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

Miguel Nicolelis : Un singe qui contrôle un robot avec sa pensée. Oui, c'est vrai.

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Traducteur: serge pizot Relecteur: Hichem Merouche

The kind of neuroscience that I do and my colleagues do

Le genre de neurosciences à laquelle mes collègues et moi nous nous consacrons,

is almost like the weatherman.

est presque comme le présentateur de la météo.

We are always chasing storms.

On est à la recherche d'orages en permanence.

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

On veut voir et mesurer des orages -- c'est-à-dire des orages de cerveau -- ou <i>brainstorm<i>.

And we all talk about brainstorms in our daily lives,

Et on parle tous de <i>brainstorming <i>

but we rarely see or listen to one.

au quotidien, mais on en voit ou en écoute rarement un.

So I always like to start these talks

Alors j'aime bien commencer ces discours

by actually introducing you to one of them.

en en présentant un.

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

En fait, la première fois qu'on a enregistré plus d'un neurone --

a hundred brain cells simultaneously --

une centaine de cellules cérébrales en même temps --

we could measure the electrical sparks

on a pu mesurer les étincelles électriques

of a hundred cells in the same animal,

d'une centaine de cellules dans le même animal,

this is the first image we got,

voici la première image qu'on a obtenue,

the first 10 seconds of this recording.

les 10 premières secondes de cet enregistrement.

So we got a little snippet of a thought,

Donc on a obtenu un petit fragment de pensée,

and we could see it in front of us.

qu'on pouvait voir devant nos yeux.

I always tell the students

Je dis tout le temps aux étudiants

that we could also call neuroscientists some sort of astronomer,

qu'on pourrait aussi appeler les neuro-scientifiques des astronomes d'une certaine sorte,

because we are dealing with a system

parce qu'on a affaire à un système

that is only comparable in terms of number of cells

qui est uniquement comparable en termes de nombre de cellules

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

au nombre de galaxies dans l'univers.

And here we are, out of billions of neurons,

Et nous y voilà, enregistrant il y a 10 ans

just recording, 10 years ago, a hundred.

une centaine de neurones sur les milliards qui existent.

We are doing a thousand now.

Maintenant, on en enregistre un millier.

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

Et on espère comprendre quelque chose de fondamental sur notre nature humaine.

Because, if you don't know yet,

Parce que, au cas où vous ne le sauriez pas déjà,

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

tout ce qu'on utilise pour définir ce qu'est la nature humaine vient de ces orages,

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

de ces orages qui éclatent sur les collines et les vallées de nos cerveaux

and define our memories, our beliefs,

et définissent nos souvenirs, nos croyances,

our feelings, our plans for the future.

nos sentiments, nos plans pour le futur.

Everything that we ever do,

Tout ce qu'on a fait jusqu'ici,

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

tout ce que chaque être humain a fait, fait ou fera,

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

nécessite le dur labeur de populations entières de neurones qui produisent ce genre d'orages.

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

Et le son d'un orage de cerveau, au cas où vous n'en avez jamais entendu un,

is somewhat like this.

ça ressemble à ça.

You can put it louder if you can.

On peut monter le son si vous voulez.

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

Mon fils appelle ça "faire du popcorn en écoutant une station de radio grandes ondes mal réglée."

This is a brain.

Ceci est un cerveau.

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

Voici ce qui arrive quand on branche ces orages électriques à des enceintes

and you listen to a hundred brain cells firing,

et qu'on écoute une centaine de cellules du cerveau s'activer,

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

votre cerveau va faire ce genre de bruit -- mon cerveau, n'importe quel cerveau.

And what we want to do as neuroscientists in this time

Et nous, neuroscientifiques, ce qu'on veut faire à cet instant,

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

c'est écouter ces symphonies, ces symphonies de cerveau,

and try to extract from them the messages they carry.

et essayer d'en extraire les messages qu'elles contiennent.

In particular, about 12 years ago

En particulier, il y a environ 12 ans,

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

nous avons créé une préparation que nous avons appelée interfaces cerveau-machine.

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

Et voici un schéma qui montre comment ça marche.

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

L'idée c'est d'avoir des senseurs qui écoutent ces orages, ces incendies électriques,

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

et voir si on peut, pendant le temps que ça prend

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

à cet orage pour quitter le cerveau et atteindre les jambes ou les bras d'un animal

about half a second --

-- environ une demi-seconde --

let's see if we can read these signals,

voir si on peut lire ces signaux,

extract the motor messages that are embedded in it,

extraire les messages moteurs qui y sont intégrés,

translate it into digital commands

les traduire en commandes digitales

and send it to an artificial device

et les envoyer à un équipement artificiel

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

qui reproduira la roue motrice volontaire de ce cerveau en temps réel.

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

Et voir si on peut mesurer la qualité de la traduction de ce message

when we compare to the way the body does that.

en le comparant à la manière dont le corps se comporte.

And if we can actually provide feedback,

Et si on arrive à fournir un retour,

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

des signaux sensoriels qui vont de cet équipement informatique, robotique, mécanique

that is now under the control of the brain,

qui est maintenant sous l'emprise du cerveau,

back to the brain,

vers le cerveau,

how the brain deals with that,

comment le cerveau se comporte,

of receiving messages from an artificial piece of machinery.

quand il reçoit des messages d'une machine artificielle.

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

Et c'est exactement ce qu'on a fait il y a 10 ans.

We started with a superstar monkey called Aurora

On a commencé avec un singe superstar qui s'appelle Aurora

that became one of the superstars of this field.

et qui est devenu une des superstars dans ce domaine.

And Aurora liked to play video games.

Aurora aimait jouer aux jeux vidéo.

As you can see here,

Comme vous pouvez le voir ici,

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

elle aime utiliser un joystick, comme nous tous, comme tous nos enfants, pour jouer à ce jeu.

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

Et en bon primate, elle essaie même de tricher avant d'obtenir la bonne réponse.

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

Alors, avant même que n'apparaisse une cible qu'elle est censée marquer d'une croix

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

à l'aide du curseur qu'elle contrôle avec le joystick,

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

Aurora essaie de trouver la cible, peu importe où elle est.

And if she's doing that,

Et si elle fait ça,

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

c'est parce que chaque fois qu'elle marque d'une croix cette cible avec le curseur,

she gets a drop of Brazilian orange juice.

on lui donne une goutte de jus d'orange du Brésil.

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

Et je peux vous dire que n'importe quel singe fait tout ce que vous voulez

if you get a little drop of Brazilian orange juice.

tant que vous lui donnez une goutte de jus d'orange du Brésil.

Actually any primate will do that.

En fait, c'est vrai pour n'importe quel primate.

Think about that.

Pensez-y.

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

Alors pendant qu'Aurora jouait à ce jeu, comme vous venez de le voir,

and doing a thousand trials a day

faisant un millier de tentatives par jour

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

et obtenant 97% de réponses correctes et 350 millilitres de jus d'orange,

we are recording the brainstorms that are produced in her head

on enregistrait les orages de cerveau qui se produisaient dans sa tête

and sending them to a robotic arm

et on les envoyait à un bras robotique

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

qui apprenait à reproduire les mouvements d'Aurora.

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

Parce que l'idée était en fait de faire fonctionner cette interface entre le cerveau et la machine

and have Aurora play the game just by thinking,

afin qu'Aurora puisse jouer en ne faisant que penser,

without interference of her body.

sans interférence avec son corps.

Her brainstorms would control an arm

Ses orages de cerveau contrôleraient un bras

that would move the cursor and cross the target.

qui ferait bouger le curseur et marquerait la cible d'une croix.

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

Et à notre grande surprise, c'est exactement ce qu'Aurora a fait.

She played the game without moving her body.

Elle a joué à ce jeu sans bouger son corps.

So every trajectory that you see of the cursor now,

Alors la trajectoire du curseur que vous voyez maintenant,

this is the exact first moment she got that.

est exactement le premier mouvement qu'elle a fait.

That's the exact first moment

C'est l'instant même

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

où l'intention du cerveau a été libérée du domaine physique du corps d'un primate

and could act outside, in that outside world,

et a pu agir à l'extérieur, dans ce monde extérieur,

just by controlling an artificial device.

en contrôlant simplement un équipement artificiel.

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

Et Aurora a continué à jouer, a continué à trouver la petite cible

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

et a continué à obtenir le jus d'orange qu'elle souhaitait, auquel elle aspirait.

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

Elle a continué parce qu'à ce moment-là, elle avait un nouveau bras.

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

Le bras robotique que vous voyez bouger ici 30 jours plus tard,

after the first video that I showed to you,

après la première vidéo que je vous ai montrée,

is under the control of Aurora's brain

et sous le contrôle du cerveau d'Aurora

and is moving the cursor to get to the target.

et qui déplace le curseur pour atteindre la cible.

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

Aurora sait maintenant qu'elle peut jouer à ce jeu en utilisant ce bras robotique,

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

mais elle n'a pas pour autant perdu sa capacité à utiliser son bras biologique pour faire ce qui lui plaît.

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

Elle peut se gratter le dos, elle peut gratter l'un d'entre-nous, et peut jouer à un autre jeu.

By all purposes and means,

À toute fin utile et par tous les moyens,

Aurora's brain has incorporated that artificial device

le cerveau d'Aurora s'est approprié cet équipement artificiel

as an extension of her body.

comme une extension de son corps.

The model of the self that Aurora had in her mind

La perception qu'Aurora avait d'elle-même à l'esprit

has been expanded to get one more arm.

s'est trouvée modifiée par l'addition d'un bras supplémentaire.

Well, we did that 10 years ago.

Eh bien, on a fait ça il y a 10 ans.

Just fast forward 10 years.

Nous allons avancer de 10 ans.

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

L'année dernière, on a réalisé qu'on n'a même pas besoin d'un équipement robotique.

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

Il suffit de créer un corps virtuel, un avatar, un singe avatar.

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

Et en fait on peut l'utiliser soit pour interagir avec nos singes

or you can train them to assume in a virtual world

soit pour les entraîner à s'approprier, dans un monde virtuel,

the first-person perspective of that avatar

la perspective de cet avatar lui-même

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

et utiliser leur activité cérébrale pour contrôler le mouvement des bras ou des jambes de l'avatar.

And what we did basically was to train the animals

En gros ce qu'on a fait, c'est entraîner les animaux

to learn how to control these avatars

à apprendre comment contrôler ces avatars

and explore objects that appear in the virtual world.

et examiner des objets qui apparaissent dans le monde virtuel.

And these objects are visually identical,

Et ces objets sont visuellement identiques

but when the avatar crosses the surface of these objects,

mais quand l'avatar touche la surface de ces objets,

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

ils envoient un message électrique qui est proportionnel à la texture micro tactile de l'objet

that goes back directly to the monkey's brain,

qui est envoyé directement au cerveau du singe,

informing the brain what it is the avatar is touching.

informant ainsi le cerveau de ce que l'avatar touche.

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

Et en seulement quatre semaines, le cerveau apprend à incorporer cette nouvelle sensation

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

et acquiert un nouveau chemin sensoriel -- comme un nouveau sens.

And you truly liberate the brain now

À ce stade, on libère réellement le cerveau

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

parce qu'on lui permet d'envoyer des commandes motrices afin de déplacer cet avatar.

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

Et le feedback qui vient de l'avatar est traité directement par le cerveau

without the interference of the skin.

sans interférence de la peau.

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

Ce que vous voyez ici, c'est la conception de la tâche.

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

Vous allez voir un animal qui touche tout simplement ces trois cibles.

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

Et il doit en sélectionner une car seule l'une d'entre elles donne droit à une récompense,

the orange juice that they want to get.

le jus d'orange qu'il veut obtenir.

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

Et il doit la sélectionner en utilisant un bras virtuel, un bras qui n'existe pas.

And that's exactly what they do.

Et c'est exactement ce qu'il fait.

This is a complete liberation of the brain

C'est une libération totale du cerveau

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

des contraintes physiques du corps et de la motricité pour une tâche conceptuelle.

The animal is controlling the avatar to touch the targets.

L'animal contrôle l'avatar pour atteindre les cibles.

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

Et il ressent la texture grâce à la réception d'un message électrique directement dans le cerveau.

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

Et le cerveau décide quelle texture associer à la récompense.

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

Le singe ne voit pas la légende que vous voyez dans la vidéo.

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

Et de toute façon, les singes ne parlent pas anglais,

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

donc elle est là uniquement pour que vous sachiez que la bonne cible change de position.

And yet, they can find them by tactile discrimination,

Et ils arrivent à la trouver grâce à la reconnaissance tactile,

and they can press it and select it.

et ils arrivent à appuyer sur la cible et à la sélectionner.

So when we look at the brains of these animals,

Alors quand on regarde le cerveau de ces animaux,

on the top panel you see the alignment of 125 cells

sur le panneau du haut, on voit l'alignement de 125 cellules

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

qui exposent l'activité cérébrale, les orages électriques,

of this sample of neurons in the brain

de cet échantillon de neurones du cerveau

when the animal is using a joystick.

quand l'animal utilise un joystick.

And that's a picture that every neurophysiologist knows.

Et c'est une photo que tout neurophysiologue connaît.

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

L'alignement basique montre que ces cellules ont un code pour toutes les directions possibles.

The bottom picture is what happens when the body stops moving

La photo du bas montre ce qui se passe quand le corps est immobile

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

et que l'animal commence à contrôler soit un appareil robotique, soit un avatar informatique.

As fast as we can reset our computers,

Aussi vite qu'on arrive à redémarrer nos ordinateurs,

the brain activity shifts to start representing this new tool,

l'activité cérébrale se modifie pour représenter ce nouvel outil,

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

comme s'il faisait partie intégrante du corps du primate.

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

Le cerveau assimile ça aussi, aussi vite qu'on arrive à le mesurer.

So that suggests to us that our sense of self

Donc cela suggère que la perception que nous avons de nous-mêmes

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

ne s'arrête pas à la dernière couche d'épithélium de notre corps,

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

elle prend fin avec la dernière couche d'électrons des outils que nous contrôlons avec notre cerveau.

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

Nos violons, nos voitures, nos vélos, nos ballons de football, nos vêtements --

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

tous sont assimilés par cet incroyable et vorace système dynamique qu'on appelle le cerveau.

How far can we take it?

Jusqu'où peut-on aller ?

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

Eh bien, lors d'une expérience que nous avons menée il y a quelques années, on est allé jusqu'au bout.

We had an animal running on a treadmill

Un animal courait sur un tapis de course

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

à l'Université de Duke sur la côte Est des États-Unis,

producing the brainstorms necessary to move.

et produisait les orages de cerveau nécessaires au mouvement.

And we had a robotic device, a humanoid robot,

Et on avait disposé un appareil robotique, un robot humanoïde,

in Kyoto, Japan at ATR Laboratories

à Kyoto, au Japon, dans les laboratoires ATR

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

qui rêvait depuis toujours d'être contrôlé par un cerveau,

a human brain, or a primate brain.

un cerveau humain, ou un cerveau de primate.

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

Et ce qui s'est passé, c'est qu'on a transmis au Japon l'activité cérébrale

was transmitted to Japan and made this robot walk

qui générait les mouvements du singe et on a fait marcher le robot,

while footage of this walking was sent back to Duke,

et on a renvoyé à Duke les images de cette marche,

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

afin que le singe puisse voir les jambes de ce robot marcher face à elle.

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

Ainsi elle pouvait être récompensée, non pas pour ce que son corps faisait

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

mais pour chaque pas correct du robot à l'autre bout de la planète,

controlled by her brain activity.

contrôlé à l'aide son activité cérébrale.

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

Ce qui est amusant, c'est que cet aller-retour d'un point à l'autre du globe a pris 20 millisecondes de moins

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

que le temps nécessaire à l'orage de cerveau pour quitter la tête, la tête du singe,

and reach its own muscle.

et atteindre son propre muscle.

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

Le singe déplaçait un robot qui était six fois plus gros, à l'autre bout de la planète.

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

C'est l'une des expériences durant laquelle ce robot a réussi à marcher de manière autonome,

This is CB1 fulfilling its dream in Japan

Il s'agit de CB1 accomplissant son rêve au Japon

under the control of the brain activity of a primate.

sous le contrôle de l'activité cérébrale d'un primate.

So where are we taking all this?

Mais que va-t-on faire de tout ça ?

What are we going to do with all this research,

Que va-t-on faire grâce à cette recherche,

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

si ce n'est étudier les propriétés de cet univers dynamique qui est entre nos oreilles ?

Well the idea is to take all this knowledge and technology

Eh bien l'idée, grâce à ce savoir et cette technologie

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

c'est d'essayer de résoudre un des problèmes neurologiques les plus graves qui existent.

Millions of people have lost the ability to translate these brainstorms

Des millions de personnes perdent leur capacité à traduire ces orages de cerveau

into action, into movement.

en action, en mouvement.

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

Bien que leur cerveau continue à produire ces orages et codes pour les mouvements,

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

ils n'arrivent pas à franchir la barrière créée par une lésion à la moelle épinière.

So our idea is to create a bypass,

Alors notre idée est de créer un détour,

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

d'utiliser ces interfaces cerveau-machine pour lire ces signaux,

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

des orages de cerveau à grande échelle qui contiennent le désir de bouger à nouveau,

bypass the lesion using computational microengineering

de contourner la lésion en utilisant un micro-procédé informatique

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

et de l'envoyer à un corps nouveau, un corps entier appelé exosquelette,

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

un costume robotique entier qui deviendra le nouveau corps de ces patients.

And you can see an image produced by this consortium.

Et vous voyez une image produite par ce consortium.

This is a nonprofit consortium called the Walk Again Project

Il s'agit d'un consortium sans but lucratif, appelé le <i>Projet Marcher à Nouveau<i>,

that is putting together scientists from Europe,

qui rassemble des scientifiques d'Europe,

from here in the United States, and in Brazil

d'ici aux États-Unis et du Brésil

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

pour travailler à la réalisation effective de ce nouveau corps --

a body that we believe, through the same plastic mechanisms

un corps qui selon nous, grâce aux mêmes mécanismes de plastique

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

qui permettent à Aurora et à d'autres singes d'utiliser ces outils à l'aide d'une interface cerveau-machine,

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

permette d'incorporer les outils que nous fabriquons et utilisons dans notre vie courante.

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

Nous espérons que ce même mécanisme permettra à ces patients

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

non seulement d'imaginer à nouveau les mouvements qu'ils souhaitent faire

and translate them into movements of this new body,

et les traduire en mouvements de ce nouveau corps,

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

mais aussi d'assimiler ce nouveau corps contrôlé par le cerveau comme étant leur propre corps.

So I was told about 10 years ago

Alors on m'a dit il y a environ 10 ans

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

que ça n'arriverait jamais, que c'était quasiment impossible.

And I can only tell you that as a scientist,

Et je ne peux que vous dire en tant que scientifique,

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

que j'ai grandi dans la partie Sud du Brésil au milieu des années 60

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

et je regardais quelques fous qui nous disaient qu'ils iraient sur la lune.

And I was five years old,

J'avais alors cinq ans,

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

et je n'ai jamais compris pourquoi la NASA n'a pas engagé le Capitaine Kirk et Spock pour faire ça ;

after all, they were very proficient --

après tout, ils étaient des experts --

but just seeing that as a kid

mais le fait d'avoir vu ça quand j'étais enfant

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

m'a porté à croire, comme ma grand-mère me disait,

that "impossible is just the possible

que « ce qui est impossible est tout simplement quelque chose de possible

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

sans que quelqu'un n'aie fait l'effort suffisant pour que ça se réalise. »

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

Donc, on m'a dit que c'est impossible de faire marcher quelqu'un.

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

Je pense que je vais suivre le conseil de ma grand-mère.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)