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

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Překladatel: Marek Svoboda Korektor: Ján Špánik

The kind of neuroscience that I do and my colleagues do

Druh neurovědy, jímž se já a mí kolegové zabýváme,

is almost like the weatherman.

se velmi podobá meteorologům.

We are always chasing storms.

Stále honíme bouře.

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

Snažíme se zahlédnout a měřit bouře -- tedy mozkové bouře.

And we all talk about brainstorms in our daily lives,

A všichni běžně v životě hovoříme o mozkových bouřích,

but we rarely see or listen to one.

ale jen zřídkakdy nějakou vidíme či slyšíme.

So I always like to start these talks

Proto tyto přednášky pokaždé rád začínám

by actually introducing you to one of them.

představením jedné z nich.

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

Vlastně poprvé, co jsme zaznamenali více než jeden neuron

a hundred brain cells simultaneously --

-- celou stovku mozkových buněk zároveň --

we could measure the electrical sparks

jsme byli schopni změřit elektrické jiskření

of a hundred cells in the same animal,

sta buněk v témže zvířeti,

this is the first image we got,

tohle je první obrázek, který jsme získali,

the first 10 seconds of this recording.

prvních 10 sekund této nahrávky.

So we got a little snippet of a thought,

Takže máme malý kousek myšlenky

and we could see it in front of us.

a máme ji takto viditelně před sebou.

I always tell the students

Pokaždé studentům říkám,

that we could also call neuroscientists some sort of astronomer,

že neurovědci by se dali také nazvat takovými trochu astronomy,

because we are dealing with a system

poněvadž se zde setkáváme se systémem,

that is only comparable in terms of number of cells

který je, co se týče počtu buněk, srovnatelný

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

s počtem galaxií, které jsou v našem vesmíru.

And here we are, out of billions of neurons,

A tady před námi jsme z miliard neuronů

just recording, 10 years ago, a hundred.

před 10 lety zaznamenávali jen stovku.

We are doing a thousand now.

V dnešní době je to tisíc.

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

Snažíme se tím porozumět něčemu velice základnímu ohledně podstaty člověka.

Because, if you don't know yet,

Protože, jestli to ještě nevíte,

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

všechno, co používáme k definování toho, co je podstatou člověka, vychází z těchto bouří,

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

z těchto bouří, které se převalují přes vrcholky a prohlubně našich mozků

and define our memories, our beliefs,

a definují naše vzpomínky, naše domněnky,

our feelings, our plans for the future.

naše pocity, naše plány do budoucna.

Everything that we ever do,

Vše, co kdy děláme,

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

vše, co každý člověk kdy dokázal nebo dokáže,

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

vyžaduje úsilí populací neuronů produkujících takovéto různé bouře.

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

A zvuk mozkové bouře, jestli jste ještě nikdy žádnou neslyšeli,

is somewhat like this.

zní asi takhle.

You can put it louder if you can.

Mohli bychom tomu přidat zvuk, kdyby se to dalo.

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

Můj syn tomu říká "dělání popcornu během poslechu špatně naladěné AM stanice".

This is a brain.

Tohle je mozek.

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

Tohle se stane, když tyto bouře navedete do reproduktoru

and you listen to a hundred brain cells firing,

a posloucháte aktivitu sta mozkových buněk,

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

váš mozek bude znít takto -- můj mozek, jakýkoli mozek.

And what we want to do as neuroscientists in this time

A dnes se jako neurovědci vlastně snažíme

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

naslouchat těmto symfoniím, těmto mozkovým symfoniím,

and try to extract from them the messages they carry.

a pokusit se z nich získat zprávy, které přenášejí.

In particular, about 12 years ago

Konkrétně před 12 lety

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

jsme vytvořili zařízení, které jsme nazvali mozkovo-přístrojové rozhraní.

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

A zde je nákres popisující, jak funguje.

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

Tedy asi tak, že máme určité snímače, které detekují tyto bouře, tyto elektrické signály,

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

a zkoušíme, zda můžeme za stejnou dobu, jakou to této bouři

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

trvá vyrazit z mozku a dorazit až do nohou či paží zvířete --

about half a second --

asi tak půl sekundy --

let's see if we can read these signals,

zjišťujeme, zda jsme schopni tyto signály přečíst,

extract the motor messages that are embedded in it,

získat zprávy o pohybu, které jsou v nich obsaženy,

translate it into digital commands

převést je v digitální příkazy

and send it to an artificial device

a poslat je do umělého zařízení,

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

které by reprodukovalo volní pohybový aparát tohoto mozku v reálném čase.

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

Chceme zjistit, zda můžeme měřit, jak dobře jsme schopni tuto zprávu zakódovat

when we compare to the way the body does that.

v porovnání se způsobem, kterým to dělá tělo.

And if we can actually provide feedback,

Dokonce jsme schopni poskytnout zpětnou vazbu,

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

smyslové signály, které se vracejí z tohoto robotického, mechanického, počítačového nástroje,

that is now under the control of the brain,

který je nyní pod kontrolou mozku,

back to the brain,

zpět do mozku,

how the brain deals with that,

jak se s tím mozek vypořádá,

of receiving messages from an artificial piece of machinery.

získávaje zprávy z umělého kusu přístroje.

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

A přesně to se nám podařilo před 10 lety.

We started with a superstar monkey called Aurora

Začali jsme se slavnou opicí jménem Aurora,

that became one of the superstars of this field.

která se stala jednou z hvězd tohoto oboru.

And Aurora liked to play video games.

A Aurora ráda hrála videohry.

As you can see here,

A jak zde můžete vidět,

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

ráda používá joystick jako kdokoli z nás, jakékoli z našich dětí, ke hraní této hry.

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

A jako správný primát dokonce zkouší i podvádět ještě předtím, než odpoví správně.

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

Takže ještě předtím, než se terč, který má překřížit, zobrazí,

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

kurzorem kontrolovaným tímto joystickem

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

se Aurora snaží tento terč najít, ať už je kdekoli.

And if she's doing that,

A když to takto dělá,

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

jelikož pokaždé, když přejede kurzorem přes tento terč,

she gets a drop of Brazilian orange juice.

dostane kapku brazilského pomerančového džusu.

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

A to vám můžu říct, že jakákoli opice pro vás udělá cokoli,

if you get a little drop of Brazilian orange juice.

když dostane malou kapku brazilského pomerančového džusu.

Actually any primate will do that.

Vlastně jakýkoli primát.

Think about that.

Popřemýšlejte o tom.

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

No a zatímco Aurora hrála tuto hru, jak jste viděli,

and doing a thousand trials a day

během několika tisíců pokusů za den,

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

s 97 procentní úspěšností a 350 mililitry pomerančového džusu,

we are recording the brainstorms that are produced in her head

my mezitím zaznamenáváme mozkové bouře produkované v její hlavě

and sending them to a robotic arm

a posíláme je do robotické paže,

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

která se učila reprodukovat pohyby, které dělala Aurora.

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

Protože hlavní myšlenkou bylo vlastně uvést do pochodu toto mozkovo-přístrojové rozhraní tak,

and have Aurora play the game just by thinking,

aby nakonec Aurora hrála hru silou pouhé myšlenky,

without interference of her body.

bez pomoci jejího vlastního těla.

Her brainstorms would control an arm

Její mozkové bouře by tak kontrolovaly ruku,

that would move the cursor and cross the target.

která by pohybovala kurzorem a překřižovala terč.

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

A k našemu překvapení, přesně to Aurora dělala.

She played the game without moving her body.

Hrála hru bez pohnutí vlastního těla.

So every trajectory that you see of the cursor now,

Takže každá dráha kurzoru, kterou nyní vidíte,

this is the exact first moment she got that.

je přesně tím prvním momentem, kdy se jí to podařilo.

That's the exact first moment

To je přesně ten první moment,

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

kdy byl úmysl mozku oproštěn od fyzické domény těla primáta,

and could act outside, in that outside world,

a byl schopen působit vně, v tom vnějším světě

just by controlling an artificial device.

pouze pomocí ovládání umělého zařízení.

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

A Aurora nadále hrála hru, nadále hledala malý terč

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

a dostávala pomerančový džus, který dostávat chtěla, po kterém toužila.

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

No, a to všechno díky tomu, že tehdy dostala novou paži.

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

Robotická paže, kterou vidíte pohybovat se 30 dní poté,

after the first video that I showed to you,

co jsme natočili ono první video, jež jsem vám ukázal,

is under the control of Aurora's brain

je pod kontrolou Aurořina mozku

and is moving the cursor to get to the target.

a pohybuje kurzorem tak, aby se dostal k terči.

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

A Aurora teď už ví, že dokáže tuto hru hrát pomocí této robotické paže,

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

ovšem stále neztratila schopnost stále používat své biologické paže k čemukoli, co se jí zamane.

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

Může se poškrábat na zádech, může poškrábat jednoho z nás, může hrát další hru.

By all purposes and means,

V každém praktickém smyslu slova

Aurora's brain has incorporated that artificial device

Aurořin mozek začlenil toto umělé zařízení

as an extension of her body.

jako rozšíření jejího těla.

The model of the self that Aurora had in her mind

Představa sebe sama, kterou má Aurora ve své mysli,

has been expanded to get one more arm.

byla rozšířena o jednu další paži.

Well, we did that 10 years ago.

No, to se nám podařilo před 10 lety.

Just fast forward 10 years.

Teď se přesuňme o 10 let dopředu.

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

Právě loni jsme si uvědomili, že ani nepotřebujeme robotické zařízení.

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

Můžeme mít jen počítačové tělo, avatar, opičí avatar.

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

A ten můžete vlastně použít pro interakci s našimi opicemi,

or you can train them to assume in a virtual world

nebo je můžete vytrénovat, aby začaly uvažovat ve virtuálním světě,

the first-person perspective of that avatar

z pohledu první osoby tohoto avatara,

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

a používaly svůj mozek ke kontrole pohybů avatarových paží a nohou.

And what we did basically was to train the animals

V zásadě jsme zvířata vytrénovali,

to learn how to control these avatars

aby se naučila ovládat tyto avatary

and explore objects that appear in the virtual world.

a zkoumala objekty, které se objeví ve virtuálním světě.

And these objects are visually identical,

A tyto všechny objekty vypadají totožně,

but when the avatar crosses the surface of these objects,

ale když avatar přejede po jejich povrchu,

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

pošlou elektrickou zprávu, která je úměrná miniaturní povrchové struktuře tohoto objektu,

that goes back directly to the monkey's brain,

která jde zpátky do mozku opice

informing the brain what it is the avatar is touching.

zpravujíc mozek o tom, čeho se avatar dotýká.

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

A za pouhé čtyři týdny se mozek naučí zpracovat tyto nové podněty

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

a získá tak novou smyslovou dráhu -- jakoby nový, šestý smysl.

And you truly liberate the brain now

A nyní konečně mozek osvobozujeme,

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

protože mu dovolujeme rozesílat pohybové příkazy k rozhýbání tohoto avatara.

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

A zpětná vazba, která se vrací z avatara, je zpracována přímo mozkem

without the interference of the skin.

bez zapojení kůže.

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

Takže to, co zde vidíte, je plán tohoto úkonu.

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

Uvidíte v zásadě zvíře dotýkající se těchto tří terčů.

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

A ono musí vybrat jeden z nich, protože jen ten znamená odměnu,

the orange juice that they want to get.

pomerančový džus, který chtějí získat.

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

Musejí jej vybrat dotykem virtuální paže, paže, která neexistuje.

And that's exactly what they do.

A přesně to dělají.

This is a complete liberation of the brain

Toto je naprosté osvobození mozku

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

od fyzických omezení těla a pohybového aparátu při vjemové činnosti.

The animal is controlling the avatar to touch the targets.

Zvíře kontroluje avatara k dotyku objektů.

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

A cítí povrchovou strukturu skrze přijímání elektrických signálů přímo do mozku.

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

A mozek se rozhoduje, který druh povrchu odpovídá odměně.

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

Popisky, které vidíte na videu, se opici nezobrazují.

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

A kromě toho, ony stejně anglicky číst neumějí,

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

takže jsou zde pouze proto, abyste věděli, že správný terč mění svou pozici.

And yet, they can find them by tactile discrimination,

I přesto jsou schopny jej najít skrze hmatové rozdíly,

and they can press it and select it.

a tak jej mohou stiskem vybrat.

So when we look at the brains of these animals,

Takže když se podíváme na mozky těchto zvířat,

on the top panel you see the alignment of 125 cells

na horním panelu vidíte seřazených 125 buněk

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

zobrazujících, co se stane s mozkovou aktivitou, mozkovými bouřemi,

of this sample of neurons in the brain

tohoto vzorku neuronů v mozku,

when the animal is using a joystick.

když zvíře používá joystick.

And that's a picture that every neurophysiologist knows.

A toto je obrázek, který zná každý neurofyziolog.

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

Základní rozřazení zobrazuje, že tyto buňky odpovídají za všechny možné směry.

The bottom picture is what happens when the body stops moving

Spodní obrázek ukazuje, co se stane, když se tělo přestane hýbat

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

a zvířata začnou ovládat buď robotické zařízení, nebo počítačového avatara.

As fast as we can reset our computers,

Okamžitě po přenastavení našich počítačů

the brain activity shifts to start representing this new tool,

se mozková aktivita změní v reprezentaci tohoto nového nástroje,

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

jakoby byl také součástí těla primáta.

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

Mozek jej začlení tak rychle, jak jen dokážeme měřit.

So that suggests to us that our sense of self

To naznačuje, že naše vnímání sebe sama

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

nekončí poslední vrstvou kožního epitelu našich těl,

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

nýbrž končí poslední vrstvou elektronů v nástrojích, které ovládáme našimi mozky.

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

Naše housle, naše auta, naše kola, naše fotbalové míče, naše oblečení --

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

to všechno se začlení tímto nenasytným, úžasným, dynamickým systémem zvaným mozek.

How far can we take it?

Jak daleko s tím můžeme zajít?

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

No, v experimentu, který probíhal před pár lety, jsme došli až na hranici.

We had an animal running on a treadmill

Měli jsme zvíře, které běhalo na pásu

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

v Duke University na východním pobřeží Spojených států,

producing the brainstorms necessary to move.

vytvářeje mozkové bouře potřebné k pohybu.

And we had a robotic device, a humanoid robot,

A měli jsme robotické zařízení, robotického humanoida,

in Kyoto, Japan at ATR Laboratories

v japonském Kyotu, v laboratořích ATR,

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

který celý svůj život snil o tom být ovládán mozkem,

a human brain, or a primate brain.

lidským mozkem, mozkem primáta.

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

Jde zde o to, že mozková aktivita produkovaná pohyby opice

was transmitted to Japan and made this robot walk

byla posílána do Japonska, kde přiměla tohoto robota kráčet,

while footage of this walking was sent back to Duke,

zatímco záznam tohoto kráčení byl zasílán zpět to Duke,

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

takže opice viděla nohy tohoto robota při pohybu přímo před sebou.

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

Takto byla odměňována ne tím, co dělalo její tělo,

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

nýbrž každým správným krokem robota na druhé straně zeměkoule

controlled by her brain activity.

ovládaným její mozkovou aktivitou.

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

Je zajímavé, že tato zpáteční cesta okolo světa trvala o 20 milisekund méně,

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

než by této mozkové bouři trvalo opustit její hlavu, hlavu této opice,

and reach its own muscle.

a dorazit do jejího vlastního svalu.

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

Opice pohybovala robotem, který byl šestkrát větší, na druhé straně planety.

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

Toto byl jeden z experimentů, v němž byl robot schopen samovolně kráčet.

This is CB1 fulfilling its dream in Japan

Toto je CB1 plnící si svůj sen v Japonsku

under the control of the brain activity of a primate.

ovládán mozkovou aktivitou primáta.

So where are we taking all this?

Takže kam nás tohle všechno přivádí?

What are we going to do with all this research,

Co uděláme s veškerým tímto výzkumem,

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

kromě studia vlastností tohoto dynamického vesmíru, který máme mezi ušima?

Well the idea is to take all this knowledge and technology

Naším záměrem je vzít veškeré tyto znalosti a technologie

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

a vyzkoušet napravit jedno z nejhorších neurologických postižení, která ve světě máme.

Millions of people have lost the ability to translate these brainstorms

Miliony lidí ztratily schopnost převést tyto mozkové bouře

into action, into movement.

do akce, do pohybu.

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

Přestože jejich mozky i nadále produkují tyto bouře představující pohyby,

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

tyto nemohou překročit bariéru vytvořenou přerušením páteře.

So our idea is to create a bypass,

Takže naším záměrem je vytvořit spojku

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

s použitím těchto mozkovo-přístrojových rozhraní, které by četly tyto signály,

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

mozkové bouře většího rozsahu, které obsahují touhu znovu se hýbat,

bypass the lesion using computational microengineering

spojit přerušení pomocí počítačového mikroinženýrství

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

a poslat je do nového těla, celého těla zvaného exoskeleton,

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

celý robotický oblek, který by se stal novým tělem pro pacienty.

And you can see an image produced by this consortium.

A zde můžete zhlédnout obrázek vytvořený tímto sdružením.

This is a nonprofit consortium called the Walk Again Project

Toto je neziskové sdružení zvané Walk Again Project [Projekt kráčej znovu]

that is putting together scientists from Europe,

který sdružuje vědce z Evropy

from here in the United States, and in Brazil

a odsud, ze Spojených států a Brazílie,

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

aby spolupracovali na vytvoření tohoto nového těla --

a body that we believe, through the same plastic mechanisms

těla se stejnými umělými mechanismy,

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

které Auroře a jiným opicím dovolují používat tyto nástroje skrze mozkovo-přístrojové prostředí

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

a které nám dovoluje začlenit tyto nástroje, jež vytváříme a používáme každý den.

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

Doufáme, že tentýž mechanismus těmto pacientům dovolí

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

nejen znovu si představit pohyby, které chtějí provést

and translate them into movements of this new body,

a převést je do pohybů tohoto nového těla,

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

ale také aby toto tělo bylo začleněno jako nové tělo ovládané mozkem.

So I was told about 10 years ago

Tedy před 10 lety mi bylo řečeno,

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

že se tohle nikdy nestane, že je to skoro nemožné.

And I can only tell you that as a scientist,

A jako vědec vám mohu říci jediné,

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

vyrůstal jsem v jižní Brazílii v polovině 60. let

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

a sledoval jsem, jak nám pár šílenců tvrdilo, že půjdou na Měsíc.

And I was five years old,

Bylo mi pět let

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

a nikdy jsem nechápal, proč k tomu NASA nenajala kapitána Kirka a Spocka;

after all, they were very proficient --

konec konců, byli v tom velmi zdatní --

but just seeing that as a kid

ale jen vidět to jako dítě

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

mě přimělo věřit, jako mi má babička říkávala,

that "impossible is just the possible

že "nemožné je jen možné,

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

v jehož realizaci někdo nevložil dost úsilí".

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

Takže mi bylo řečeno, že je nemožné přimět někoho kráčet.

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

A já si myslím, že dám raději na radu svojí babičky.

Thank you.

Děkuji vám.

(Applause)

(Potlesk)