Miguel Nicolelis: A monkey that controls a robot with its thoughts. No, really.

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Translator: Ina Stoycheva Reviewer: Stefan Milanov

The kind of neuroscience that I do and my colleagues do

Видът невронаука, който правя с колегите си,

is almost like the weatherman.

е почти както предсказване на времето.

We are always chasing storms.

Гледаме къде ще има бури.

We want to see and measure storms -- brainstorms, that is.

Искаме да видим и да измерим бурите - брейнстормс, това е.

And we all talk about brainstorms in our daily lives,

Всички говорим за брейнстормс в ежедневния си живот,

but we rarely see or listen to one.

но рядко го виждаме или го слушаме.

So I always like to start these talks

Обичам да започвам тези разговори,

by actually introducing you to one of them.

като ви покажа брейнсторм.

Actually, the first time we recorded more than one neuron --

Първият път, когато записахме повече от един неврон -

a hundred brain cells simultaneously --

сто умствени клетки наведнъж -

we could measure the electrical sparks

можахме да измерим електрическите искри

of a hundred cells in the same animal,

на сто клетки в едно животно,

this is the first image we got,

това е първата снимка, която получихме,

the first 10 seconds of this recording.

първите 10 секунди от този запис.

So we got a little snippet of a thought,

Получихме отрязък на мисъл

and we could see it in front of us.

и можахме да я видим.

I always tell the students

Винаги казвам на студентите,

that we could also call neuroscientists some sort of astronomer,

че можем да наречем невроучените някакъв вид астрономи,

because we are dealing with a system

защото работим със система,

that is only comparable in terms of number of cells

която е сравнима само по броя на клетките,

to the number of galaxies that we have in the universe.

с броя на галактиките, които съществуват във Вселената.

And here we are, out of billions of neurons,

От милиони неврони,

just recording, 10 years ago, a hundred.

преди 10 години, записахме само сто.

We are doing a thousand now.

Сега записваме хиляда.

And we hope to understand something fundamental about our human nature.

Надяваме си, да разберем нещо основно за същността на човека.

Because, if you don't know yet,

Защото, ако все още не знаете,

everything that we use to define what human nature is comes from these storms,

всичко, което използваме, за да дефинираме същността на човека, идва от тези бури,

comes from these storms that roll over the hills and valleys of our brains

идва от тези бури, които разлюляват хълмовете и долините на мозъците ни

and define our memories, our beliefs,

и определят паметта ни, вярванията ни,

our feelings, our plans for the future.

чувствата ни, плановете ни за бъдеще.

Everything that we ever do,

Всичко, което правим,

everything that every human has ever done, do or will do,

за всичко, което човек е направил, прави или ще направи,

requires the toil of populations of neurons producing these kinds of storms.

е нужно функционирането на неврони, които произвеждат тези видове бури.

And the sound of a brainstorm, if you've never heard one,

Звукът на брейнсторм, ако не сте го чували,

is somewhat like this.

е нещо такова.

You can put it louder if you can.

Можете да го увеличите, ако искате.

My son calls this "making popcorn while listening to a badly-tuned A.M. station."

Синът ми го нарича "правене на пуканки, докато слушате лошо настроена радио станция".

This is a brain.

Това е мозъкът.

This is what happens when you route these electrical storms to a loudspeaker

Това се случва, когато настроите тези електрически бури към високоговорител

and you listen to a hundred brain cells firing,

и слушате сто умствени клетки,

your brain will sound like this -- my brain, any brain.

мозъкат ви ще звучи така - мозъка ми, всеки мозък.

And what we want to do as neuroscientists in this time

Това, което искаме да направим като невроучени сега,

is to actually listen to these symphonies, these brain symphonies,

е да слушаме тези симфонии, тези симфонии на мозъка

and try to extract from them the messages they carry.

и да се опитаме да извадим от тях съобщенията, които носят.

In particular, about 12 years ago

Преди 12 години,

we created a preparation that we named brain-machine interfaces.

създадохме подготовка, която нарекохме интерфейси на машина на мозъка.

And you have a scheme here that describes how it works.

Тук е програмата, която описва, как той работи.

The idea is, let's have some sensors that listen to these storms, this electrical firing,

Идеята е, нека имаме няколко сензора, които слушат тези бури, това електричество

and see if you can, in the same time that it takes

и да видите, ако можете, във времето, което е нужно

for this storm to leave the brain and reach the legs or the arms of an animal --

на бурята да напусне мозъка и да достигне краката или ръцете на животно -

about half a second --

за половин секунда -

let's see if we can read these signals,

нека да видим, дали можем да прочетем тези сигнали,

extract the motor messages that are embedded in it,

да извадим съобщенията на двигателните нерви, които се съдържат в тях,

translate it into digital commands

да ги преведем в дигитални команди

and send it to an artificial device

и да ги изпратим към изкуствено устройство,

that will reproduce the voluntary motor wheel of that brain in real time.

което ще възпроизведе произволно моторно колело на този мозък в реално време.

And see if we can measure how well we can translate that message

И да видим дали можем да измерим колко дoбре можем да преведем това съобщение,

when we compare to the way the body does that.

когато го сравняваме с начина, по който тялото прави това.

And if we can actually provide feedback,

Ако можем да осигурим обратна връзка,

sensory signals that go back from this robotic, mechanical, computational actuator

сензорните сигнали, които се връщат от това роботизирано, механично, компютъризирано задвижващо устройство,

that is now under the control of the brain,

което е под управлението на мозъка,

back to the brain,

отново се връщаме към мозъка,

how the brain deals with that,

как мозъка прави това,

of receiving messages from an artificial piece of machinery.

да получава съобщения от изкуствена машина.

And that's exactly what we did 10 years ago.

Направихме го преди 10 години.

We started with a superstar monkey called Aurora

Започнахме със суперзвезда маймуна, наречена Аврора,

that became one of the superstars of this field.

каято стана една от суперзвездите в тази област.

And Aurora liked to play video games.

Аврора обичаше да играе на видео игри.

As you can see here,

Както можете да видите тук,

she likes to use a joystick, like any one of us, any of our kids, to play this game.

тя обича да използва джойстик, както всички нас, всички наши деца, за да играе тази игра.

And as a good primate, she even tries to cheat before she gets the right answer.

Като добър примат, тя дори се опитва да мами, преди да даде правилния отговор.

So even before a target appears that she's supposed to cross

Дори преди да се появи целта, която тя трябва да пресече

with the cursor that she's controlling with this joystick,

с курсора, с който управлява този джойстик,

Aurora is trying to find the target, no matter where it is.

Аврора се опитва да намери целта, без значение, къде е.

And if she's doing that,

Тя прави това,

because every time she crosses that target with the little cursor,

защото всеки път, когато пресече тази цел с малкия курсор,

she gets a drop of Brazilian orange juice.

получава капка бразилски портокалов сок.

And I can tell you, any monkey will do anything for you

Мога да ви кажа, че всяка маймуна ще направи всичко за вас,

if you get a little drop of Brazilian orange juice.

ако й дадете малка капка бразилски портокалов сок.

Actually any primate will do that.

Всеки примат ще направи това.

Think about that.

Помислете за това.

Well, while Aurora was playing this game, as you saw,

Както видяхте, малката Аврора игаеше тази игра,

and doing a thousand trials a day

правеше хиляди опита дневно

and getting 97 percent correct and 350 milliliters of orange juice,

и получаваше 97 правилни отговори и 350 милилитра портокалов сок,

we are recording the brainstorms that are produced in her head

записвахме брейнстормс, които възникваха в главата й

and sending them to a robotic arm

и ги изпращахме на роботизирана ръка,

that was learning to reproduce the movements that Aurora was making.

която се учеше да възпроизведа движенията, които Аврора правеше.

Because the idea was to actually turn on this brain-machine interface

Защото идеята беше да включим този роботизиран интерфейс на машина - мозък

and have Aurora play the game just by thinking,

и да накараме Аврора да играе играта, като мисли,

without interference of her body.

без намеса от страна на тялото й.

Her brainstorms would control an arm

Нейните брейнстормс можеха да управляват ръка,

that would move the cursor and cross the target.

чрез която тя ще мести курсора и ще стигне до целта.

And to our shock, that's exactly what Aurora did.

За изненада, Аврора правеше точно това.

She played the game without moving her body.

Тя игаеше играта, без да мърда тялото си.

So every trajectory that you see of the cursor now,

Всяка траeктория, която виждате, че е направена от курсора,

this is the exact first moment she got that.

е първият път, когато тя успя да направи това.

That's the exact first moment

Това е първия път,

a brain intention was liberated from the physical domains of a body of a primate

когато стремежа на мозъка беше освободен от физическите части в тялото на примат

and could act outside, in that outside world,

и тя можеше да действа в този външен свят,

just by controlling an artificial device.

като управлява изкуствен инструмент.

And Aurora kept playing the game, kept finding the little target

Аврора продължи да играе играта, продължи да намира малки цели

and getting the orange juice that she wanted to get, that she craved for.

и да получава портокаловия сок, който искаше да получи.

Well, she did that because she, at that time, had acquired a new arm.

Правеше това, защото по това време получи нова ръка.

The robotic arm that you see moving here 30 days later,

Роботизираната ръка, която тук виждате след 30 дни,

after the first video that I showed to you,

след като първият видео филм, който ви показах,

is under the control of Aurora's brain

е под управлението на мозъка на Аврора

and is moving the cursor to get to the target.

и движи курсора до целта.

And Aurora now knows that she can play the game with this robotic arm,

Сега Аврора знае, че може да играе играта с тази роботизирана ръка,

but she has not lost the ability to use her biological arms to do what she pleases.

но не е загубила способността да използва биологичните си ръце, за да прави, коквото иска.

She can scratch her back, she can scratch one of us, she can play another game.

Може да си почеше гърба, може да почеше някой от нас, може да играе друга игра.

By all purposes and means,

При всички случаи,

Aurora's brain has incorporated that artificial device

мозъкът на Аврора е вградил този изкуствен инструмент

as an extension of her body.

като продължение на тялото й.

The model of the self that Aurora had in her mind

Моделът на себе си, който Аврора има в мозъка си,

has been expanded to get one more arm.

се е разширил, за да получи още една ръка.

Well, we did that 10 years ago.

Направихме това преди 10 години.

Just fast forward 10 years.

Кратък преглед на тези 10 години.

Just last year we realized that you don't even need to have a robotic device.

През миналата година разбрахме, че тя не трябва да има роботизиран инструмент.

You can just build a computational body, an avatar, a monkey avatar.

Можем да създадем компютъризирано тяло, хищник, маймуна хищник.

And you can actually use it for our monkeys to either interact with them,

Можете да го използвате вместо маймуните ни, за да взаимодействате с тях

or you can train them to assume in a virtual world

или да ги обучите да възприемат виртуален свят,

the first-person perspective of that avatar

непосредствена перспектива за този хищник

and use her brain activity to control the movements of the avatar's arms or legs.

и тя да използва дейността на мозъка си, за да управлява движенията на ръцете и краката на този хищник.

And what we did basically was to train the animals

Обучихме животните

to learn how to control these avatars

да управляват тези хищници

and explore objects that appear in the virtual world.

и да изучават обекти, които се появяват във виртуалния свят.

And these objects are visually identical,

Тези обекти са визуално еднакви,

but when the avatar crosses the surface of these objects,

но когато хищникът премине през повърхността им,

they send an electrical message that is proportional to the microtactile texture of the object

те изпращат елеткрическо съобщение, което е пропорционално на микроосезателната текстура на обекта,

that goes back directly to the monkey's brain,

който се връща в мозъка на маймуната,

informing the brain what it is the avatar is touching.

като я информира, кaкво докосва хищникът.

And in just four weeks, the brain learns to process this new sensation

Само за четири седмици, мозъкът се научава да обработва това ново усещане

and acquires a new sensory pathway -- like a new sense.

и получава нов сензорен път - като ново чувство.

And you truly liberate the brain now

Сега напълно освобождаваме мозъка,

because you are allowing the brain to send motor commands to move this avatar.

тъй като му позволяваме да изпраща двигателни команди, за да движи този хищник.

And the feedback that comes from the avatar is being processed directly by the brain

Обратната връзка, която идва от хищника, се обработва от мозъка

without the interference of the skin.

без да засегне кожата.

So what you see here is this is the design of the task.

Тук виждате моделът на задачата.

You're going to see an animal basically touching these three targets.

Ще видите животно, което докосва тези три цели.

And he has to select one because only one carries the reward,

То трябва да избере една цел, защото само в една цел има награда,

the orange juice that they want to get.

портокаловия сок, който иска да получи.

And he has to select it by touch using a virtual arm, an arm that doesn't exist.

Тя трябва да го избере с докосване, като използва виртуална ръка, ръка, която не съществува.

And that's exactly what they do.

Тя прави това.

This is a complete liberation of the brain

Това е пълно освобождаване на мозъка

from the physical constraints of the body and the motor in a perceptual task.

от физическите ограничения на тялото и двигателлния нерв със задача за възприемане.

The animal is controlling the avatar to touch the targets.

Животното управлява хищника за да докосне целите.

And he's sensing the texture by receiving an electrical message directly in the brain.

То усеща текстурата, чрез получаване на електрическо съобщение в мозъка.

And the brain is deciding what is the texture associated with the reward.

Мозъкът решава каква е текстурата, която е свързана с наградата.

The legends that you see in the movie don't appear for the monkey.

Обясненията, които виждате във филма не се появяват за маймуната.

And by the way, they don't read English anyway,

Между другото, маймуните не могат да четат на английски

so they are here just for you to know that the correct target is shifting position.

и легендите са тук само за вас, за да знаете, че правилната цел променя местоположението си.

And yet, they can find them by tactile discrimination,

Тя може да ги намери чрез разума си

and they can press it and select it.

да я натисне и да я избере.

So when we look at the brains of these animals,

Когато разглеждаме мозъците на тези животни,

on the top panel you see the alignment of 125 cells

на горния панел виждате редица от 125 клетки,

showing what happens with the brain activity, the electrical storms,

които показват, какво се случва с дейността на мозъка, електрическите бури

of this sample of neurons in the brain

на тази мостра от неврони в мозъка,

when the animal is using a joystick.

когато животното използва джойстик.

And that's a picture that every neurophysiologist knows.

Това е картина, която всеки невропсихолог познава.

The basic alignment shows that these cells are coding for all possible directions.

Основната редица показва, че тези клетки са код за всички възможни посоки.

The bottom picture is what happens when the body stops moving

Картината в дъното показва, какво се случва, когато тялото спре да се движи

and the animal starts controlling either a robotic device or a computational avatar.

и животното започва да управлява роботизиран инструмент или компютъризиран хищник.

As fast as we can reset our computers,

Доколкото можахме да настоим компютрите си,

the brain activity shifts to start representing this new tool,

дейността на мозъка се променя, за да започне да представя този нов инструмент,

as if this too was a part of that primate's body.

като че ли той е част от тялото на примата.

The brain is assimilating that too, as fast as we can measure.

Мозъкът разбира и това, доколкото можем да го измерим.

So that suggests to us that our sense of self

Това ни подсказва, че чувството ни за себе си

does not end at the last layer of the epithelium of our bodies,

не свършва в последния слой на епитела на телата ни,

but it ends at the last layer of electrons of the tools that we're commanding with our brains.

а в последния слой електрони на инструментите, които управляваме с мозъка си.

Our violins, our cars, our bicycles, our soccer balls, our clothing --

Цигулките ни, колите ни, велосипедите ни, топките ни за футбол, дрехите ни -

they all become assimilated by this voracious, amazing, dynamic system called the brain.

всичко се възприема от тази ненаситна, удивителна, динамична система, наречена мозък.

How far can we take it?

Докъде можем да стигнем?

Well, in an experiment that we ran a few years ago, we took this to the limit.

В експеримент, който проведохме преди няколко години, стигнахме до тази граница.

We had an animal running on a treadmill

В университета в Дюк, на Източния бряг на Съединените щати,

at Duke University on the East Coast of the United States,

имахме животно, което вършеше неблагодарна работа,

producing the brainstorms necessary to move.

произвеждаше брейнстормс, необходими за движение.

And we had a robotic device, a humanoid robot,

Имахме роботизиран уред, робот - хуманоид,

in Kyoto, Japan at ATR Laboratories

в Киото, Япония, в лабораториите ATP,

that was dreaming its entire life to be controlled by a brain,

което мечтаеше през целия си живот да бъде управлявано от мозък,

a human brain, or a primate brain.

човешки мозък или мозък на примат.

What happens here is that the brain activity that generated the movements in the monkey

Тук дейността на мозъка, която произвежда движенията на маймуната,

was transmitted to Japan and made this robot walk

беше прехвърлена в Япония и накара този робот да върви,

while footage of this walking was sent back to Duke,

като дължината на футовете, които беше извървяло, беше изпратена в Дюк

so that the monkey could see the legs of this robot walking in front of her.

и маймуната можеше да види краката на този робот, който вървеше пред нея.

So she could be rewarded, not by what her body was doing

Тя можеше да бъде възнаградена не от това, което тялото й правеше,

but for every correct step of the robot on the other side of the planet

но от всяка правилна стъпка на робота в другия край на планетата,

controlled by her brain activity.

което беше управлявано от дейността на мозъка й.

Funny thing, that round trip around the globe took 20 milliseconds less

Смешно е, че това пътешествие около света отне 20 милисекунди по-малко,

than it takes for that brainstorm to leave its head, the head of the monkey,

отколкото е нужно на този брейнсторм да напусне главата му, главата на маймуната

and reach its own muscle.

и да достигне мускулите си.

The monkey was moving a robot that was six times bigger, across the planet.

Маймуната движеше робот, който беше шест пъти по-голям от нея през планетата.

This is one of the experiments in which that robot was able to walk autonomously.

Това е един от експериментите, в който този робот можеше да върви самостоятелно.

This is CB1 fulfilling its dream in Japan

Това е СВ1, който осъществи мечтата си в Япония,

under the control of the brain activity of a primate.

под управлението на дейността на мозъка на примат.

So where are we taking all this?

От къде взимаме всичко това?

What are we going to do with all this research,

Какво ще направим с това изследване,

besides studying the properties of this dynamic universe that we have between our ears?

освен да изучим свойствата на тази динамична галактика, която съществува между ушите ни?

Well the idea is to take all this knowledge and technology

Идеята е да вземем това знание и технология

and try to restore one of the most severe neurological problems that we have in the world.

и да се опитаме да възстановим най-тежките неврологични проблеми в света.

Millions of people have lost the ability to translate these brainstorms

Милиони хора са загубили способността да превеждат тези брейнстормс

into action, into movement.

в действие, в движение.

Although their brains continue to produce those storms and code for movements,

Въпреки, че мозъка им продължава да произвежда тези брейнстормс и код за движения,

they cannot cross a barrier that was created by a lesion on the spinal cord.

те не могат да преминат бариера, която е създадена от повреда на гръбначният стълб.

So our idea is to create a bypass,

Идеята е, да създадем байпас,

is to use these brain-machine interfaces to read these signals,

за да използваме интерфейсите на мозък - машина, за да четем тези сигнали,

larger-scale brainstorms that contain the desire to move again,

брейнстормс в голям мащаб, които съдържат желанието да се движим отново,

bypass the lesion using computational microengineering

да отстраним вредите, като използваме компютъризирано микроинженерство

and send it to a new body, a whole body called an exoskeleton,

и да ги изпратим в ново тяло, наречено ексоскелет,

a whole robotic suit that will become the new body of these patients.

цял роботоризиран костюм, който ще стане ново тяло за тези пациенти.

And you can see an image produced by this consortium.

Можете да видите образ, създаден от този консорциум.

This is a nonprofit consortium called the Walk Again Project

Това е консорциум с идеална цел, наречен Проект Ходи Отново,

that is putting together scientists from Europe,

в който се събират учени от Европа,

from here in the United States, and in Brazil

оттук, в САЩ и в Бразилия,

together to work to actually get this new body built --

за да работят заедно, за да получат това ново тяло -

a body that we believe, through the same plastic mechanisms

тяло, за което вярваме, че чрез същите пластмасови механизми,

that allow Aurora and other monkeys to use these tools through a brain-machine interface

които позволяват на Аврора и на други маймуни да използват тези инструменти чрез интерфейс на машина - мозък

and that allows us to incorporate the tools that we produce and use in our daily life.

и което ни позволява да внедрим инструментите, които произвеждаме и да ги използваме в ежедневието.

This same mechanism, we hope, will allow these patients,

Надяваме се, че същия механизъм ще позволи на тeзи пациенти

not only to imagine again the movements that they want to make

не само да си представят отново движенията, които искат да направят

and translate them into movements of this new body,

и да ги преведат в движения на това ново тяло,

but for this body to be assimilated as the new body that the brain controls.

но то да бъде асимилирано като ново тяло, което е управлявано от мозъка.

So I was told about 10 years ago

Преди 10 години беше казано,

that this would never happen, that this was close to impossible.

че това никога няма да се случи, че това е невъзможно.

And I can only tell you that as a scientist,

Мога само да ви кажа, че като учен,

I grew up in southern Brazil in the mid-'60s

израснах в южна Бразилия в средата на 1960-те години,

watching a few crazy guys telling [us] that they would go to the Moon.

като наблюдавах тези луди момчета, които ни казваха, че ще отидат на Луната.

And I was five years old,

Бях пет годишен

and I never understood why NASA didn't hire Captain Kirk and Spock to do the job;

и никога не разбрах, защо НАСА не нае капитан Кърк и Спок за да тази работа;

after all, they were very proficient --

те бяха много продуктивни -

but just seeing that as a kid

но виждайки това като дете,

made me believe, as my grandmother used to tell me,

ме накара да вярвам, както ми казваше баба ми,

that "impossible is just the possible

че "невъзможното е възможното,

that someone has not put in enough effort to make it come true."

за което някой не е дал достатъчно усилия, за да се сбъдне".

So they told me that it's impossible to make someone walk.

Те ми казаха, че е невъзможно да се накара някой да ходи.

I think I'm going to follow my grandmother's advice.

Мисля, че ще следвам съвета на баба ми.

Thank you.

Благодаря.

(Applause)

(Аплодисменти)