği meyve suyu -

bu hayvanların nesneleri dokunarak,
belirlemeleri ve

seçmeleri gerekmektedir.

Görmeden ama dokunarak

çünkü bu sanal el her seferinde bir
nesneye dokunduğunda

elektriksel bir sinyal hayvanın
beynine geri dönerek

nesnenin yüzeyindeki açık
dokuyu tanımlar.

Böylece hayvan alması gereken doğru
nesneyi değerlendirebilecek

ve bunu yaparsa hiçbir kasını hareket
ettirmeden ödülü alacak.

Harika Brezilya yemeği:

Bir kasını oynatmadan meyve suyunu al.

Bunu gördüğümüzde

15 yıl önce önerdiğimiz ve
yayımladığmız fikre geldik.

Bu raporumuzu tekrar yürürlüğe koyduk.

Onu çekmecelerimizden alıp

felçli bir insanın bu beyin-makine
arayüzünü kullanması halinde

hareket kabiliyetini
kazanacağını öngördük.

Fikir şuydu, eğer mağdursanız-

bu hepimizin başına gelebilir.

Bunun aniden olduğunu size söyleyeyim.

Milisaniyede meydana

gelen bir trafik kazası hayatınızı
tamamen değiştiriyor.

Omuriliğiniz tamamen zedelendiyse

hareket edemezsiniz, çünkü beyden gelen
akımlar kaslarına ulaşamaz.

Ancak beyin akımları kafanızda oluşmaya
devam eder.

Belden aşağısı ya da el ve ayakları felçli
olanlar her gece hareket etmeyi düşlerler.

Bu onların kafalarının içinde var.

Problem, bu kodu kafalarından alıp

hareketin tekrar oluşturulması.

Önerimiz, yeni bir beden yaratmak oldu.

Robotik bir yelek yapalım dedik.

Juliano’nun topa sadece düşünerek
vurabilmesinin nedeni buydu.

Çünkü o beyin tarafından kontrol edilen
belden aşağısı ya da kol ve bacakları

felçli olanların hareket etmek için
kullanabileceği ve geri beslemeyi

sağlayacak ilk robotik yeleği giyiyordu.

Bu 15 yıl öncesinin orijinal fikriydi.

Size göstereceğim şey, güzel dünyamızın

5 kıtası, 25 ülkesinden 156 kişi

hayatlarını, hastalarını,

köpeklerini, eşlerini, çocuklarını,
okullarını, işlerini bırakıp

bir araya toplanıp Brezilya’ya gelerek
18 aylık bir sürede bunu yaptılar.

Brezilya’nın dünya kupasına ev sahipliği
yapacağına karar verildikten

birkaç yıl sonra, Brezilya hükümetinin
açılış töreninde anlamlı bir şey

yapmak istediğini duyduk.

Futbolun yeniden keşfedildiği ve
mükemmelleştirildiği bu ülkede.

Almanlarla karşılaşana kadar tabii.

(Kahkahalar)

Bu başka bir konu

ve üzerinde başka sinir bilimcilerin
konuşması gerekir.

Brezilyanın yapmak istediği

vitrine, bilim ve teknolojiye değer veren

çok farklı bir ülke çıkarmak ve

omurilik zedelenmesi nedeniyle
haraket edemeyen

Dünyanın her yerindeki 25 milyon
insana bir hediye verebilmekti.

Brezilya hükümeti ve FIFA’ya bir
öneri götürerek

2014 Dünya Kupası başlangıç vuruşunu

felçli bir Brezilyalı'nın,

beyin tarafından kontrol edilen, topa
vurmasını ve topu hissetmesini sağlayan

bir dış iskelet giymiş olarak
yapmasını talep ettik.

Baktılar, tamamen çıldırmış
olduğumuzu düşündüler.

“Tamam, deneyelim.” dediler.

Bütün her şeyi sıfırdan yapmamız
için önümüzde 18 ayımız vardı.

Dış iskeletimiz, deneğimiz yoktu,

henüz hiçbir şey yapmamıştık.

Bu insanlar bir araya geldi

ve 18 ay içinde, düzenli olarak eğitilen
8 deneğimiz oldu.

Biz bunu sıfırdan oluşturduk

ve ona Bra-Santos Dumont 1 ismini verdik.

Beyin tarafından kontrol edilen
ilk dış iskelete

Brezilya’nın en ünlü bilim
adamının adını verdik.

Alberto Santos Dumas.

19 Ekim 1901’de kendisinin yaptığı

ilk kontrol edilebilen uçakla Paris’te
milyonlarca kişinin önünde uçtu.

Amerikalı arkadaşlarım kusura bakmasın.

North Carolina’da yaşıyorum.

Ancak bu Wright kardeşlerin
North Carolina kıyılarında

uçmalarından tam iki yıl önceydi.

(Alkışlar)

Uçuş kontrol Brezilya menşeilidir.
(Gülüşmeler)

Bu ekipmanları yanımıza alarak gittik

ve dış iskeleti bir araya getirdik

15 derecelik özgürlük,

elektroensefalografi diye adlandırılan
müdahalesiz teknoloji

tarafından kaydedilen beyin sinyalleri
ile kontrol edilebilen hidrolik makine,

bu hastanın haraketleri düşünmesini

ve bu komutları kontrole, motora gönderip

hareketin yapılmasını sağlıyor.

Bu dış iskeleti, Münih’teki çok
yakın arkadaşım

Gordon Cheng tarafından icat edildi ve
yapay bir deri ile kaplandı.

Hareketli eklemlerden ve ayağın yere
temasından gelen hisleri

bir yelek vasıtasıyla tekrar deneğe
iletilmesini sağladık.

Bu mikro titreşimlerle kaplı akıllı yelek

temel olarak geri bildirimler yapıp onu
taşıyanın bir makine olmadığına,

yürüyenin kendisi olduğuna
dair hisler yaratarak

deneğin beynini kandırmaktadır.

Bunun devam etmesini sağladık.

Burada deneğimiz Bruno’nun ilk kez
yürüdüğünü göreceksiniz.

Birkaç saniye alacak çünkü
her şeyi ayarlıyoruz,

başlığın önünde kesilen mavi
bir ışık göreceksiniz

çünkü Bruno yapılması gereken
hareketi düşünecek,

bilgisayar bunu analiz edecek,
Bruno onaylayacak.

Onaydan sonra cihaz

Bruno’nun beyninden gelen komutlara
göre hareket etmeye başlayacak.

O bunu başardı ve yürümeye başladı.

9 yıl hareketsizlikten sonra

kendi kendine yürüyebiliyor.

Dahası-

(Alkışlar)

yürümekten öte

zemini hissediyor.

Dış iskeletin hızı arttığında

bize Santos’un kumlarında,
kazadan önce gittiği

sahilde yeniden yürüdüğünü söylüyor.

Beynin, Bruno’nun kafasında yeni bir his
yaratmasının nedeni budur.

O yürüyor, ve yürüşün sonunda
- sürem azalıyor-

“Bilyorsunuz millet

evlendiğim zaman bunu sizden
ödünç almam gerekecek.

Çünkü papazın yanına kadar yürüyüp

gelini orda görmek ve oraya kendi kendime
varmak istiyorum.” dedi

Elbette, ne zaman isterse onu alabilir.

Bu, dünya kupasında göstermek istediğimiz
şeydi, ancak olmadı.

Çünkü, FIFA bazı gizemli nedenlerden ötürü
canlı yayını yarıda kesti.

Hızlıca, göreceğiniz şey, sahaya inmeden
birkaç dakika önce

Juliano Pinto dış iskeletli
olarak topa vurdu

ve bunu bütün kalabalığın
önünde tekrar yaptı.

Göreceğiniz ışıklar operasyonu
tarif etmektedir.

Titreşen mavi ışıklar dış iskeletin
gitmeye hazır olduğunu gösteriyor.

Düşünceleri alıp geri besleme verebiliyor

ve Juliano topa vurmak için
karar verdiğinde

başlıktan gelip ayaklara giden
yeşil ve sarı renkli

iki ışık huzmesi göreceksiniz.

Bunlar dış iskeletçe alınan ve
bu hareketleri yaptıran

komutları göstermektedir.

13 saniye içerisinde

Juliano bunu yaptı.

Konutları görebilirsiniz.

Hazırlanıyor, top yerleştiriliyor
ve vuruş.

En ilginç olanı

bunu yaptıktan 10 saniye sonra,
sahada bize baktı,

gördüğünüz gibi kutlama yapıyor,

ve “Topu hissettim.” dedi.

Bu paha biçilemez bir şey.

(Alkışlar)

Peki, bu nereye kadar gidecek?

Size söylemem için iki dakikam kaldı.

Hayal gücünüzün limitlerini zorlayacak.

İşte, beyin tarafından
çalıştırılan teknoloji.

Bu sonuncusu: Bunu sadece bir yıl
önce yayımladık.

Beyinden beyine arayüz.

İki hayvana zihinsel mesajları
karşılıklı alıp verme imkanı tanıyor.

Böylece dışarıdan gelen bir şeyi
gören bir hayvan

diğerine zihinsel bir SMS, bir torpido,

zihinsel bir torpido gönderiyor.

İkinci hayvan ise, dışarıdan mesaj
geldiğini bilmeden

gerekli olan hareketi yapıyor.

Çünkü mesaj ilk hayvanın
beyninden geliyor.

Bu ilk demoydu.

Hızlı gideceğim çünkü size en
sonuncusunu göstermek istiyorum.

Burada gördüğünüz, ilk fare kafesin

solunda yanacak olan ışıkla
bilgilendiriliyor.

Ödül almak için kafesin soluna
baskı yapması gerekiyor.

Oraya gidip bunu yapıyor.

Aynı anda, hiçbir ışık görmemiş
olan ikinci fareye

zihinsel bir mesaj gönderiyor,

ve ikinci fare denemelerin %70’inde

retinasına hiçbir ışık gelmeden

soldaki manivelaya basıp ödülü alıyor.

Bunu biraz daha ileriye taşıyarak,

maymunları bir beyin ağında,
zihinsel iş birliği, aslında

beyin aktivitelerini bağışlamalarını ve
size daha önce gösterdiğim

sanal kolu hareket ettirmek için
birleştirmelerini sağladık.

Burada, ilk kez iki maymunun, sanal kolu
hareket ettirmek için beyinlerini

birleştirdiğini, beyinlerini mükemmel
şekilde senkronize ettiğini görüyorsunuz.

Maymunlardan biri x eksenini,

diğeri ise y eksenini kontrol ediyor.

Fakat bunu üç maymunla denediğinizde
iş biraz daha ilginç hale geliyor.

Maymunlardan birinin x ve y eksenini,

diğer maymunun y ve z eksenini,

üçüncü maymunun ise x ve z eksenini
kontrol etmesini sağlayıp

meşhur Brezilya meyve suyunu almak için

oyunu birlikte oynamalarını, 3 boyutlu
sanal kolu hedefe getirmelerini istedik.

Bunu yaptılar.

Siyah nokta, gerçek zamanlı
bu paralel beyin

çalışmalarının ortalamasıdır.

Bu canlı bilgisayarın tanımı,

beyin aktivitelerinin etkileşimi ve motor
bir amacın gerçekleştirilmesidir.

Bu nereye gidiyor?

Hiçbir fikrimiz yok.

Biz sadece bilim adamıyız.

(Kahkahalar)

Çocuk olmak

ve en uca gidip orada neler olduğunu
keşfetmek için bize ödeme yapılıyor.

Bildiğim tek şey:

Bir gün, 20 yıl içerisinde,

torunlarımız nette sadece
düşünerek sörf yapacak

ya da bir anne görmeyen bir çocuğuna
görme gücünü verecek,

ya da birileri beyinden beyine
geçiş nedeniyle konuşacak.

Bazılarınız bunun, bir kış öğleninde,
Brezilya'da bir futbol sahasında

inanılmaz bir vuruşla başladığını
hatırlayacak.

Teşekkür ederim.

(Alkış)

Teşekkür ederim.

Bruno Giussani: Bruno süreye uyduğun
için teşekkür ederim.

Sana birkaç dakika daha vermek
istiyorum aslında.

Çünkü açmak istediğimiz bir iki
nokta var. Doğal olarak,

bunun nereye gittiğini anlamak için
birleştirilmiş beyinlere ihtiyacımız var.

Bunların hepsini bir araya toplayalım.

Eğer doğru anladıysam,

bir maymun sinyal alıyor

ve diğer maymun bu sinyale
tepki veriyor.

Çünkü birinci maymun sinyali alıyor ve
sinirsel titreşim olarak iletiyor.

MN: Hayır,
durum biraz daha farklı.

Maymunların hiç biri diğer maymunların
varlığından haberdar değil.

Görsel geri bildirimi 2 boyutlu
olarak alıyorlar,

fakat başarmaları gereken
görev 3 boyutlu.

Bir kolu 3 boyutlu alanda hareket
ettirmek zorundalar.

Fakat her bir maymun kontrol
ettiği ekranda sadece

iki boyutlu olarak yer alıyor.

Görevin başarılabilmesi için

en az iki maymunun beyinlerini
senkronize etmesi gerekiyor

ama ideal olanı üç.

Ne zaman bir maymun kaytarsa

diğer iki maymun onu geri getirmek için

performanslarını artırdığını
ortaya çıkardık.

Bu, senkronizasyonu dinamik
olarak ayarlıyor

fakat genel senkronizasyon aynı kalıyor.

Eğer, her bir beynin kontrol
ettiği eksenleri,

maymunlara söylemeden değiştirirseniz,

x ve y eksenini kontrol eden bu maymunun,

şimdi y ve z eksenini kontrol etmesi gibi,

hayvanın beyni eski eksenleri
hemen unutacak

ve yeni eksenlere konsantre
olmaya başlayacak.

Söylemem gereken şey, ne Turing makinesi,

ne de bilgisayar, beyin ağının ne
yapacağını tahmin edemez.

Teknolojiyi bir parçamız olarak
özümseyeceğiz.

Teknoloji asla bizi özümsemeyecek.

Bastiçe, bu imkânsız.

BG: Bunu kaç kere denediniz,

ve kaçında başarılı, kaçında da
başarısız oldunuz?

MN: Onlarca kez.

Üç maymunlu olarak mı?
Birçok kez.

Bunu birkaç kez daha denemeden
bir şey söyleyemem.

Süre nedeniyle bahsetmeyi unuttum.

Sadece üç hafta önce, Avrupalı bir grup

ilk insandan-insana, beyinden-beyine
bağlantıyı yaptı.

BG: Bu nasıl işledi?

MN: Fazla bir bilgi yok. Büyük fikirler
mütevazı şekilde başlar

ancak bir deneğin beyin faaliyeti

müdahalesiz teknoloji ile ikinci
bir deneğe iletildi.

İlk denek bir mesaj alıyor, fareler
örneğine benzer şekilde, görsel bir mesaj

ve bunu ikinci deneğe iletiyor.

İkinci denek görsel korteksinde
manyetik bir titreşim,

ya da farklı bir titreşim alıyor,
iki farklı titreşim.

Titreşimlerin birinde denek
bir şeyler görüyor.

Diğer titreşimdeyse denek daha
farklı şeyler görüyor

ve ilk deneğin internetten

kıtalararası gönderdiği mesajın
ne olduğunu

kelimelerle ifade edebiliyor.

Moderatör: Vay. Gittiğimiz yer burası.

Bu gelecek konferanstaki TED konuşması.

Miguel Nicolelis, teşekkür ederim.
MN: Teşekkürler Bruno.