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

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Аудармашы: Madina Kinayatova Редактор: Baubek Sagyndyk

Әріптестеріммен неврологияда айналысатынымыз көп жағынан

The kind of neuroscience that I do and my colleagues do

метеорологтардың жұмысына ұқсайды.

Біз дауылдардың соңындамыз.

is almost like the weatherman.

We are always chasing storms.

Біз мидағы дауылдарды бақылап, зерттегіміз келеді.

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

Ойталқыға салынатын «ми шабуылын» жиі айтқанымызбен,

нағыз ми дауылын сирек көреміз немесе тыңдай аламыз.

And we all talk about brainstorms in our daily lives,

but we rarely see or listen to one.

Дәрістерді сондай тыңдаушылармен

танысудан бастағанды жақсы көрем.

So I always like to start these talks

by actually introducing you to one of them.

Бірінші жазбада біздің бір емес, тұтас бір жүз нейронды

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

түсіріп алуға қолымыз жетті.

Бір жануардың жүздеген жасушасының

a hundred brain cells simultaneously --

электр разрядын өлшей алдық.

we could measure the electrical sparks

Алғашқы 10 секунд жазбада

of a hundred cells in the same animal,

біздің алғанымыз мынау.

this is the first image we got,

Ойдың титімдей үзіндісін қарауға

the first 10 seconds of this recording.

So we got a little snippet of a thought,

мүмкіндік алдық.

Мен студенттерге:

and we could see it in front of us.

"неврологтар — белгілі бір дәрежедегі астрономдар" деймін.

I always tell the students

that we could also call neuroscientists some sort of astronomer,

Біз жасушалар саны

тек әлемдегі галактика санымен

because we are dealing with a system

that is only comparable in terms of number of cells

теңесер жүйелермен жұмыс істейміз.

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

Міне, 10 жыл бұрын миллиард нейрон

And here we are, out of billions of neurons,

арасынан жүз шақтысын жазып ала алдық.

just recording, 10 years ago, a hundred.

Мыңға жуығын жаза аламыз.

Адам табиғаты жайлы бірінші дәрежелі бір нәрсені анықтауға үмітіміз бар.

We are doing a thousand now.

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

Біле жүріңіз,

Адам табиғатын анықтайтынның бәрі осы ми қыраттары мен жазықтары

Because, if you don't know yet,

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

үстінде ұйтқып, біздің есіміздегілерге, сенімімізге, сезімімізге,

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

болашақтағы жоспарымызға пішін беретін

and define our memories, our beliefs,

дауылдармен байланысты.

Біздің ісіміздің бәрі де,

our feelings, our plans for the future.

адам баласы істеген немесе істейтіннің барлығы

Everything that we ever do,

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

осындай дауылдарды туғызатын көптеген нейронның ауыр еңбегі.

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

Бұрын естіп көрмесеңіздер, дауылдың даусы

мынадай.

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

is somewhat like this.

Сәл даусын көтерсеңіз болады.

You can put it louder if you can.

Ұлым «радиотолқын дыбысын жарылып жатқан попкорнға ұқсас» екенін айтады.

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

Ал мынау – ми.

Осындай электр дауылын динамикаға қосса, мынадай болады:

This is a brain.

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

жүздеген жүйке жүйесінің жанғанын естисіз.

Миыңыз осылай дыбыс береді. Менікі де, басқалардікі де.

and you listen to a hundred brain cells firing,

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

Біз, неврологтар, осы симфонияны,

And what we want to do as neuroscientists in this time

ми симфониясын тыңдап,

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

оған жасырынған хабарды ұғуға тырысамыз.

and try to extract from them the messages they carry.

12 жыл бұрын біз "компьютер-ми

интерфейсі" дегенді жасап шығардық.

In particular, about 12 years ago

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

Мына схемада қалай жұмыс істейтіні көрсетілген.

Идея былай, біз дауылдарды тыңдауға арналған сезгілерді, электр разрядтарын,

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

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

алып мидан шыққан белгі жануардың қолына және

аяғына жететін уақыт аралығында — шамамен

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

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

жарты секундта

осы белгілерді оқып, моторлық

about half a second --

құрамын бөліп алуға,

let's see if we can read these signals,

extract the motor messages that are embedded in it,

оны сандық командаға қайта кодтауға

шынайы уақытта мидың ерікті қозғалту

translate it into digital commands

ниетін қайта жаңғыртатын жасанды қондырғыға беруге болатынын көрдік.

and send it to an artificial device

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

Сосын біздің команданы қайта кодтауымыз қаншалықты жақсы шыққанын дененің

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

өзі жасағанымен салыстыра бағалаймыз.

when we compare to the way the body does that.

Біз кері белгіні — мидың бақылауындағы

роботталған, механикалық есептеу қондырғысы жіберетін сенсорлық белгіні

And if we can actually provide feedback,

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

жасап шығара алсақ,

оны миға қайта жіберіп,

that is now under the control of the brain,

мидың жасанды механизмнен

back to the brain,

түскен ақпаратқа қалай әрекет ететінін көргіміз келді.

how the brain deals with that,

of receiving messages from an artificial piece of machinery.

10 жыл бұрын біз дәл осыны істедік.

Біз Аврора атты керемет маймылдан бастадық,

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

We started with a superstar monkey called Aurora

ол кейін осы салада даңқты боп кетті.

Аврора бейнеойындарды сүйетін.

that became one of the superstars of this field.

Экранда көрініп тұрғандай,

And Aurora liked to play video games.

ойнау үшін, бәріміздің балаларымыз сияқты, джойстикті пайдалану ұнайтын.

As you can see here,

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

Нағыз примат тәрізді, ол дұрыс жауапты тапқанға дейін, қулық жасауға да тырысты.

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

Джойстиктің көмегімен оның курсормен сызып тастауы керек нысанасы

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

әлі пайда болған жоқ,

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

ал Аврора оны бар экраннан таппақ болуда.

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

Нысананы кішкене

курсормен әрбір сызып тастағаны үшін

And if she's doing that,

ол бір тамшы бразилия апельсин шырынын алады.

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

Бір тамшы бразилия апельсин шырыны үшін әр маймыл сіз

she gets a drop of Brazilian orange juice.

қалағанның бәрін жасайтынына сіздерді сендіре аламын.

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

Немесе кез- келген примат.

if you get a little drop of Brazilian orange juice.

Осыны ұмытпаңыз.

Actually any primate will do that.

Сонымен, Аврора күніне

Think about that.

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

мыңдаған сынақтан өтіп, жағдайдың

97%-ында дөп түсіп және 350 миллилитр апельсин шырынын алып, ойнап жатқанда,

and doing a thousand trials a day

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

біз оның басында болып жатқан ми дауылдарын жазып алдық та,

we are recording the brainstorms that are produced in her head

Аврора қозғалысын көшіріп салуға

үйреніп жатқан роботталған қолға жібердік.

and sending them to a robotic arm

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

Идея: ми мен компьютердің өзара әрекет интерфейсін қосып, Аврораның

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

тек ойын туралы ойлап, бірақ өзі денесін қозғалтпастан

and have Aurora play the game just by thinking,

ойнайтын қылуда болатын.

Оның миы нысаналарды сыза отырып, курсорды

without interference of her body.

қозғалтатын роботталған қолды басқарар еді.

Her brainstorms would control an arm

Таңданысымызға қарай, Авророда бәрі сәтті шықты.

that would move the cursor and cross the target.

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

Ол денесін қозғалтпай ойнады.

She played the game without moving her body.

Мына траекториялар – Аврора оны алғаш

түсінгендегі курсордың қозғалысы.

So every trajectory that you see of the cursor now,

this is the exact first moment she got that.

Бұл басқарылатын

қондырғы көмегімен мидың ниетін примат денесі құрсауынан босатып,

That's the exact first moment

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

сыртқы әлемде жүзеге асырған

and could act outside, in that outside world,

бірінші жағдай болатын.

just by controlling an artificial device.

Аврора ойынын жалғастырып, кішкене нысаналарға дөп түсіп,

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

қалаған апельсин шырынын ала берді.

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

Оның олай істей алған себебі, сол уақытта онда жаңа қол пайда болған еді.

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

Міне, бірінші, алдыңғы бейне үзіндіден 30 күннен

кейінгі роботталған қол мынау.

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

Қолды Аврораның миы басқарып,

after the first video that I showed to you,

оны нысанаға тигізу үшін әрлі-берлі жылжытады.

is under the control of Aurora's brain

and is moving the cursor to get to the target.

Аврора енді өзінің роботталған қолының көмегімен ойнай алатынын біледі,

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

бірақ ол қолдары арқылы, қалаған нәрсесін істеу қабілетін жоғалтпады.

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

Ол өзінің немесе біздің арқамызды қасып береді және басқа ойын ойнай алады.

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

Аврораның миы жасанды қондырғыны,

өз денесінің жалғасындай қабылдады деп сенімділікпен

By all purposes and means,

Aurora's brain has incorporated that artificial device

ұйғарым жасауға болады.

Аврораның өзінде болған дене бейнесі кеңейді,

as an extension of her body.

The model of the self that Aurora had in her mind

оған тағы бір қол қосылды.

has been expanded to get one more arm.

Бұл да 10 жыл бұрын болатын.

Қане, 10 жылға алға көшейікші.

Well, we did that 10 years ago.

Былтыр бейненің кеңеюі үшін роботталған қондырғының қажеті жоқ екенін түсіндік.

Just fast forward 10 years.

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

Бар болғаны виртуалды дене, проекция, маймыл аватарын жасау жеткілікті.

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

Маймылдарды аватармен өзара әрекеттесуге үйретуге немесе аватарды

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

қайраткер ретінде, бірінші жақтан

or you can train them to assume in a virtual world

виртуалды әлемде қабылдауға және

өз миының көмегімен оның аяқ-қол қозғалысын басқаруға болады.

the first-person perspective of that avatar

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

Біз жануарларды осындай

And what we did basically was to train the animals

проекцияларды басқаруға және

to learn how to control these avatars

виртуалды әлемдегі нысандармен танысуға үйреттік.

and explore objects that appear in the virtual world.

Бұл нысандар сырттай бір-біріне ұқсас,

бірақ аватарлардың біріне қол тигізгенде,

And these objects are visually identical,

but when the avatar crosses the surface of these objects,

миға микротактильді текстураға сәйкес электр белгісі келіп түседі де,

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

миға аватар қолы

that goes back directly to the monkey's brain,

неге тигенін хабарлайды.

informing the brain what it is the avatar is touching.

Бар-жоғы төрт аптадан соң ми жаңа белгілерді өңдеуге үйреніп,

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

жаңа сенсорлық канал, — жаңа сезім деуге де болады, — жасайды.

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

Осылайша, ми еркіндікке шығады.

Енді ол аватарды басқару үшін қозғалыс командаларын жібере алады.

And you truly liberate the brain now

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

Аватардан келіп түсетін кері белгілерді ми терінің қатысуынсыз,

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

тікелей өңдейді.

Экранда тапсырманы көріп тұрсыз.

without the interference of the skin.

Жануар үш нысанға қол тигізіп, солардың

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

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

бірін таңдауға тиіс, өйткені ол солардың тек біреуі үшін ғана

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

сый ретінде апельсин шырынын ала алады.

Нысанды виртуалды қолдың өмірде жоқ жанасу түйсігіне сүйеніп таңдау қажет.

the orange juice that they want to get.

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

Жануарлар дәл осыны істейді.

Бұл – дененің физикалық шектелуі мен

And that's exactly what they do.

This is a complete liberation of the brain

қабылдау кезіндегі қозғалыс жүйкесінен мидың толық босануы.

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

Жануар нысандарға қатысты виртуалды проекцияны басқарады.

The animal is controlling the avatar to touch the targets.

Және ол электр хабарын тура мида ала отырып, нысан текстурасын сезіне алады.

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

Ал ми болса, қай текстура сыймен байланысты екенін сараптайды.

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

Экранда көрсетілген жазулар маймылдарға көрінбейді.

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

Бәрібір олар ағылшынша оқи алмайды.

Жазулар ізделген нысанның тұрған орны өзгеретінін көрсетуге арналған.

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

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

Бірақ маймылдарға жанасу түйсігі бойынша оларды табудың,

And yet, they can find them by tactile discrimination,

басу мен таңдаудың реті бәрібір келеді.

Сондай маймылдың миын қарап көрейікші.

and they can press it and select it.

Жоғарыдағы —125 жасушадан тұратын блок,

So when we look at the brains of these animals,

on the top panel you see the alignment of 125 cells

ми белсенділігін көрсетеді:

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

джойстик көмегімен ойнаған жануар миындағы

нейрондар блогының электрлі дауылдары.

of this sample of neurons in the brain

Бұл сурет әрбір нейрофизиологқа таныс.

when the animal is using a joystick.

Ми жасушалары қозғалыс туралы белгілерді бар ықтимал бағытқа жібереді.

And that's a picture that every neurophysiologist knows.

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

Төмендегі суретте дене қозғалмағанда және жануар роботты немесе виртуалды

The bottom picture is what happens when the body stops moving

проекцияны басқарғанда не болатыны көрсетілген.

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

Біздің компьютерді қайта жүктегеніміздей,

As fast as we can reset our computers,

ми белсенділігі жаңа сайманды жануар денесінің

the brain activity shifts to start representing this new tool,

табиғи жалғасындай қабылдауға жылдам ауысады.

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

Мидың бұған екпіндей бейімделетіні соншалықты, біз әрең өлшеп үлгереміз.

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

Бұл біздің өз-өзімізді сезінуіміз теріміздегі эпителийдің

So that suggests to us that our sense of self

соңғы қабатымен аяқталмайтынын дәлелдейді.

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

Бірақ ми көмегімен басқаратын сайман электрондарының соңғы қабатында аяқталады.

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

Скрипка, автокөлік, велосипед, футбол доптары, киім

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

заттардың бәрін «ми» атты тойымсыз, таңғажайып динамикалық жүйе сіңіріп алады.

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

Оның шегі бар ма?

Бірнеше жыл бұрын біз осыны анықтау үшін тәжірибе жүргіздік.

How far can we take it?

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

АҚШ-тың Шығыс жағалауындағы Дьюк университетіндегі

маймыл жүгіріс жолында жүгіріп,

We had an animal running on a treadmill

қозғалысқа қажет ми дауылын туғызды.

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

Ал Жапониядағы Киото қаласында алдыңғы қатарлы телекоммуникациялық

producing the brainstorms necessary to move.

And we had a robotic device, a humanoid robot,

халықаралық зерттеу институтының неврология

зертханасында адам примат миынан команда алуды өмір бойы армандаған,

in Kyoto, Japan at ATR Laboratories

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

адам тәрізді роботымыз болды.

a human brain, or a primate brain.

Маймылдың қозғалысын басқарған ми белсенділігі

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

жапон роботына беріліп, ол жүретін болды.

was transmitted to Japan and made this robot walk

Қозғалған роботтан алынған мәліметтер, маймыл жүрген роботтың

while footage of this walking was sent back to Duke,

аяғын көре алуы үшін қайтадан Дьюк университетіне жіберілді.

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

Сөйтіп маймыл сыйды денесінің қозғалысы үшін емес,

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

басқа жарты шардағы роботтың дұрыс қозғалысы мен оны миының

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

басқарғаны үшін алды.

Таңқаларлығы сол, жер шарын айналған белгінің жолы - ми дауылы -

controlled by her brain activity.

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

маймылдың миынан шығып, бұлшықетке жеткендегінен 20 миллисекунд

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

аз уақыт алды.

and reach its own muscle.

Маймыл өзінен 6 есе үлкен және әлемнің келесі қиырындағы роботты басқарды.

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

Бұл – роботты автономды жүргізе алған тәжірибелердің бірі.

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

CB1 роботы өз арманын Жапонияда жүзеге асырып жатыр,

This is CB1 fulfilling its dream in Japan

оны приматтың миы басқарады.

under the control of the brain activity of a primate.

Осының бәрі бізге не береді?

Бұл зерттеулердің бәрі, құлақтарымыздың

So where are we taking all this?

динамикалық әлемнің қасиеттерін тану бізге не үшін қажет?

What are we going to do with all this research,

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

Жинақталған білім мен технологияның көмегімен біз

Well the idea is to take all this knowledge and technology

бүгінгінің ең күрделі неврологиялық мәселелерінің бірін шешкіміз келеді.

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

Миллиондаған адам ми белгілерін қимылда, қозғалыста

Millions of people have lost the ability to translate these brainstorms

тани білу қабілетінен айырылған.

Миы белгі туғызуды жалғастырып, қозғалысқа бұйрық бергенімен,

into action, into movement.

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

жұлынның зақымдалуынан пайда болған кедергіден өте алмайды.

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

Біз компьютер мен ми арасындағы

өзара әрекет интерфейсін пайдаланып, қозғалыс тілегі шифрленген ми белгілерін,

So our idea is to create a bypass,

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

көлемді ми дауылдарын оқуға арналған айналма жол жасағымыз келеді.

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

Компьютерлік микроинженерияның көмегімен зақымдалған тіндерді айналып өтіп,

bypass the lesion using computational microengineering

белгіні олардың жаңа денесі экзоскелетке, әлгіндей адамдарға,

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

арналған жаңа денеге айналатын роботталған костюмге бермекпіз.

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

Экранда «Қайта жүру» жобасының схемасы.

And you can see an image produced by this consortium.

Коммерциялық емес «Walk Again Project» [ағылш. «Қайта жүру»] бірлестігі,

This is a nonprofit consortium called the Walk Again Project

оған Еуропа, АҚШ және Бразилиия

ғалымдары кіреді,

that is putting together scientists from Europe,

олар осындай жаңа дене жасау үшін жұмыс істеуде.

from here in the United States, and in Brazil

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

Ол дене Аврора мен басқа маймылдардың компьютер мен ми арасында

a body that we believe, through the same plastic mechanisms

сайманды пайдалануға мүмкіндік беретіндей, пластикмеханизмдер көмегімен

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

өзіміз жасап, күнделікті өмірде пайдаланар саймандарға бейімделуге мүмкіндік береді.

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

Біз осы механизм адамдардың олар жасағысы келген

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

қозғалыс туралы ойлап және ми белгілерін жаңа денеде

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

тауып қана қоймай, оны мимен басқарылатын

and translate them into movements of this new body,

жаңа дене ретінде қабылдауға да мүмкіндік береді деп үміттенеміз.

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

Он жыл бұрын маған айтылғаны:

So I was told about 10 years ago

"бұл ешқашан болмайды, бұл еш мүмкін емес".

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

Бірақ ғалым ретінде менің айтарым біреу ғана.

Мен Бразилияның оңтүстік бөлігінде өстім.

And I can only tell you that as a scientist,

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

60-жылдың ортасында мен ессіз балалардың айға қалай ұшатындарын айтқанын көрдім.

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

Жасым 5-те болатын,

тапсырманы орындау үшін НАСА неге капитан Кёрк пен Спокты

And I was five years old,

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

жібермегенін түсінбедім, олар бұл істе маман ғой!

Алайда, бала болғаныммен, мен бір нәрсені түсіндім.

after all, they were very proficient --

but just seeing that as a kid

Әжем айтқандай:

«Мүмкін емес — мүмкін,

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

тек оның орындалуы үшін әлі ешкім жеткілікті тер төкпеген».

that "impossible is just the possible

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

Маған "адамды қайта жүргізу мүмкін емес" дейтін.

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

Ал мен әжемнің ақыл-кеңесіне сүйенемін.

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

Назарларыңызға рақмет!

( Қол соғу)

Thank you.

(Applause)