Giao tiếp não-não đã thành công. Cách chúng tôi đã thực hiện

Có thể bạn còn nhớ nhà nơ ron thần kinh Miguel Nicolelis - người đã chế tạo ra bộ đồ rô bốt điều khiển bằng não, cho phép một người bại liệt phát bóng khai mạc World Cup 2014. Ông ta đang làm việc trên cái gì? Xây dựng cách thức để hai bộ não (của chuột và khỉ, vào thời điểm này) để gởi thông tin từ não đến não. Hãy xem cho đến cuối để nghe một thí nghiệm, theo như tác giả nói, sẽ đi đến "tận cùng của sự tưởng tượng."

Ngày 12 tháng 6, 2014,
chính xác là lúc 3h33

một chiều đông hơi se lạnh dễ chịu,
tại Sao Paulo, Brazil,

một chiều đông đúng kiểu Nam Mỹ,

cậu thanh niên mà quý vị thấy
đang rạng rỡ ở đây

hình như cậu ta đã ghi bàn,

Juliano Pinto, 29 tuổi,
đã hoàn thành một động tác tuyệt vời.

Mặc dù bị bại liệt

và bị mất cảm giác từ nửa người
đến đầu các ngón chân

là hậu quả của một tai nạn xe hơi
6 năm trước, khiến anh trai cậu ta chết

và gây ra tổn thương nặng ở tủy cột sống
làm cho Julian phải ngồi xe lăn,

Juliano đã vượt qua mọi trở ngại
và vào ngày đó đã làm được điều tuyệt vời,

trong sáu năm trời,
mọi người nghĩ cậu ta không thể làm được.

Juliano Pinto đã phát bóng khai mạc

cúp bóng đá thế giới 2014 tại Brasil

chỉ bằng suy nghĩ của mình.

Cậu ta không thể cử động cơ thể,

nhưng có thể tưởng tượng ra
các các động tác để đá một quả bóng.

Trước tai nạn, cậu ta là vận động viên.
Bây giờ, cậu ta là vận động viên para-game.

Tôi hy vọng, trong vài năm tới.
Cậu ấy sẽ tham dự giải Paralympic Games

Nhưng chấn thương tủy sống đã
không cướp được khả năng ước mơ

của Juliano.

Cậu ấy đã mơ, chiều hôm đó,
trên sân bóng với 75.000 khán giả

gần một tỷ khán giả truyền hình.

Cú phát bóng đã tôn vinh 30 năm nghiên cứu

tìm hiểu về não bộ

vũ trụ tuyệt vời giữa hai tai của chúng ta

chỉ là một so sánh với
vũ trụ ở trên cao kia

vì nó chứa khoảng 100 triệu phần tử

kiết nối với nhau thông qua điện não,

Điều mà Juliano đạt được mất 30 năm
tưởng tượng trong các phòng thí nghiệm

và khoảng 15 năm để lên kế hoạch.

15 năm trước, khi John Chapin và tôi,
khởi xướng

phát minh công nghệ mà chúng tôi gọi là
giao thức giữa não - máy,

nghĩa là kết nối não bộ với các thiết bị.

qua đó động vật và con người
có thể vận hành máy móc,

mà vấn đề khoảng cách không
còn là trở ngại nữa,

chỉ cần tưởng tượng ra
động tác mình muốn làm,

các đồng nghiệp chế nhạo
và khuyên chúng tôi

cần tìm bác sĩ trị liệu tâm lý.

Và dù vậy, đồng nghiệp người Scotland và
chàng Brasil này vẫn kiên trì,

bởi vì đó là cách mà chúng tôi
được dạy dỗ ở đất nước của mình,

và trong 12, 15 năm,

chúng tôi tiến hành nhiều thí nghiệm
chứng minh rằng điều này là khả thi.

Và một giao thức máy-não không là
thứ hão huyền,

nó là việc nghiên cứu về bộ não.

Nó không gì ngoài việc dùng cảm biến

để đọc các xung điện do chính não tạo ra

để tạo ra các lệnh vận động

thông thường các lệnh
được truyền đến tủy sống,

thế là chúng tôi sử dùng
các cảm biến có thể đọc

cùng lúc hàng trăm và hàng ngàn
tín hiệu của tế bào não,

và lấy ra từ các tín hiệu đó

các vận động
mà não đang tổng hợp

khiến chúng ta di chuyển
được trong không gian.

Và bằng cách làm này, chúng tôi biến đổi
các tín hiệu thành các lệnh số hóa

mà bất kỳ máy móc, thiết bị điện hoặc
thậm chí một máy ảo nào cũng có thể hiểu được

vậy chủ thể có thể tưởng tượng động tác
cần làm để thực hiện chuyển động,

và máy thi hành theo yêu cầu của não.

Các máy này dùng
nhiều loại cảm biến khác nhau

như chốc nữa quý vị sẽ thấy,

chúng tôi gửi tin trở lại não để xác nhận

rằng động cơ theo ý muốn
sẽ được kích hoạt, dù cho nó ở đâu --

ở gần chủ thể, bên nhà hàng xóm
hay bên kia bán cầu.

Và vì tin nhắn này đã gởi
lại phản hồi cho não,

não thực hiện mục tiêu:
làm chúng ta cử động.

Còn đây là một thí nghiệm
chúng tôi đã công bố cách đây vài năm,

một con khỉ, không cử động được cơ thể,

học cách điều khiển các cử động
cánh tay giả,

một cánh tay ảo.

Tiếng động mà quý vị đang nghe
là tiếng tạo ra do não con khỉ này

như là nó đang khám phá ra ba vòng tròn
ảo giống nhau.

trong không gian ảo.

Và để được phần thưởng
là một giọt nước cam mà nó thích,

nó phải tìm ra
và chọn một trong ba vòng tròn đó

bằng cách chạm vào,

không phải bằng cách nhìn,
mà phải chạm vào,

bởi vì mỗi khi cánh tay ảo này
chạm vào một trong các vòng đó,

một xung điện sẽ quay lại não con vật

để mô tả tính chất của bề mặt đối tượng,

thế là con vật có thể nhận ra
đúng vòng tròn để chọn,

và nếu làm đúng, nó sẽ nhận được phần thưởng
mà không cần cử động một cơ bắp nào.

Đúng là bữa ăn trưa hoàn hảo ở Brasil :

không cần động ngón tay
mà được nước cam ép yêu thích.

Như chúng ta đã thấy mọi việc xảy ra,

chúng tôi đã đến và đề nghị thực hiện
ý tưởng mà chúng tôi công bố 15 năm trước

Chúng tôi khởi động lại chương trình này.

Chúng tôi lấy nó ra khỏi ngăn kéo,

và chúng tôi gợi ý áp dụng nó
với một người bị bại liệt

để giúp lấy lại vận động
thông qua giao thức não-máy.

Ý tưởng này nhắm tới bệnh nhân
mắc căn bệnh bại liệt--

và bệnh này có thể xảy ra cho bất kỳ ai.

Tôi phải nói rằng tai nạn thật bất ngờ.

một phần nghìn giây mỗi tai nạn,

một tai nạn xe hơi có thể thay đồi
cuộc đời của chúng ta.

Nếu bị một chấn thương nguy hiểm
trong tủy sống,

bạn không thể cử động được nữa
vì tín hiệu não không đến được cơ bắp.

Mặc dù vậy, tín hiệu não vẫn tiếp tục
được sinh ra trong não.

Bệnh nhân bại liệt nửa người
hay toàn thân hàng đêm mơ thấy mình cử động.

Họ vẫn còn tạo ra được
những tín hiệu đó trong não.

Vấn đề là làm thế nào để đưa được tín hiệu đó ra ngoài

và làm tái tạo các cử động.

Vậy điều mà chúng tôi gợi ý ở đây
là hãy tạo ra một cơ thể mới.

Hãy tạo ra một bộ áo rô bốt.

Và chính vì thế mà Juliano đã phát
được quả bóng chỉ bằng ý nghĩ,

bởi vì anh ta đã mang một bộ đồ máy
đầu tiên được điều khiển từ não

cái đó có thể giúp cho bệnh nhân
bại liệt bán/toàn thân cử động

và lấy lại được phản xạ.

Đó là ý tưởng cách đây 15 năm.

Cái mà tôi đang trình bày là làm
thế nào để 156 người ở 25 nước khác nhau

trên năm châu của hành tinh xinh đẹp này

đã thay đổi cuộc sống, đi xa bố mẹ,

xa chó cưng, rượu, bạn bè, trường học,công việc,

và tập trung ở Brasil trong 18 tháng
để thực hiện ý tưởng đó.

Vì một vài năm sau khi Brasil
được chọn đăng cai cúp thế giới,

chúng tôi được biết rằng chính phủ Brasil
muốn làm điều gì đó có ý nghĩa

trong nghi thức khai mạc

trên đất nước đang làm mới
và hoàn thiện bóng đá

có thể nói như thế trước khi Đức vô địch.

(Tiếng cười)

Nhưng đó là một câu chuyện khác,

và một chuyên gia nơ ron thần kinh
muốn nói về điều đó.

Nhưng điều mà Brasil muốn làm
để giới thiệu

một đất nước hoàn toàn khác,

một đất nước biết đánh gia cao
khoa học và công nghệ,

và có thể gửi một món quà đến hàng triệu,
25 triệu người bại liệt trên toàn thế giới

những người không thể cử động được
vì cột sống bị tổn thương.

Vậy chúng tôi đã đề nghị chỉ phủ
Brazil và FIFA

hãy cho chúng tôi cú phát bóng
khai mạc World Cup 2014

được thực hiện bởi một người
Brasil liệt bán thân

bằng cách dùng bộ đồ rô bốt
điều khiển bằng não để phát quả bóng

và để cảm thấy sự tiếp xúc với quả bóng

Họ nhìn chúng tôi,
nghĩ rằng chúng tôi bị điên,

và họ nói," OK, hãy thử đi."

Chúng tôi có 18 tháng để
chuẩn bị mọi thứ từ số không,

Chúng tôi chưa có bộ đồ rô bốt nào,
hay bệnh nhân tình nguyện nào,

chúng tôi không có gì trước đó cả.

Những người này đã đến cùng nhau

và 18 tháng sau, chúng tôi có 8 bệnh nhân
tình nguyện để luyện tập hằng ngày

và cơ bản chúng tôi đã xây dựng
nguyên mẫu này từ số không,

chúng tôi gọi đó là Bra-Santos Dumont 1.

Đó là bộ đồ rô bốt
điều khiển bằng não đầu tiên

đã được đặt tên theo nhà khoa học
lỗi lạc nhất của Brazil.

Alberto Santos Dumont,

người đã tạo ra bộ đồ bay
và tự bay ngày 19/10/1901

với thiết bị bay đầu tiên ở Paris
được thực hiện trước 1 triệu người xem.

Xin lỗi các bạn người Mỹ

Tôi sống ở North Carolina,

Sự kiện bay này đã xảy ra hai năm
trước khi anh em nhà Wright bay

bên bờ North Carolina.

(Vỗ tay)

Điều khiển chuyến bay là người Brazil
(Tiếng cười)

Vì thế chúng tôi đã cùng đi
với những bạn này

và chúng tôi đã cùng lắp ráp
bộ đồ rô bốt với nhau

15 bậc tự do, máy thủy lực

có thể được điều khiển bởi tín hiệu não

được ghi lại bởi công nghệ không
thâm nhập được gọi là điện não đồ

cho phép bệnh nhân
tưởng tượng các hoạt động

để gửi các lệnh đến trung tâm
điều kiển, đến các động cơ,

và làm cho chúng hoạt động.

Bộ đồ rô bốt này được bọc
một lớp da nhân tạo

phát minh bởi Gordon Cheng, một trong những
người bạn tuyệt vời nhất của tôi tại Mynich,

cho phép cảm nhận các tiếp xúc vận động
và chân có thể cảm nhận mặt đất

để thông báo trở lại cho bệnh nhân
xuyên qua lớp áo, một chiếc sơ mi.

Nó là chiếc áo thông minh
với các thiết bị rung siêu nhỏ

nó gửi lại phản hồi
và tác động lên não bệnh nhân

bằng cách tạo ra một cảm giác rằng
không phải cái máy đang mang anh ta đi,

mà là chính anh ta bước đi như trước.

Vậy là tôi bắt lấy khởi đầu này,
và đó là cái mà quý vị sẽ thấy ở đây

là lần đầu tiên một trong các bệnh nhân của chúng tôi, Bruno, đã bước đi thật sự.

Anh ta cần vài giây vì
chúng tôi đang cài đặt mọi thứ,

và quý vị sẽ thấy một ánh sáng xanh
phía trước mũ

khi Bruno tưởng tượng ra
động tác cần thực hiện,

máy tính sẽ phân tích tín hiệu đó,
Bruno sẽ xác nhận nó,

và khi nó được nhận,

máy sẽ vận hành
theo lệnh từ não của Bruno.

Anh ta chỉ cần ra đúng các lệnh,
và bây giờ anh ta bắt đầu bước đi.

Sau 9 năm không thể cử động,

anh ta đang tự bước đi.

Và còn hơn thế nữa--

(Vỗ tay)

hơn cả bước đi,

anh ta đang cảm nhận được mặt đất,

và nếu vận tốc của bộ đồ máy tăng lên,

anh ta nói với chúng tôi như được bước đi
trở lại trên cát của Santos,

đó là khu resort trên bãi biển nơi mà
anh ta từng đến trước khi bị tai nạn.

Vì thế não đang tạo ra cảm giác
mới trong đầu của Bruno.

Vậy là anh ấy bước, và cuối cùng--
tôi không còn thời gian nữa --

anh ta nói," các bạn ơi,

tôi cần mượn cái này
khi tôi làm đám cưới nhé,

bởi vì tôi muốn tự bước đến
trước mặt vị linh mục

và nhìn cô dâu một cách thật tự tin."

Đương nhiên, anh ta sẽ có nó
bất kỳ lúc nào anh ta muốn.

Và đó là cái mà chúng tôi muốn biểu diễn
trong World Cup, và điều đó đã không thể xảy ra,

vì một lý do khó hiểu nào đó,
FIFA đã cắt bỏ một nửa chương trình.

Cái mà quý vị đang xem là một đoạn video ngắn
Juliano Pinto phát bóng trong bộ đồ máy

một ít phút trước khi chúng tôi ra sân

và làm điều kỳ diệu
trước toàn thể người xem

và ánh sáng mà quý vị nhìn thấy
mô tả quá trình.

Về cơ bản, ánh sáng xanh chớp nháy
chỉ ra rằng bộ đồ máy sẵn sàng hoạt động.

Nó có thể nhận suy nghĩ
của con người và phản hồi lại,

và khi Juliano quyết định đá quả bóng,

quý vị sẽ thấy hai dòng ánh sáng
xanh và vàng

chạy từ chiếc mũ đến chân,

để chuyển các lệnh từ não
được truyền qua bộ đồ máy

để thực hiện động tác.

và cở bản trong 13 giây,

Juliano đã thật sự làm được điều đó.

Quý vị có thể thấy các lệnh.

Anh ta đã sẵn sàng, quả bóng
được đặt vào, và anh ta đá.

Và điều tuyệt vời nhất là,

10 giây sau khi sút bóng,
anh ta nhìn chúng tôi trên sân,

và nói với chúng tôi,
như quý vị cũng đang nghe thấy đó

"tôi cảm nhận được quả bóng"

Điều đó thật là vô giá.

(Vỗ tay)

Điều tuyệt vời này sẽ đi đến đâu?

Tôi có hai phút để nói với quý vị

Điều đó sẽ đi đến tận cùng giới hạn
của trí tưởng tượng của bạn.

Công nghệ thực hiện ý nghĩ là đây.

Đây là cái mới nhất: Chúng tôi
vừa mới công bố năm ngoái,

giao thức não-máy đầu tiên

nó cho phép hai con vật trao đổi ý tưởng

ví dụ một con vật thấy cái gì đó
trong môi trường của nó

có thể gửi tin nhắn SMS từ não,
một thủy lôi, một thủy lôi thần kinh,

đến con vật thứ hai,

và con thứ hai này thực hiện
cái mà nó cần làm

không cần biết môi trường
đang gửi đến thông điệp gì,

bởi vì lệnh đến từ não con vật đầu tiên.

Đó là thử nghiệm đầu tiên.

Tôi sẽ làm nhanh một thử nghiệm khác
để chỉ cho quý vị cái mới nhất

Cái mà quý vị sắp thấy ở đây
là con chuột đầu tiên được thông tin

bởi ánh sáng bên trái của cái lồng

nó cần chạm vào lồng bên trái để
nhận được phần thưởng.

Nó đến đó và làm.

Và cùng lúc, nó gửi một thông điệp từ não

đến con chuột thứ hai
không thấy ánh sáng đó,

và con thứ hai,
trong 70 phần trăm thời gian

cũng chạm vào phần bên trái lồng
để lấy được phần thưởng

không cần trải nghiệm
ánh sáng trong võng mạc.

Chúng tôi đẩy giới hạn xa hơn

bằng cách cho mấy con khỉ
cùng hợp tác trong hệ thống não,

để cùng làm một hoạt động

và kết hợp chúng để di chuyển cánh tay ảo
mà tôi đã chỉ cho quý vị lúc nãy,

điều mà quý vị đang thấy đây là lần đầu
tiên hai con khỉ kết hợp não của chúng,

đồng bộ hóa cánh tay
để làm cho cánh tay ảo cử động.

Một con thì đang điều khiển theo trục X

con kia thì đang điều khiển theo trục y

Nhưng thú vị hơn khi thấy
ba con khỉ trong thí nghiệm đó

và bạn muốn một con điều khiển
theo trục x và y,

con khác điều khiển theo y và z,

và con còn lại điều khiển theo trục x và z,

và bạn làm cho chúng cùng chơi trò này với nhau,

cử động cánh tay trong không gian 3D
để lấy giọt nước cam

Và chúng đã thực sự làm được điều đó.

Chấm đen là mức trung bình
của tất cả các bộ não đang làm việc

cùng hoạt động trong thời gian thật.

Đó là một máy tính sinh học,

tương tác bằng hoạt động não
và cần hoàn thành một mục tiêu cử động.

Điều đó dẫn đến cái gì?

Chúng tôi chưa biết.

Chúng tôi chỉ là nhà khoa học thôi mà,

(Tiếng cười)

Chúng tôi được trả lương
để làm trò như trẻ con,

để đi đến tận cùng giới hạn
và cố gắng phát hiện ra có gì ở bên kia.

Nhưng chúng tôi biết một điều :

Một ngày kia, trong vài thập niên nữa,

khi mà cháu chắt của chúng ta
có thể lướt web chỉ bằng ý nghĩ trong đầu,

hay là một người mẹ có thể cho đứa bé khiếm thị
mượn ánh mắt của mình,

hay một ai đó có thể nói nhờ vào
trung gian hệ thống não-đến-não,

một ai đó trong quý vị sẽ nhớ lại là
tất cả bắt đầu từ một chiều mùa đông

trên sân bóng Brazil
với một cú sút bóng không tưởng.

Cám ơn.

(Vỗ tay)

Cám ơn.

Bruno Giussani : Miguel,
cám ơn vì nán lại vài phút.

Vâng, tôi có thể cho anh thêm vài phút nữa

vì có vài điểm chúng ta muốn nói thêm
và đương nhiên,

hình như chúng ta cần các bộ não kết nối
để thấy được câu chuyện này sẽ đi tới đâu.

Vậy hãy kết nối tất cả lại với nhau.

Nếu tôi không nhầm,

một trong ba con khỉ đó nhận một tín hiệu

và một con khác đang
phản ứng lại tín hiệu đó

chỉ bởi vì con thứ nhất đang nhận
và truyền xung động thần kinh.

Miguel trả lời :
Không phải, cái đó hơi khác một tí,

Không con khỉ nào biết là
có hai con khỉ khác cũng ở đó.

Chúng đang nhận một phản hồi
dạng hình ảnh 2D,

nhưng nhiệm vụ của chúng là
thực hiện hoạt động trong không gian 3D.

Chúng cần làm cử động một cánh tay
trong không gian ba chiều.

Nhưng mỗi con khỉ chỉ thấy
hình ảnh trên màn hình hai chiều

để thao tác.

Và để làm được điều đó,

bạn cần ít nhất hai con khỉ
để đồng bộ hóa não của chúng,

nhưng lý tưởng là ba con.

Cái mà chúng tôi phát hiện ra
khi một con khỉ bắt đầu lười biếng,

thì hai con kia cố gắng
cải thiện công việc

để kéo con khỉ lười trở lại,

vậy việc thích ứng này
xảy ra một cách hiệu quả,

và việc kết hợp của ba con
hay hai con khỉ đều giống nhau.

Bây giờ, nếu bạn đổi lại
không cho con khỉ biết

các chiều mà chúng điều kiển,

như là con này điều khiển theo chiều X và Y,

nhưng thực ra nó nên điều khiển theo Y và Z,

tức thì, não con vật
không nghĩ đến chiều trước đó

và nó bắt đâu tập trung trên các chiều mới.

Vậy cái mà tôi cần nói là không có máy quay nào,

cũng không có máy vi tính nào có thể
đoán được điều mà một hệ thống não sẽ làm.

Vậy chúng ta sẽ dùng
công nghệ theo nhu cầu của mình.

máy móc sẽ không bao giờ
thay não của chúng ta được.

Điều đó đơn giản là không thể.

BG ; Anh đã thử nghiệm bao nhiêu lần rồi?

Và bao nhiêu lần anh thành công hay thất bại?

MN: Ồ, mười lần.

Với ba con khỉ? Ồ, nhiều lần rồi.

Tôi đã không thể nói điều đó ở đây,
trừ phi tôi đã làm thử vài lần.

À, tôi quên nói tới, do thiếu thời gian,

rằng cách đây chỉ ba tuần,
một nhóm Châu Âu

đã thử kết nối lần đầu tiên từ
người qua người bằng máy não-đến-não.

BG : Và làm sao để thử đây?

MN: có một vài thông tin--
những ý tưởng lớn bắt đầu với cách thức khiêm tốn--

nhưng về cơ bản, hoạt động não
của một chủ thể

được truyền đến đối tượng thứ hai,
bằng công nghệ không xâm nhập.

Vậy chủ thể thứ nhất có một thông điệp,
giống mấy con chuột, thông điệp hình ảnh,

và truyền đến chủ thể thứ hai.

chủ thể thứ hai nhận một xung từ trường
trên võ não thị giác,

và một xung khác, hai xung khác nhau.

Trong một xung,
chủ thể thứ hai này thấy thứ gì đó.

Trên xung còn lại,
anh ta thấy một thứ khác.

Và anh ta có thể chỉ ra bằng lời nói

cái nào là thông điệp
mà chủ thể thứ nhất đang gửi

thông qua internet xuyên qua các lục địa.

Người điều khiển chương trình : Wow.
OK, đó là nơi chúng ta sẽ tới.

Đó là chương trình TED
tiếp theo tại hội thảo sau.

Miguel Micolelis, cám ơn nhiều.
MN : Cám ơn Brumo. Cám ơn