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

Miguel Nicolelis: Un mono que controla un robot con sus pensamientos. De verdad.

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Traductor: Ciro Gomez Revisor: Carlos Arturo Morales

The kind of neuroscience that I do and my colleagues do

El tipo de neurociencia que hacemos mis colegas y yo

is almost like the weatherman.

es casi como de meteorólogo.

We are always chasing storms.

Estamos siempre persiguiendo tormentas.

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

Queremos ver y medir tormentas; tormentas de ideas, claro está.

And we all talk about brainstorms in our daily lives,

Todos hablamos de tormentas de ideas en nuestra vida cotidiana,

but we rarely see or listen to one.

pero rara vez vemos o escuchamos una.

So I always like to start these talks

Por eso a mi me gusta comenzar siempre estas charlas

by actually introducing you to one of them.

presentando una.

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

La primera vez que registramos más de una neurona,

a hundred brain cells simultaneously --

100 células cerebrales, simultáneamente,

we could measure the electrical sparks

pudimos medir las chispas eléctricas

of a hundred cells in the same animal,

de 100 células del mismo animal.

this is the first image we got,

Esta es la primera imagen que conseguimos,

the first 10 seconds of this recording.

los primeros 10 segundos de esta grabación.

So we got a little snippet of a thought,

Tomamos un pequeño fragmento de un pensamiento,

and we could see it in front of us.

y lo pudimos ver al frente.

I always tell the students

Siempre les digo a los estudiantes

that we could also call neuroscientists some sort of astronomer,

que también podríamos considerar a los neurocientíficos como una especie de astrónomos,

because we are dealing with a system

porque estamos tratando con un sistema

that is only comparable in terms of number of cells

que solo es comparable, en términos del número de células,

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

con el número de galaxias en el universo.

And here we are, out of billions of neurons,

Y aquí estamos hace 10 años,

just recording, 10 years ago, a hundred.

grabando apenas un centenar de los miles de millones de neuronas.

We are doing a thousand now.

Ahora lo hacemos con un millar.

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

Y esperamos entender algo fundamental sobre la naturaleza humana.

Because, if you don't know yet,

Porque, si no lo sabían,

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

todo lo que utilizamos para definir la naturaleza humana proviene de estas tormentas

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

que ruedan por las colinas y valles de nuestro cerebro

and define our memories, our beliefs,

y definen nuestros recuerdos, nuestras creencias,

our feelings, our plans for the future.

nuestros sentimientos, nuestros planes para el futuro.

Everything that we ever do,

Todo lo que hacemos,

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

lo que alguna vez ha hecho, hace o hará todo ser humano,

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

requiere del trabajo de conglomerados de neuronas que producen este tipo de tormentas.

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

Y el sonido de una tormenta de ideas, si no han escuchado uno,

is somewhat like this.

es algo parecido a esto.

You can put it louder if you can.

Se puede poner más fuerte si quieren.

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

Mi hijo llama a esto "haciendo palomitas de maiz mientras se escucha una emisora AM mal sintonizada".

This is a brain.

Esto es un cerebro.

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

Esto es lo que sucede cuando se enrutan estas tormentas eléctricas a un altavoz

and you listen to a hundred brain cells firing,

y se escucha un centenar de neuronas disparando.

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

Tu cerebro sonará así; mi cerebro, cualquier cerebro.

And what we want to do as neuroscientists in this time

Y lo que queremos hacer como neurocientíficos actualmente

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

es, en efecto, escuchar estas sinfonías del cerebro,

and try to extract from them the messages they carry.

y tratar de extraer de ellas los mensajes que llevan.

In particular, about 12 years ago

En particular, hace unos 12 años,

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

creamos lo que llamamos interfaz cerebro-máquina.

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

Aquí se ve un esquema que describe cómo funciona.

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

La idea es tener unos sensores que escuchan estas tormentas, estos disparos eléctricos,

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

y ver si se puede, en el mismo tiempo que tarda

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

esta tormenta en dejar el cerebro y llegar a las piernas o los brazos de un animal,

about half a second --

cerca de medio segundo,

let's see if we can read these signals,

ver si podemos leer estas señales,

extract the motor messages that are embedded in it,

extractar el mensaje motor que está inmerso en ellas,

translate it into digital commands

traducirlo a comandos digitales

and send it to an artificial device

y enviarlo a un dispositivo artificial

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

que reproduzca el impulso motor voluntario de ese cerebro en tiempo real.

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

Ver si podemos medir qué tan bien podemos traducir ese mensaje

when we compare to the way the body does that.

comparado con la forma como lo hace el cuerpo.

And if we can actually provide feedback,

Y ver si realmente podemos dar retroalimentación;

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

señales sensoriales que regresen de este actor robótico, mecánico, computacional,

that is now under the control of the brain,

ahora bajo el control del cerebro,

back to the brain,

de regreso al cerebro,

how the brain deals with that,

y ver cómo el cerebro maneja esto

of receiving messages from an artificial piece of machinery.

de recibir mensajes de una máquina artificial.

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

Eso es exactamente lo que hicimos hace 10 años.

We started with a superstar monkey called Aurora

Empezamos con una mona llamada Aurora

that became one of the superstars of this field.

que se convirtió en una de las superestrellas en este campo.

And Aurora liked to play video games.

A Aurora le gustaban los videojuegos.

As you can see here,

Como se puede ver aquí,

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

le gustaba usar un comando, como a cualquiera de nosotros, de nuestros hijos, para este juego.

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

Y como buena primate, incluso intenta hacer trampa para obtener la respuesta correcta.

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

Incluso antes de que aparezca el objetivo que ella debe cazar

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

con el cursor que está controlando con este comando,

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

Aurora trata de dar con el objetivo, adivinando.

And if she's doing that,

Y si ella está haciendo eso,

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

es porque cada vez que caza el objetivo con el pequeño cursor,

she gets a drop of Brazilian orange juice.

consigue una gota de jugo de naranja brasileño.

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

Y puedo decirles que cualquier mono hará lo que sea,

if you get a little drop of Brazilian orange juice.

si consigue una pequeña gota de jugo de naranja brasileño a cambio.

Actually any primate will do that.

A decir verdad, cualquier primate lo hará.

Think about that.

Piensen en eso.

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

Bien, mientras Aurora estaba jugando este juego, como vieron,

and doing a thousand trials a day

haciendo mil ensayos al día

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

consiguiendo un 97 % de aciertos y 350 ml de jugo de naranja,

we are recording the brainstorms that are produced in her head

estábamos grabando las sesiones de tormenta de ideas que se producían en su cabeza

and sending them to a robotic arm

y enviándolas a un brazo robótico

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

que estaba aprendiendo a reproducir los movimientos que hacía Aurora.

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

Porque la idea era hacer realidad esta interfaz cerebro-máquina

and have Aurora play the game just by thinking,

y tener a Aurora jugando solo con el pensamiento,

without interference of her body.

sin la interferencia de su cuerpo.

Her brainstorms would control an arm

Sus tormentas cerebrales controlarían un brazo

that would move the cursor and cross the target.

que movería el cursor y cazaría el objetivo.

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

Y para nuestro asombro, eso fue exactamente lo que hizo Aurora.

She played the game without moving her body.

Ella jugaba sin mover su cuerpo.

So every trajectory that you see of the cursor now,

Cada trayectoria del cursor que están viendo,

this is the exact first moment she got that.

corresponde a la primera vez que ella lo logró.

That's the exact first moment

Esta es exactamente la primera vez

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

en que una orden del cerebro fue liberada de los dominios físicos del cuerpo de un primate

and could act outside, in that outside world,

y pudo actuar afuera, en el mundo exterior,

just by controlling an artificial device.

simplemente controlando un dispositivo artificial.

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

Y Aurora se mantuvo jugando, tratando de encontrar el pequeño objetivo

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

y consiguiendo el jugo de naranja que quería, que anhelaba.

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

Lo hizo porque ella, en ese momento, había adquirido un nuevo brazo.

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

El brazo robótico que ven moviéndose aquí, 30 días

after the first video that I showed to you,

después del primer video que les mostré,

is under the control of Aurora's brain

está bajo el control del cerebro de Aurora,

and is moving the cursor to get to the target.

y ella mueve el cursor para alcanzar el objetivo.

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

Aurora ahora sabe que puede jugar con este brazo robótico.

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

Pero no ha perdido la capacidad de utilizar sus brazos biológicos para hacer lo que le agrada.

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

Puede rascarse la espalda, puede rascar a uno de nosotros, puede jugar otro juego.

By all purposes and means,

Para todos los fines y propósitos,

Aurora's brain has incorporated that artificial device

el cerebro de Aurora ha incorporado ese dispositivo artificial

as an extension of her body.

como una extensión de su cuerpo.

The model of the self that Aurora had in her mind

La imagen de sí misma que ella tenía en su mente

has been expanded to get one more arm.

se ha ampliado con un brazo adicional.

Well, we did that 10 years ago.

Esto fue hace 10 años.

Just fast forward 10 years.

Demos un salto rápido adelante de 10 años.

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

El año pasado nos dimos cuenta que ni siquiera es necesario tener un dispositivo robótico.

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

Se puede simplemente crear un cuerpo computacional, un avatar, un avatar de mono.

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

Se lo puede usar bien sea para que los monos interactúen con él,

or you can train them to assume in a virtual world

o para entrenarlos para asumir la perspectiva

the first-person perspective of that avatar

de primera persona de ese avatar, en un mundo virtual,

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

y usar su actividad cerebral para controlar los movimientos de brazos o piernas del avatar.

And what we did basically was to train the animals

Y lo que hicimos básicamente fue entrenar a los animales

to learn how to control these avatars

para aprender a controlar esos avatares

and explore objects that appear in the virtual world.

y explorar los objetos que aparecen en el mundo virtual.

And these objects are visually identical,

Estos objetos son visualmente idénticos,

but when the avatar crosses the surface of these objects,

pero cuando el avatar caza la superficie de estos objetos,

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

mandan un mensaje eléctrico según la textura microtáctil del objeto

that goes back directly to the monkey's brain,

que vuelve directamente al cerebro del mono,

informing the brain what it is the avatar is touching.

informándole lo que el avatar está tocando.

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

Y en solo 4 semanas, el cerebro aprende a procesar esta nueva sensación

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

y adquiere una nueva vía sensorial, como un nuevo sentido.

And you truly liberate the brain now

El cerebro está efectivamente liberado ahora

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

porque se le permite enviar comandos motores para mover el avatar

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

y la retroalimentación que proviene del avatar es procesada directamente por el cerebro,

without the interference of the skin.

sin interferencia de la piel.

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

Lo que ven aquí es el diseño de la tarea.

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

Van a ver un animal que, básicamente, toca estos 3 objetivos

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

y que tiene que seleccionar uno, porque solo uno tiene recompensa,

the orange juice that they want to get.

el deseado jugo de naranja.

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

Debe seleccionarlo por tacto, usando un brazo virtual, un brazo que no existe.

And that's exactly what they do.

Y eso es exactamente lo que hacen.

This is a complete liberation of the brain

Se trata de una liberación completa del cerebro

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

de las restricciones físicas del cuerpo y del sistema motor, en una tarea perceptual.

The animal is controlling the avatar to touch the targets.

El animal está controlando el avatar para tocar los objetivos.

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

Y siente la textura al recibir un mensaje eléctrico directamente en el cerebro.

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

El cerebro está decidiendo la textura asociada con la recompensa.

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

Las leyendas que se ven en la película no aparecen para el mono.

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

Y por cierto, de todas formas no sabe leer,

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

Estan ahí solo para que ustedes sepan que el objetivo correcto está cambiando de posición.

And yet, they can find them by tactile discrimination,

Y aún así, ellos son capaces de encontrarlos por discriminación táctil,

and they can press it and select it.

y son capaces de presionar y seleccionarlo.

So when we look at the brains of these animals,

Observamos los cerebros de estos animales y

on the top panel you see the alignment of 125 cells

en el panel superior se puede ver la alineación de 125 células

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

que muestran lo que sucede con la actividad del cerebro, las tormentas eléctricas

of this sample of neurons in the brain

de esa muestra de neuronas en el cerebro

when the animal is using a joystick.

cuando el animal está usando un comando.

And that's a picture that every neurophysiologist knows.

Esta es una imagen que todo neurofisiólogo reconoce.

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

La alineación básica muestra que estas células están codificadas para todas las direcciones posibles.

The bottom picture is what happens when the body stops moving

En la foto de abajo está lo que ocurre cuando el cuerpo se detiene

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

y el animal comienza a controlar un dispositivo robótico o un avatar computacional.

As fast as we can reset our computers,

No hemos acabado de reiniciar las computadoras,

the brain activity shifts to start representing this new tool,

cuando la actividad cerebral cambia para empezar a representar esta nueva herramienta,

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

como si fuera una parte más del cuerpo de ese primate.

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

El cerebro está asimilando eso también, tan rápido que casi no podemos medirlo.

So that suggests to us that our sense of self

Esto nos sugiere que nuestro sentido del yo

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

no termina en la última capa del epitelio del cuerpo,

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

sino que termina en la última capa de electrones de las herramientas que manejamos con el cerebro.

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

Nuestros violines, nuestros coches, nuestras bicicletas, los balones de fútbol, nuestra ropa,

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

todos son asimilados por este sistema voraz, asombroso, dinámico, llamado cerebro.

How far can we take it?

¿Qué tan lejos podemos llevar esto?

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

Verán. En un experimento que hicimos hace unos años, lo llevamos al límite.

We had an animal running on a treadmill

Pusimos un animal a correr en una caminadora

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

en la Universidad de Duke, en la costa este de los EE.UU.,

producing the brainstorms necessary to move.

produciendo las tormentas de ideas necesarias para moverse.

And we had a robotic device, a humanoid robot,

Teniamos un dispositivo robótico, un robot humanoide,

in Kyoto, Japan at ATR Laboratories

en Kyoto, Japón, en los laboratorios ATR,

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

que estaba esperando toda su vida ser controlado por un cerebro,

a human brain, or a primate brain.

un cerebro humano, o uno de primate.

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

Y sucedió que la actividad del cerebro del mono que generaba los movimientos

was transmitted to Japan and made this robot walk

fue transmitida a Japón e hizo que este robot caminara

while footage of this walking was sent back to Duke,

mientras tanto las imágenes de esta caminata fueron devueltas a Duke,

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

para que el mono pudiera ver las piernas del robot caminar frente a el.

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

La recompensa, no era por lo que estaba haciendo su cuerpo,

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

sino por cada paso correcto del robot controlado por su actividad cerebral

controlled by her brain activity.

al otro lado del planeta.

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

Lo divertido es que el viaje redondo alrededor de la Tierra tomó 20 milisegundos menos

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

de lo que tarda esta tormenta en salir de la cabeza del mono,

and reach its own muscle.

y llegar a sus músculos.

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

El mono estaba moviendo un robot 6 veces más grande que él en el otro extremo del planeta.

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

Este es uno de los experimentos en que ese robot pudo caminar autónomamente.

This is CB1 fulfilling its dream in Japan

Este es CB1 cumpliendo su sueño en Japón

under the control of the brain activity of a primate.

bajo el control de la actividad del cerebro de un primate.

So where are we taking all this?

¿Hasta dónde vamos a llevar todo esto?

What are we going to do with all this research,

¿Qué vamos a hacer con toda esta investigación,

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

además de estudiar las propiedades de este universo dinámico que tenemos entre oreja y oreja?

Well the idea is to take all this knowledge and technology

Verán. La idea es tomar todo este conocimiento y tecnología

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

para tratar de resolver uno de los más graves problemas neurológicos del mundo.

Millions of people have lost the ability to translate these brainstorms

Millones de personas han perdido la capacidad para traducir estas tormentas cerebrales

into action, into movement.

en acción, en movimiento.

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

Aunque sus cerebros continúan produciendo esas tormentas y códigos para el movimiento,

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

no pueden cruzar una barrera creada por una lesión en la médula espinal.

So our idea is to create a bypass,

Así, nuestra idea es crear un puente,

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

utilizar estas interfaces cerebro-máquina para leer esas señales,

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

esas tormentas cerebrales de gran escala que contienen el deseo de moverse otra vez,

bypass the lesion using computational microengineering

sortear la lesión usando la microtécnica computacional

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

y enviarlas a un nuevo cuerpo, un cuerpo entero llamado exoesqueleto,

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

un traje entero robótico que se convertirá en el nuevo cuerpo de estos pacientes.

And you can see an image produced by this consortium.

Pueden ver una imagen producida por un consorcio.

This is a nonprofit consortium called the Walk Again Project

Se trata de un consorcio sin ánimo de lucro llamado Proyecto Volver a Caminar,

that is putting together scientists from Europe,

que ha puesto a trabajar juntos a científicos de Europa,

from here in the United States, and in Brazil

de aquí de los EE.UU. y de Brasil

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

para lograr efectivamente construir este nuevo cuerpo.

a body that we believe, through the same plastic mechanisms

Un cuerpo que con los mismos mecanismos plásticos

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

que permiten a Aurora y a otros monos utilizar estas herramientas a través de una interfaz cerebro-máquina,

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

nos permita incorporar las herramientas que producimos y utilizamos en nuestra vida diaria.

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

Este mismo mecanismo, esperamos, permitirá que estos pacientes,

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

no solo imaginen otra vez los movimientos que quieren hacer

and translate them into movements of this new body,

y que los traduzcan en movimientos para este nuevo cuerpo,

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

sino que este sea asimilado como el nuevo cuerpo que el cerebro controla.

So I was told about 10 years ago

Me dijeron hace unos 10 años

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

que esto nunca pasaría, que esto estaba cerca de lo imposible.

And I can only tell you that as a scientist,

Solo diré que

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

crecí en el sur de Brasil a mediados de los 60

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

viendo a unos locos diciéndo que irían a la luna.

And I was five years old,

Yo tenía 5 años,

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

y no entendía por qué la NASA no contrataba al capitán Kirk y a Spock para hacer el trabajo;

after all, they were very proficient --

¿no eran acaso bien eficientes?

but just seeing that as a kid

Pero fue ver esto de niño

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

lo que me hizo creer, como mi abuela solía decirme,

that "impossible is just the possible

"imposible es solo lo posible

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

que nadie se ha esforzado lo suficiente en realizar".

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

Me dijeron que es imposible hacer que alguien impedido camine.

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

Creo que voy a seguir el consejo de mi abuela.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)