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

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Tradutor: Yasser Calil Revisora: NUNO ROSALINO

The kind of neuroscience that I do and my colleagues do

O tipo de neurociência que eu e os meus colegas fazemos

is almost like the weatherman.

é quase como o de um meteorologista.

We are always chasing storms.

Estamos sempre à procura de tempestades.

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

Queremos ver e medir tempestades — tempestades cerebrais.

And we all talk about brainstorms in our daily lives,

Todos nós falamos de "brainstorms" no nosso dia-a-dia

but we rarely see or listen to one.

mas raramente vemos ou ouvimos uma.

So I always like to start these talks

Gosto sempre de começar estas palestras

by actually introducing you to one of them.

apresentando-vos a uma delas.

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

A primeira vez que gravámos mais de um neurónio

a hundred brain cells simultaneously --

— uma centena de células cerebrais simultaneamente —

we could measure the electrical sparks

conseguimos medir os impulsos elétricos

of a hundred cells in the same animal,

de uma centena de células num mesmo animal.

this is the first image we got,

Esta é a primeira imagem que obtivemos,

the first 10 seconds of this recording.

os primeiros 10 segundos de gravação.

So we got a little snippet of a thought,

Tínhamos um pequeno fragmento de um pensamento,

and we could see it in front of us.

e conseguimos vê-lo à nossa frente.

I always tell the students

Eu digo sempre aos estudantes

that we could also call neuroscientists some sort of astronomer,

que também podemos chamar aos neurocientistas

uma espécie de astrónomo,

because we are dealing with a system

porque lidamos com um sistema

that is only comparable in terms of number of cells

que, em relação ao número de células,

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

só é comparável ao número de galáxias que temos no universo.

And here we are, out of billions of neurons,

Aqui estamos, entre milhares de milhões de neurónios,

just recording, 10 years ago, a hundred.

há 10 anos, a gravar apenas uma centena deles.

We are doing a thousand now.

Agora, estamos a gravar mil.

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

Esperamos compreender algo fundamental sobre a natureza humana.

Because, if you don't know yet,

Porque, se ainda não sabem,

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

tudo o que usamos para definir a natureza humana vem destas tempestades,

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

vem destas tempestades que percorrem as montanhas e vales do nosso cérebro

and define our memories, our beliefs,

e definem as nossas memórias, as nossas crenças

our feelings, our plans for the future.

os nossos sentimentos, os nossos planos para o futuro,

Everything that we ever do,

tudo o que fazemos.

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

Tudo o que cada ser humano já fez, faz ou irá fazer,

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

necessita do trabalho incessante de uma população de neurónios

a produzir este tipo de tempestades.

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

O som de uma tempestade cerebral — se nunca ouviram nenhuma —

is somewhat like this.

é parecido com isso.

You can put it louder if you can.

Podem aumentar o volume?

(Crepitação)

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

O meu filho chama-lhe:

"Fazer pipocas a ouvir uma estação de rádio mal sintonizada".

This is a brain.

Isto é o cérebro.

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

Ouvimos isto quando direcionamos estas tempestades elétricas

para um autofalante

and you listen to a hundred brain cells firing,

e ouvimos uma centena de células cerebrais a disparar.

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

O cérebro soa desta maneira — o meu cérebro, qualquer cérebro.

And what we want to do as neuroscientists in this time

O que queremos fazer neste momento, enquanto neurocientistas,

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

é ouvir estas sinfonias, estas sinfonias cerebrais,

and try to extract from them the messages they carry.

e tentar extrair delas a mensagem que transportam.

In particular, about 12 years ago

Em particular, há cerca de 12 anos,

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

criámos um modelo a que chamamos interface homem-máquina.

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

Temos aqui um esquema que descreve como funciona.

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

A ideia é ter sensores que escutam estas tempestades,

estes disparos elétricos,

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

e ver se conseguimos,

no mesmo tempo que essa tempestade leva a sair do cérebro

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

e a chegar às pernas ou aos braços de um animal

about half a second --

— cerca de meio segundo —

let's see if we can read these signals,

ver se conseguimos ler esses sinais,

extract the motor messages that are embedded in it,

extrair as mensagens motoras que estão contidas neles,

translate it into digital commands

traduzi-las para comandos digitais

and send it to an artificial device

e mandar para um aparelho artificial

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

que vai reproduzir a roda motora voluntária daquele cérebro em tempo real.

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

E ver se podemos medir até que ponto traduzimos bem essa mensagem

when we compare to the way the body does that.

em comparação com a maneira como o corpo faz isso.

And if we can actually provide feedback,

E se conseguimos dar "feedback",

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

sinais sensórios que vão desse equipamento informático,

mecânico, robótico,

that is now under the control of the brain,

que está sob o controlo do cérebro

back to the brain,

de volta para o cérebro,

how the brain deals with that,

como o cérebro lida com isso,

of receiving messages from an artificial piece of machinery.

com receber mensagens saídas de um aparelho artificial.

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

Foi isso exatamente o que fizemos há dez anos.

We started with a superstar monkey called Aurora

Começámos com uma macaca superstar chamada Aurora

that became one of the superstars of this field.

que se tornou numa das estrelas desta área.

And Aurora liked to play video games.

Aurora gostava de jogar videogames.

As you can see here,

Como vemos aqui,

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

ela gosta de usar um "joystick", como qualquer um de nós,

qualquer uma das nossas crianças, para jogar este jogo.

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

Como boa primata, até tenta fazer batota antes de conseguir a resposta correta.

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

Antes de aparecer o alvo que ela supostamente

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

deve cruzar com o cursor que ela controla com o "joystick",

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

Aurora está a tentar encontrar o alvo, onde quer que ele esteja.

And if she's doing that,

Ela faz isto,

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

porque sempre que ela cruza aquele alvo com o cursor,

she gets a drop of Brazilian orange juice.

ganha uma gota de sumo de laranja brasileiro.

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

Posso dizer que qualquer macaco fará tudo

if you get a little drop of Brazilian orange juice.

se lhe dermos uma gotinha de sumo de laranja brasileiro.

Actually any primate will do that.

Qualquer primata fará isso.

Think about that.

Pensem nisso.

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

Enquanto Aurora estava a jogar este jogo,

and doing a thousand trials a day

a fazer milhares de tentativas diariamente,

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

acertando 97% das vezes e ganhando 350 mililitros de sumo de laranja,

we are recording the brainstorms that are produced in her head

nós estávamos a gravar as tempestades produzidas no seu cérebro

and sending them to a robotic arm

e a enviá-las para um braço robótico

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

que estava a aprender a reproduzir os movimentos que Aurora estava a fazer.

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

Porque a ideia era fazer funcionar essa interface cérebro-máquina

and have Aurora play the game just by thinking,

e fazer com que Aurora jogasse apenas com o pensamento,

without interference of her body.

sem interferência do corpo dela.

Her brainstorms would control an arm

As tempestades cerebrais dela controlariam o seu braço

that would move the cursor and cross the target.

que moveria o cursor e cruzaria o alvo.

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

Para nosso espanto, foi exatamente isso que Aurora fez.

She played the game without moving her body.

Ela jogava o jogo sem sequer mover o corpo.

So every trajectory that you see of the cursor now,

Cada trajetória do cursor que estamos a ver agora,

this is the exact first moment she got that.

foi exatamente a primeira vez que ela fez isso.

That's the exact first moment

Esta é precisamente a primeira vez

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

que uma intenção cerebral se libertou do domínio físico do corpo de um primata

and could act outside, in that outside world,

e pôde atuar fora, no mundo exterior,

just by controlling an artificial device.

apenas a controlar um aparelho artificial.

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

Aurora continuou a jogar, continuou a procurar o pequeno alvo

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

e a ganhar o sumo de laranja que queria ganhar, que tanto desejava.

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

Ela fez isso porque, naquele momento, tinha adquirido um novo braço.

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

Um braço robótico que vemos aqui a mexer, 30 dias depois,

after the first video that I showed to you,

depois do primeiro vídeo que eu vos mostrei,

is under the control of Aurora's brain

está sob o controlo do cérebro de Aurora

and is moving the cursor to get to the target.

e está a mover o cursor para acertar no alvo.

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

Aurora agora sabe que pode jogar com esse braço robótico,

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

mas não perdeu a capacidade de usar os braços biológicos

para fazer o que bem entender.

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

Pode coçar as costas, pode coçar um de nós, pode jogar outro jogo.

By all purposes and means,

Por todos os motivos e razões,

Aurora's brain has incorporated that artificial device

o cérebro de Aurora incorporou o aparelho artificial

as an extension of her body.

como uma extensão de seu corpo.

The model of the self that Aurora had in her mind

O modelo de si própria que Aurora tinha na sua cabeça

has been expanded to get one more arm.

expandiu-se para obter um braço a mais.

Well, we did that 10 years ago.

Fizemos isso há 10 anos.

Just fast forward 10 years.

Avancemos rapidamente 10 anos.

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

No ano passado percebemos

que nem sequer precisamos de ter um aparelho robótico.

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

Podemos construir apenas um corpo informático,

um avatar, um macaco avatar.

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

Podemos usá-lo para os nossos macacos interagirem com eles,

or you can train them to assume in a virtual world

ou para podermos treiná-los a controlar um mundo virtual

the first-person perspective of that avatar

a perspetiva de primeira pessoa de um avatar

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

e usar a sua atividade cerebral

para controlar os movimentos das pernas e braços do avatar.

And what we did basically was to train the animals

Treinámos os animais

to learn how to control these avatars

a aprender a controlar esses avatares

and explore objects that appear in the virtual world.

e a explorar objetos que aparecem no mundo virtual.

And these objects are visually identical,

Esses objetos são visualmente idênticos,

but when the avatar crosses the surface of these objects,

mas quando o avatar cruza a superfície desses objetos,

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

eles enviam uma mensagem elétrica

que é proporcional à microtextura tátil do objeto

that goes back directly to the monkey's brain,

e ela vai diretamente de volta para o cérebro do macaco,

informing the brain what it is the avatar is touching.

informando o cérebro do que o avatar está a tocar.

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

Em apenas quatro semanas,

o cérebro aprende a processar essa nova sensação

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

e adquire um novo caminho sensorial — como um novo sentido.

And you truly liberate the brain now

E assim libertamos o cérebro

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

porque permitimos que o cérebro envie comandos para mover o avatar.

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

O "feedback" que vem do avatar é processado diretamente pelo cérebro

without the interference of the skin.

sem interferência da pele.

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

Então o que vemos aqui é o "design" de uma tarefa.

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

Vamos ver um animal a tocar nestes três alvos.

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

Tem que escolher um porque só um terá uma recompensa,

the orange juice that they want to get.

o sumo de laranja que eles querem obter.

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

Tem que o selecionar pelo toque

usando um braço virtual, um braço que não existe.

And that's exactly what they do.

É exatamente isso que eles fazem.

This is a complete liberation of the brain

Esta é a libertação total do cérebro

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

dos limites físicos do corpo e do motor numa tarefa de perceção.

The animal is controlling the avatar to touch the targets.

O animal está a controlar o avatar para tocar nos alvos.

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

E está a sentir a textura ao receber mensagens elétricas diretamente no cérebro.

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

O cérebro está a decidir qual é a textura associada à recompensa.

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

As legendas que vemos no filme não aparecem para o macaco

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

De qualquer modo, eles não leem inglês,

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

elas estão ali para sabermos que o alvo correto está a mudar de posição.

And yet, they can find them by tactile discrimination,

Mesmo assim, eles encontram-no através da discriminação tátil,

and they can press it and select it.

e podem pressioná-lo e selecioná-lo

So when we look at the brains of these animals,

Quando olhamos para o cérebro desses animais,

on the top panel you see the alignment of 125 cells

no painel mais alto, vemos o alinhamento de 125 células

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

que mostra o que acontece com a atividade cerebral,

of this sample of neurons in the brain

as tempestades elétricas dessa amostra de neurónios no cérebro

when the animal is using a joystick.

quando o animal está a usar um "joystick"

And that's a picture that every neurophysiologist knows.

Esta é a imagem que todos os neurocientistas conhecem.

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

O alinhamento básico mostra que estas células

estão a codificar para todas as possíveis direções

The bottom picture is what happens when the body stops moving

A figura de baixo é o que acontece quando o corpo deixa de se mover

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

e o animal começa a controlar

quer o aparelho robótico quer o avatar informático.

As fast as we can reset our computers,

Tão depressa quanto podemos reiniciar os nossos computadores

the brain activity shifts to start representing this new tool,

a atividade cerebral muda para começar a representar a nova ferramenta,

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

como se a ferramenta fosse parte do corpo do primata.

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

O cérebro também está a assimilar isso tão depressa quanto podemos medir.

So that suggests to us that our sense of self

Então isto sugere que a nossa noção de 'eu'

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

não termina na última camada epitelial do nosso corpo,

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

mas termina na última camada de eletrões das ferramentas

que estamos a comandar com o cérebro.

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

Os nossos violinos, os carros,

as nossas bicicletas, as bolas de futebol, as nossas roupas,

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

tudo é assimilado por esse sistema voraz, incrível e dinâmico chamado cérebro.

How far can we take it?

Onde podemos chegar?

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

Numa experiência que fizemos há uns anos, levámos isto até ao limite.

We had an animal running on a treadmill

Tínhamos um animal a correr numa esteira

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

na universidade de Duke na costa leste dos EUA,

producing the brainstorms necessary to move.

que produzia as tempestades cerebrais necessárias para se mover.

And we had a robotic device, a humanoid robot,

Tínhamos um aparelho robótico, um robô humanoide,

in Kyoto, Japan at ATR Laboratories

nos laboratórios ATR em Quioto, no Japão

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

que sonhara toda a vida em ser controlado por um cérebro,

a human brain, or a primate brain.

um cérebro humano, ou o cérebro de um primata.

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

A atividade cerebral que gerou os movimentos do macaco

was transmitted to Japan and made this robot walk

foi transmitida para o Japão e fez o robô andar

while footage of this walking was sent back to Duke,

enquanto a filmagem dessa caminhada era enviada de volta para Duke,

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

para o macaco poder ver as pernas do robô a caminhar à sua frente.

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

Assim, ele podia ser recompensado, não pelo que o seu corpo estava a fazer,

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

mas por cada passo correto que o robô dava do outro lado do planeta

controlled by her brain activity.

controlado pela atividade cerebral dele.

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

O engraçado é que a ida e volta em torno do globo

demorou 20 milissegundos menos

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

do que levaria para a tempestade cerebral deixar a cabeça do macaco,

and reach its own muscle.

e chegar aos seus próprios músculos.

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

O macaco movia um robô seis vezes maior do que ele,

do outro lado do planeta.

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

Esta é uma das experiências em que os robôs conseguiram andar com autonomia.

This is CB1 fulfilling its dream in Japan

Esse é o CB1 realizando o seu sonho, no Japão,

under the control of the brain activity of a primate.

sob o controlo da atividade cerebral de um primata.

So where are we taking all this?

Então para onde estamos a levar tudo isto?

What are we going to do with all this research,

O que faremos com toda essa pesquisa,

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

para além de estudar as propriedades deste dinâmico universo

que temos entre as nossas orelhas?

Well the idea is to take all this knowledge and technology

A ideia é pegar em todo este conhecimento e tecnologia

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

e tentar solucionar um dos problemas neurológicos

mais graves que temos no mundo.

Millions of people have lost the ability to translate these brainstorms

Milhões de pessoas perderam a capacidade de traduzir essas tempestades cerebrais

into action, into movement.

em ações, em movimento.

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

Embora o cérebro continue a produzir essas tempestades e a codificar movimentos,

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

elas não podem cruzar a barreira

que foi criada por uma lesão na espinal medula.

So our idea is to create a bypass,

Então a nossa ideia é criar um "bypass",

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

é usar a interface cérebro-máquina para ler esses sinais,

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

tempestades cerebrais em alta escala que contêm o desejo de mover novamente

bypass the lesion using computational microengineering

fazer um "bypass" na lesão usando microengenharia informática

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

e enviar para um novo corpo, um corpo inteiro chamado exosqueleto,

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

um traje robótico completo

que vai tornar-se no novo corpo desses pacientes.

And you can see an image produced by this consortium.

Vemos uma imagem produzida por um consórcio.

This is a nonprofit consortium called the Walk Again Project

É um consórcio sem fins lucrativos chamado "Caminhe Novamente"

that is putting together scientists from Europe,

que está a reunir cientistas da Europa,

from here in the United States, and in Brazil

daqui dos EUA e do Brasil

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

para trabalhar e construir esse novo corpo,

a body that we believe, through the same plastic mechanisms

um corpo que, através dos mesmos mecanismos plásticos

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

que permitem a Aurora e a outros macacos usarem essas ferramentas

através de uma interface cérebro-máquina

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

e que nos permite incorporar as ferramentas

que produzimos e usamos na nossa vida diária.

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

Esse mesmo mecanismo, esperamos, vai permitir a esses pacientes

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

não apenas a imaginar novamente os movimentos que eles querem fazer

and translate them into movements of this new body,

e traduzi-los em movimentos desse novo corpo,

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

mas assimilar esse corpo como um novo corpo que o cérebro controla.

So I was told about 10 years ago

Há 10 anos, disseram-me que isso nunca aconteceria,

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

que isso era impossível.

And I can only tell you that as a scientist,

Enquanto cientista, apenas posso dizer,

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

eu cresci no sul do Brasil, na década de 60,

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

a ver uns loucos a dizer que iriam até à Lua.

And I was five years old,

Eu tinha cinco anos, e nunca entendi porque é que a NASA

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

não contratou para isso o capitão Kirk e o Spock.

after all, they were very proficient --

Afinal de contas, eles eram muito competentes.

but just seeing that as a kid

Mas ver aquilo, enquanto criança,

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

fez-me acreditar, como a minha avó costumava dizer:

that "impossible is just the possible

"O impossível é apenas o possível

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

"que alguém ainda não se esforçou bastante para tornar realidade"

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

Disseram-me que era impossível fazer alguém andar.

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

Eu acho que vou seguir o conselho da minha avó.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)