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

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Tradutor: Leonardo Silva Revisor: Isabel Villan

The kind of neuroscience that I do and my colleagues do

O tipo de neurociência que eu e meus colegas praticamos

is almost like the weatherman.

é quase como que metereologia.

We are always chasing storms.

Estamos sempre caçando tempestades.

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

Queremos ver e medir tempestades -- isto é, tempestades cerebrais.

And we all talk about brainstorms in our daily lives,

Todos nós falamos sobre tempestades cerebrais no nosso dia a dia,

but we rarely see or listen to one.

mas nós raramente vemos ou ouvimos uma.

So I always like to start these talks

Por isso, gosto sempre de começar estas palestras,

by actually introducing you to one of them.

na verdade, apresentando a vocês uma dessas tempestades.

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

De fato, na primeira vez que registramos mais de um neurônio --

a hundred brain cells simultaneously --

ou uma centena de neurônios simultaneamente --

we could measure the electrical sparks

nós pudemos medir as descargas elétricas

of a hundred cells in the same animal,

de uma centena de células no mesmo animal.

this is the first image we got,

Esta é a primeira imagem que tivemos,

the first 10 seconds of this recording.

os primeiros dez segundos de registro.

So we got a little snippet of a thought,

Registramos, então, uma pequena fração de pensamento,

and we could see it in front of us.

e pudemos vê-lo diante de nós.

I always tell the students

Eu sempre digo a alunos

that we could also call neuroscientists some sort of astronomer,

que poderíamos dizer que neurocientistas são também meio que astrônomos,

because we are dealing with a system

porque lidamos com um sistema

that is only comparable in terms of number of cells

que só se compara, em termos de quantidade de células,

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

ao número de galáxias que existem no universo.

And here we are, out of billions of neurons,

E lá estávamos, dentre bilhões de neurônios,

just recording, 10 years ago, a hundred.

registrando apenas uma centena deles, dez anos atrás.

We are doing a thousand now.

Atualmente, registramos mil deles.

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

E esperamos compreender coisas fundamentais a respeito de nossa natureza humana,

Because, if you don't know yet,

pois, se vocês ainda não sabem,

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

tudo que costumamos definir como natureza humana vem dessas tempestades,

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

vem de tempestades que se agitam sobre as montes e vales de nossos cérebros,

and define our memories, our beliefs,

e definem nossas memórias, nossas crenças,

our feelings, our plans for the future.

nossas emoções, nossos planos para o futuro.

Everything that we ever do,

Tudo que um dia viermos a fazer,

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

tudo que qualquer ser humano já tenha feito, faz ou fará

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

requer o trabalho árduo de populações de neurônios, causando esse tipo de tempestade.

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

O som de uma tempestade cerebral, caso nunca tenham ouvido uma,

is somewhat like this.

é algo parecido com isso.

You can put it louder if you can.

Podem aumentar o som, se for possível.

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

Meu filho chama isso de "fazer pipoca ouvindo uma estação de rádio A.M. mal sintonizada."

This is a brain.

Isso é um cérebro.

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

Isso é o que acontece quando você canaliza essas tempestades elétricas para um alto-falante

and you listen to a hundred brain cells firing,

e ouve uma centena de neurônios em atividade.

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

Seu cérebro fará este tipo de som -- o meu cérebro, qualquer cérebro.

And what we want to do as neuroscientists in this time

O que queremos agora, enquanto neurocientistas,

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

é, na verdade, escutar essas sinfonias, essas sinfonias cerebrais,

and try to extract from them the messages they carry.

e tentar extrair delas as mensagens que carregam.

In particular, about 12 years ago

Em especial, cerca de doze anos atrás,

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

nós criamos um experimento que chamamos de interface cérebro-máquina.

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

Temos aqui um desenho que descreve como isso funciona.

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

A ideia é utilizar alguns sensores que captam essas tempestades, essa atividade elétrica,

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

e verificar se, com a mesma velocidade que

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

essa tempestade leva para ir do cérebro até as pernas ou braços de um animal --

about half a second --

cerca de meio segundo --

let's see if we can read these signals,

se é possível ler esses impulsos,

extract the motor messages that are embedded in it,

extrair as mensagens motoras que estão embutidas neles,

translate it into digital commands

transformá-las em comandos digitais,

and send it to an artificial device

e enviá-las a um dispositivo artificial,

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

que reproduzirá os comandos motores vindos desse cérebro, em tempo real,

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

bem como tentar medir nossa eficiência na tradução dessa mensagem,

when we compare to the way the body does that.

tendo por base a maneira com que o corpo faz isso,

And if we can actually provide feedback,

e se, de fato, é possível gerar realimentação, isto é,

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

impulsos sensoriais que saem desse acionador robótico-mecânico-computacional,

that is now under the control of the brain,

agora controlado pelo cérebro,

back to the brain,

de volta ao cérebro,

how the brain deals with that,

e como o cérebro lida com o fato

of receiving messages from an artificial piece of machinery.

de receber mensagens de uma máquina.

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

É exatamente isso que fizemos dez anos atrás.

We started with a superstar monkey called Aurora

Nós começamos com uma macaca famosa, chamada Aurora,

that became one of the superstars of this field.

que se tornou uma das estrelas dessa área.

And Aurora liked to play video games.

A Aurora gostava de jogar videogames.

As you can see here,

Como vocês podem ver 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, ou como nossos filhos, para jogar esse jogo.

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

E como boa primata, ela tenta até trapacear, para conseguir acertar.

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

Mesmo antes que apareça um objeto que ela tenha de assinalar

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

com o cursor que ela está controlando com o 'joystick',

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

a Aurora fica procurando o objeto, em todos os cantos.

And if she's doing that,

E ela faz isso

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

porque, sempre que ela assinala o objeto com o pequeno cursor,

she gets a drop of Brazilian orange juice.

ela recebe um gole de suco de laranja brasileiro.

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

Eu posso garantir que qualquer macaco fará qualquer coisa para vocês,

if you get a little drop of Brazilian orange juice.

em troca de um golezinho de suco de laranja brasileiro.

Actually any primate will do that.

Na verdade, qualquer primata vai fazer isso.

Think about that.

Pensem a respeito.

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

Bem, enquanto a Aurora jogava, como vocês viram,

and doing a thousand trials a day

e realizava mil testes por dia,

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

e conseguia 97% de acertos e 350 ml de suco de laranja,

we are recording the brainstorms that are produced in her head

nós registrávamos as tempestades cerebrais que ocorriam em sua cabeça

and sending them to a robotic arm

e as enviávamos a um braço robótico

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

que aprendia a reproduzir os movimentos que a Aurora fazia,

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

porque a ideia era, na verdade, ligar essa interface cérebro-máquina

and have Aurora play the game just by thinking,

e conseguir que a Aurora jogasse só com o pensamento,

without interference of her body.

sem a intervenção de seu corpo.

Her brainstorms would control an arm

Suas tempestades cerebrais comandariam um braço

that would move the cursor and cross the target.

que moveria o cursor e assinalaria o objeto.

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

E para nossa surpresa, foi exatamente o que a Aurora fez.

She played the game without moving her body.

Ela jogou sem se mover.

So every trajectory that you see of the cursor now,

Cada movimento do cursor que vocês veem agora,

this is the exact first moment she got that.

e essa foi a primeira vez que ela conseguiu isso,

That's the exact first moment

essa foi exatamente a primeira vez

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

que um estímulo cerebral foi além dos limites físicos do corpo de um primata,

and could act outside, in that outside world,

produzindo efeitos do lado de fora, nesse universo externo,

just by controlling an artificial device.

controlando um braço artificial.

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

Aurora continuava jogando, continuava encontrando o pequeno objeto

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

e ganhando o suco de laranja que ela queria, que ela almejava.

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

Bem, ela fazia isso porque, àquela altura, ela tinha adquirido um novo braço.

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

O braço robótico, movendo-se neste vídeo gravado trinta dias depois

after the first video that I showed to you,

do vídeo que mostrei a vocês anteriormente,

is under the control of Aurora's brain

está sendo controlado pelo cérebro da Aurora

and is moving the cursor to get to the target.

e está movendo o cursor para alcançar o objeto.

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

A 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 seus braços de verdade para o que quiser.

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

Ela consegue coçar as costas, ela consegue coçar um de nós, ela consegue jogar outro jogo.

By all purposes and means,

Com toda certeza,

Aurora's brain has incorporated that artificial device

o cérebro da Aurora incorporou esse braço artificial

as an extension of her body.

como uma extensão de seu corpo.

The model of the self that Aurora had in her mind

A autoimagem que Aurora tinha em sua mente

has been expanded to get one more arm.

adaptou-se para assimilar um braço extra.

Well, we did that 10 years ago.

Bem, fizemos isso dez anos atrás.

Just fast forward 10 years.

Vamos avançar dez anos no tempo.

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

No ano passado, descobrimos que nem precisamos de um braço robótico.

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

Podemos criar um corpo virtual, um avatar, um avatar de macaco,

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

e utilizá-lo, na verdade, tanto para que nossos macacos interajam com ele,

or you can train them to assume in a virtual world

quanto para treiná-los para que assimilem, num ambiente virtual,

the first-person perspective of that avatar

a percepção desse avatar em primeira pessoa,

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

e usar sua atividade cerebral para controlar os movimentos dos braços ou pernas do avatar.

And what we did basically was to train the animals

Basicamente, o que fizemos foi treinar os animais

to learn how to control these avatars

a fim de que aprendessem a controlar esses avatares

and explore objects that appear in the virtual world.

e a explorar objetos que aparecessem no ambiente 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 toca a superfície desses objetos,

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

eles enviam um sinal elétrico, equivalente à textura palpável do objeto,

that goes back directly to the monkey's brain,

que retorna diretamente ao cérebro do macaco,

informing the brain what it is the avatar is touching.

informando qual objeto o avatar está tocando.

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 uma nova via sensorial -- como um novo sentido.

And you truly liberate the brain now

Agora, verdadeiramente, você liberta o cérebro,

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

ao permitir que ele envie comandos motores que fazem o avatar se mover,

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

e a resposta que vem do avatar é processada diretamente pelo cérebro,

without the interference of the skin.

sem a interferência da pele.

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

O que vocês estão vendo aqui é o resumo da atividade.

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

Basicamente, vocês vão ver um animal tocando três objetos.

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

E ele tem de escolher um, porque apenas um traz a recompensa,

the orange juice that they want to get.

o suco de laranja que ele quer ganhar.

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

E ele tem que escolher o objeto com o toque, usando um braço virtual, um braço que não é real.

And that's exactly what they do.

E é exatamente isso que ele faz.

This is a complete liberation of the brain

O cérebro se liberta completamente

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

dos limites do corpo físico, num teste de percepção.

The animal is controlling the avatar to touch the targets.

O animal está controlando o avatar, a fim de tocar os objetos.

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

E ele sente a textura ao receber uma mensagem elétrica diretamente no cérebro.

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

E o cérebro está decidindo que textura está associada à recompensa.

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

As legendas que vocês veem no vídeo não aparecem para o macaco.

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

A propósito, seja como for, eles não sabem ler.

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

Elas aparecem aqui somente para que vocês saibam que o objeto correto está mudando de posição.

And yet, they can find them by tactile discrimination,

Mesmo assim, eles conseguem identificar os objetos através do tato,

and they can press it and select it.

pressionando-os quando querem mostrar sua escolha.

So when we look at the brains of these animals,

Quando observamos os cérebros desses animais,

on the top panel you see the alignment of 125 cells

no quadro de cima, vemos o alinhamento de cento e vinte e cinco células,

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

mostrando o que acontece com a atividade cerebral, com as tempestades elétricas,

of this sample of neurons in the brain

nessa amostra de neurônios,

when the animal is using a joystick.

quando o animal está utilizando um 'joystick'.

And that's a picture that every neurophysiologist knows.

Essa é uma imagem que todo neurofisiologista conhece.

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

O alinhamento básico mostra que essas células estão enviando sinais em todas as direções possíveis.

The bottom picture is what happens when the body stops moving

O quadro de baixo mostra o que acontece quando o corpo para de se mexer,

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

e o animal começa a controlar um braço robótico, ou um avatar.

As fast as we can reset our computers,

Com a mesma rapidez com que reiniciamos nossos computadores,

the brain activity shifts to start representing this new tool,

a atividade cerebral se modifica, a fim de começar controlar essa nova ferramenta,

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

como se ela também fizesse parte do corpo do primata.

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

O cérebro também está assimilando isso, tão rápido quanto podemos mensurar.

So that suggests to us that our sense of self

Isso sugere que a autopercepção do nosso ser

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

não termina na extremidade da pele 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 extremidade de elétrons de tudo que estivermos controlando com nossos cérebros.

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

Nossos violinos, nossos carros, nossas bicicletas, nossas bolas de futebol, nossas roupas --

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

tudo isso acaba sendo assimilado por esse ávido, surpreendente e dinâmico sistema chamado cérebro.

How far can we take it?

Até onde podemos chegar com ele?

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

Bem, num experimento que realizamos poucos anos atrás, fomos ao extremo.

We had an animal running on a treadmill

Pusemos um animal numa esteira,

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

na Duke University, na costa leste dos Estados Unidos,

producing the brainstorms necessary to move.

produzindo as tempestades cerebrais necessárias para se mover,

And we had a robotic device, a humanoid robot,

e tínhamos um robô, um robô humanoide,

in Kyoto, Japan at ATR Laboratories

em Kyoto, Japão, no ATR Laboratories,

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

que sonhou a vida inteira em ser controlado por um cérebro,

a human brain, or a primate brain.

um cérebro humano, ou o de um primata.

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

O que aconteceu foi que a atividade cerebral que gerou os movimentos na macaca

was transmitted to Japan and made this robot walk

foi transmitida ao Japão e fez este robô caminhar,

while footage of this walking was sent back to Duke,

enquanto imagens dessa caminhada eram enviadas de volta a Duke,

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

possibilitando que a macaca visse as pernas deste robô andando diante dela.

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

Ela receberia recompensa não pelo que seu corpo fazia,

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

mas pelos passos certos que o robô desse, do outro lado do planeta,

controlled by her brain activity.

controlado pela atividade cerebral dela.

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

O curioso foi que aquela volta ao redor do mundo levou vinte milésimos de segundo a menos

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

que aquela tempestade cerebral levaria para sair de sua cabeça, da cabeça da macaca,

and reach its own muscle.

e chegar até suas pernas de verdade.

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

A macaca fez um robô, que era seis vezes maior que ela, se mover do outro lado do planeta.

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

Esse é um dos experimentos em que aquele robô conseguiu caminhar de forma independente.

This is CB1 fulfilling its dream in Japan

Este é o CB1 realizando seu sonho, no Japão,

under the control of the brain activity of a primate.

sob o controle da atividade cerebral de um primata.

So where are we taking all this?

Então, aonde vamos chegar com tudo isso?

What are we going to do with all this research,

O que vamos fazer com toda essa pesquisa,

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

além de estudar as propriedades desse universo dinâmico que possuímos entre as orelhas?

Well the idea is to take all this knowledge and technology

Bem, a ideia é utilizar todo esse conhecimento e tecnologia

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

para tentar reparar um dos mais graves problemas neurológicos que existem no mundo.

Millions of people have lost the ability to translate these brainstorms

Milhões de pessoas perderam a habilidade de tranformar essas tempestades cerebrais

into action, into movement.

em ação, em movimento.

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

Apesar de seus cérebros continuarem produzindo essas tempestades e comandos de movimento,

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

eles não conseguem cruzar a barreira que foi criada por uma lesão na medula espinhal.

So our idea is to create a bypass,

Então, nossa ideia é criar um caminho alternativo,

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

é utilizar essas interfaces cérebro-máquina para interpretar esses sinais,

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

ou tempestades cerebrais de maior escala, que carregam o desejo de voltar a andar,

bypass the lesion using computational microengineering

contornar a lesão, utilizando microengenharia de computador,

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

e enviar esses sinais para um novo corpo, um corpo completo chamado exoesqueleto,

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

um traje robótico completo, que se tornará o novo corpo desses pacientes.

And you can see an image produced by this consortium.

Aqui temos uma imagem produzida por um consórcio,

This is a nonprofit consortium called the Walk Again Project

sem fins lucrativos, chamado de Projeto Walk Again,

that is putting together scientists from Europe,

que está unindo cientistas da Europa,

from here in the United States, and in Brazil

daqui dos Estados Unidos e do Brasil,

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

para trabalhar juntos e, de fato, criar esse novo corpo --

a body that we believe, through the same plastic mechanisms

um corpo que, por meio da mesma plasticidade cerebral,

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

permite que a Aurora e outros macacos movam 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 utilizamos no dia a dia.

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

Esperamos que esse mesmo mecanismo possibilite não apenas que esses pacientes

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

voltem a imaginar os movimentos que quiserem executar

and translate them into movements of this new body,

e transformá-los em movimentos neste novo corpo,

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

mas que esse corpo seja assimilado como o novo corpo que o cérebro comanda.

So I was told about 10 years ago

Disseram-me, cerca de dez anos atrás,

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

que isso jamais seria possível, que isso beirava o impossível.

And I can only tell you that as a scientist,

Só posso dizer a vocês que, como cientista,

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

eu cresci no sul do Brasil, em meados dos anos 60,

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

assistindo alguns caras malucos dizendo [-nos] que eles iriam à Lua.

And I was five years old,

Eu tinha cinco anos de idade,

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

e nunca entendi porque a NASA não contratou o capitão Kirk e o Spok para fazer isso;

after all, they were very proficient --

Afinal, eles eram peritos nisso --

but just seeing that as a kid

mas ver aquilo quando criança

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

me fez acreditar, como minha avó costumava me dizer,

that "impossible is just the possible

que "o impossível é só o possível

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

que alguém não se esforçou o bastante para que se tornasse realidade".

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

Disseram-me que era impossível fazer alguém voltar a andar,

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

mas acho que vou seguir o conselho da minha avó.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)