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

Мигель Николелис: Обезьяна управляет роботом силой мысли. На самом деле.

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Переводчик: Pauline Hortman Редактор: Aliaksandr Autayeu

The kind of neuroscience that I do and my colleagues do

То, чем я мои коллеги занимаемся в области неврологии,

is almost like the weatherman.

во многом похоже на работу метеорологов.

We are always chasing storms.

Мы гоняемся за бурями.

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

Мы хотим наблюдать и изучать бури — бури в мозге.

And we all talk about brainstorms in our daily lives,

Мы с вами часто говорим о мозговых штурмах,

but we rarely see or listen to one.

но редко можем увидеть или послушать настоящую мозговую бурю.

So I always like to start these talks

Я люблю начинать свои лекции

by actually introducing you to one of them.

со знакомства слушателей с такой бурей.

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

С первой записи, когда нам удалось запечатлеть не один нейрон,

a hundred brain cells simultaneously --

а целую сотню одновременно.

we could measure the electrical sparks

Мы смогли измерить электрические разряды

of a hundred cells in the same animal,

сотни клеток одного животного.

this is the first image we got,

Вот что мы получили,

the first 10 seconds of this recording.

это первые 10 секунд записи.

So we got a little snippet of a thought,

Нам удалось поймать крошечный фрагмент мысли

and we could see it in front of us.

и рассмотреть его.

I always tell the students

Я говорю студентам,

that we could also call neuroscientists some sort of astronomer,

что неврологи — это в некоторой степени астрономы.

because we are dealing with a system

Мы имеем дело с системами,

that is only comparable in terms of number of cells

сравнимыми по количеству клеток

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

только с количеством галактик во Вселенной.

And here we are, out of billions of neurons,

И вот среди миллиардов нейронов

just recording, 10 years ago, a hundred.

нам удалось записать сотню 10 лет назад.

We are doing a thousand now.

Теперь мы можем записать уже тысячу.

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

И надеемся выяснить нечто первостепенное о человеческой природе.

Because, if you don't know yet,

Если вы ещё не в курсе, знайте:

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

всё, чем мы определяем человеческую природу, связано с этими бурями —

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

бурями, которые бушуют над холмами и равнинами мозга,

and define our memories, our beliefs,

придавая форму нашим воспоминаниям,

our feelings, our plans for the future.

убеждениям, чувствам, планам на будущее.

Everything that we ever do,

Всё, что мы делаем,

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

всё, что человек когда-либо совершил или совершит —

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

это тяжкий труд множества нейронов, порождающих такие бури.

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

Буря, если вам не доводилось слышать ранее,

is somewhat like this.

звучит вот так.

You can put it louder if you can.

Можно сделать чуть громче.

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

Мой сын говорит, что это похоже на «попкорн, взрывающийся под звуки шипящей радиоволны».

This is a brain.

А это мозг.

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

Вот что случается, если подключить такую электрическую бурю к динамику:

and you listen to a hundred brain cells firing,

вы услышите, как зажгутся сотни нервных клеток.

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

Ваш мозг будет звучать именно так. И мой мозг, и любой другой.

And what we want to do as neuroscientists in this time

Мы, неврологи, слушаем эти симфонии,

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

симфонии мозга,

and try to extract from them the messages they carry.

и пытаемся расшифровать послания, скрытые в них.

In particular, about 12 years ago

В частности 12 лет назад

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

мы создали так называемый компьютерно-мозговой интерфейс.

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

На этой схеме показано, как он работает.

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

Идея была такая. Мы взяли датчики для прослушивания этих бурь, электрических разрядов,

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

и решили проверить, возможно ли за тот же отрезок времени,

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

что сигнал, выходящий из мозга, достигает ног или рук животного —

about half a second --

примерно за полсекунды —

let's see if we can read these signals,

возможно ли прочесть эти сигналы,

extract the motor messages that are embedded in it,

выделить моторную составляющую,

translate it into digital commands

перекодировать её в цифровую команду

and send it to an artificial device

и передать искусственному устройству,

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

которое будет воспроизводить произвольные двигательные намерения мозга в реальном времени.

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

А затем оценить, насколько хорошо нам удалось перекодировать команду

when we compare to the way the body does that.

в сравнении с тем, как это делает тело.

And if we can actually provide feedback,

И если нам удастся создать обратный сигнал —

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

сенсорный сигнал, отправленный роботизированным, механическим, вычислительным устройством,

that is now under the control of the brain,

которое находится под контролем мозга —

back to the brain,

отправить его обратно в мозг

how the brain deals with that,

и посмотреть, как мозг реагирует

of receiving messages from an artificial piece of machinery.

на получение информации от искусственного механизма.

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

Именно это мы сделали 10 лет назад.

We started with a superstar monkey called Aurora

Мы начали с замечательной обезьяны Авроры,

that became one of the superstars of this field.

которая потом прославилась в этой области.

And Aurora liked to play video games.

Аврора любила видеоигры.

As you can see here,

Как видно на экране,

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

для игры ей нравилось пользоваться джойстиком, как и всем нам или нашим детям.

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

И как настоящий примат, она даже пыталась смухлевать, прежде чем найти правильный ответ.

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

Мишень, которую ей нужно перечеркнуть курсором при помощи джойстика,

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

ещё не появилась,

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

а Аврора уже пытается найти её по всему экрану.

And if she's doing that,

Каждый раз

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

перечёркивая мишень маленьким курсором,

she gets a drop of Brazilian orange juice.

она получает каплю бразильского апельсинового сока.

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

Я вас уверяю, ради капли бразильского апельсинового сока

if you get a little drop of Brazilian orange juice.

любая обезьяна пойдёт на всё, что вам будет угодно.

Actually any primate will do that.

Или даже любой примат.

Think about that.

Задумайтесь над этим.

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

Итак, пока Аврора играла,

and doing a thousand trials a day

проходя тысячу испытаний в день,

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

попадая по цели в 97% случаев и получая 350 миллилитров апельсинового сока,

we are recording the brainstorms that are produced in her head

мы записывали мозговые бури, которые происходили у неё в голове

and sending them to a robotic arm

и пересылали их на роботизированную руку,

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

которая обучалась копировать движения Авроры.

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

Идея заключалась в том, чтобы подключить интерфейс взаимодействия мозга и компьютера

and have Aurora play the game just by thinking,

и сделать так, чтобы Аврора смогла играть, только подумав об игре,

without interference of her body.

не совершая движений телом.

Her brainstorms would control an arm

Её мозг управлял бы роботизированной рукой,

that would move the cursor and cross the target.

которая перемещала бы курсор, перечёркивая мишени.

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

И к нашему глубокому удивлению, у Авроры всё получилось.

She played the game without moving her body.

Она играла, не двигая телом.

So every trajectory that you see of the cursor now,

Вот эти траектории движения курсора,

this is the exact first moment she got that.

когда Аврора впервые осознала это.

That's the exact first moment

Это первый раз,

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

когда намерение мозга удалось высвободить из оков тела примата

and could act outside, in that outside world,

и реализовать во внешнем мире

just by controlling an artificial device.

с помощью управляемого устройства.

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

Аврора продолжала играть, попадать по маленьким мишеням

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

и получать желанный апельсиновый сок.

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

Ей удавалось это делать, потому что к тому времени у неё появилась новая рука.

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

Вот роботизированная рука спустя 30 дней после первого,

after the first video that I showed to you,

предыдущего видеофрагмента.

is under the control of Aurora's brain

Рукой управляет мозг Авроры

and is moving the cursor to get to the target.

и перемещает её так, чтобы попасть по мишени.

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

Аврора знает, что теперь она может играть с помощью роботизированной руки,

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

но она не потеряла способность пользоваться своими руками, чтобы делать, что ей заблагорассудиться.

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

Она может почесать спину себе или кому-нибудь из нас, а может играть в другую игру.

By all purposes and means,

С уверенностью можно утверждать,

Aurora's brain has incorporated that artificial device

что мозг Авроры принял искусственное устройство

as an extension of her body.

как продолжение её тела.

The model of the self that Aurora had in her mind

Образ своего тела, который был у Авроры, расширился —

has been expanded to get one more arm.

к нему добавилась ещё одна рука.

Well, we did that 10 years ago.

Это тоже было 10 лет назад.

Just fast forward 10 years.

Давайте перенесёмся на 10 лет вперёд.

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

В прошлом году мы поняли, что для такого расширения образа роботизированное устройство не нужно.

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

Достаточно создать виртуальное тело, проекцию, аватар обезьяны.

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

Обезьян можно обучить взаимодействовать с аватарами

or you can train them to assume in a virtual world

или воспринимать аватар в виртуальном мире

the first-person perspective of that avatar

как деятеля, от первого лица,

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

и управлять движением её рук и ног с помощью своего мозга.

And what we did basically was to train the animals

Мы научили животных

to learn how to control these avatars

управлять такими проекциями

and explore objects that appear in the virtual world.

и изучать объекты, находящиеся в виртуальном мире.

And these objects are visually identical,

Эти объекты внешне идентичны друг другу,

but when the avatar crosses the surface of these objects,

но когда аватар касается поверхности одного из них,

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

то в мозг поступает электрический сигнал, соответствующий микротактильной текстуре объекта,

that goes back directly to the monkey's brain,

и сообщает мозгу,

informing the brain what it is the avatar is touching.

чего коснулась рука аватара.

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

Спустя всего четыре недели мозг привыкает к обработке новых сигналов

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

и создаёт новый сенсорный канал — можно сказать, новое чувство.

And you truly liberate the brain now

Таким образом, мозг освобождается.

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

Теперь он может посылать двигательные команды для управления аватаром.

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

Обратные сигналы, поступающие от аватара, обрабатываются мозгом непосредственно,

without the interference of the skin.

без участия кожи.

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

На экране вы видите задание.

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

Животное должно коснуться трёх объектов

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

и выбрать один из них, потому что только за один из них можно получить награду,

the orange juice that they want to get.

желанный апельсиновый сок.

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

Выбрать объект нужно, полагаясь на тактильные ощущения виртуальной руки. Руки, которой не существует.

And that's exactly what they do.

Именно это животные и делают.

This is a complete liberation of the brain

Это полное освобождение мозга

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

от физических ограничений тела и двигательных нервов при восприятии.

The animal is controlling the avatar to touch the targets.

Животное управляет виртуальной проекцией, которая касается объектов.

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

И животное чувствует текстуру объектов, получая электрические послания прямо в мозг.

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

А мозг анализирует, какая из текстур связана с наградой.

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

Подписи, которые показаны на экране, не видны обезьянам.

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

Хотя они и по-английски то не читают.

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

Эти подписи специально для вас, чтобы показать, что положение искомого объекта меняется.

And yet, they can find them by tactile discrimination,

Но обезьянам всё равно удаётся его найти по тактильным ощущениям,

and they can press it and select it.

нажать на него и выбрать.

So when we look at the brains of these animals,

Давайте взглянем на мозг такой обезьяны.

on the top panel you see the alignment of 125 cells

Вверху показан блок из 125 клеток,

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

демонстрирующих мозговую активность:

of this sample of neurons in the brain

электрические бури блока нейронов в мозге животного,

when the animal is using a joystick.

которое играет с помощью джойстика.

And that's a picture that every neurophysiologist knows.

Это изображение знакомо каждому нейрофизиологу.

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

Клетки мозга посылают сигналы о движениях во всех возможных направлениях.

The bottom picture is what happens when the body stops moving

На изображении внизу показано, что происходит, когда тело не двигается,

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

и животное управляет роботом или виртуальной проекцией.

As fast as we can reset our computers,

Так же быстро, как мы перезагружаем компьютеры,

the brain activity shifts to start representing this new tool,

мозговая активность переключается на восприятие нового инструмента

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

как естественного продолжения тела животного.

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

Мозг приспосабливается к этому стремительно — мы едва успеваем измерить.

So that suggests to us that our sense of self

Это говорит нам о том, что наше самоощущение

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

не заканчивается на последнем слое эпителия нашей кожи —

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

оно заканчивается на последнем слое электронов инструмента, которым мы управляем с помощью своего мозга.

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

Скрипки, автомобили, велосипеды, футбольные мячи, одежда —

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

ненасытная удивительная динамичная система под названием «мозг» впитывает все эти предметы.

How far can we take it?

Есть ли тому предел?

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

Несколько лет назад мы провели эксперимент, чтобы выяснить это.

We had an animal running on a treadmill

Обезьяна в Университете Дьюка на Восточном побережье США

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

бежала по беговой дорожке,

producing the brainstorms necessary to move.

генерируя мозговые бури, необходимые для движения.

And we had a robotic device, a humanoid robot,

А городе Киото, в Японии, в лаборатории вычислительной неврологии

in Kyoto, Japan at ATR Laboratories

Международного института передовых телекоммуникационных исследований

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

у нас был человекоподобный робот, всю жизнь мечтавший получить команду от мозга —

a human brain, or a primate brain.

мозга человека или примата.

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

Мозговая активность, управляющая движением обезьяны,

was transmitted to Japan and made this robot walk

была передана японскому роботу, который смог пойти,

while footage of this walking was sent back to Duke,

а данные с движущегося робота, были отправлены обратно в Университет Дьюка,

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

чтобы обезьяна могла видеть перед собой ноги идущего робота.

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

Так обезьяна получала награду не за движения своего тела,

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

а за каждое правильное движение робота, находящегося в другом полушарии

controlled by her brain activity.

и управляемого её мозгом.

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

Удивительно, но путь сигнала вокруг земного шара занял на 20 миллисекунд меньше,

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

чем нужно мозговой буре, чтобы покинуть мозг обезьяны,

and reach its own muscle.

и достигнуть мышцы.

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

Обезьяна управляла роботом в шесть раз большего размера, чем она сама, и находящимся на другом конце света.

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

Это один из экспериментов, когда роботу удалось пойти автономно.

This is CB1 fulfilling its dream in Japan

Робот CB1 осуществляет свою мечту в Японии,

under the control of the brain activity of a primate.

находясь под управлением мозга примата.

So where are we taking all this?

К чему нас всё это?

What are we going to do with all this research,

Для чего нам все эти исследования,

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

помимо самоцели изучить свойства этой динамичной вселенной, что у нас между ушей?

Well the idea is to take all this knowledge and technology

С помощью накопленных знаний и технологий

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

мы хотим решить одну из самых сложных неврологических проблем на сегодняшний день.

Millions of people have lost the ability to translate these brainstorms

Миллионы людей утратили способность расшифровывать мозговые сигналы

into action, into movement.

в приказы к действию, к движению.

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

Их мозг продолжает порождать сигналы и отдавать приказы двигаться,

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

но они не могут преодолеть преграду, возникшую при повреждении спинного мозга.

So our idea is to create a bypass,

Мы хотим создать обходной путь,

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

использовать интерфейс взаимодействия между компьютером и мозгом для чтения мозговых сигналов,

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

масштабных мозговых бурь, в которых зашифровано желание двигаться,

bypass the lesion using computational microengineering

чтобы обойти поражённые ткани с помощью компьютерной микроинженерии

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

и передать их новому телу — экзоскелету,

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

роботизированному костюму, который станет новым телом для таких людей.

And you can see an image produced by this consortium.

На экране схема проекта «Пойти снова».

This is a nonprofit consortium called the Walk Again Project

Некоммерческое объединение «Walk Again Project» [англ. «Пойти снова»],

that is putting together scientists from Europe,

в которое входят учёные из Европы,

from here in the United States, and in Brazil

США и Бразилии,

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

работает над тем, чтобы создать такое новое тело.

a body that we believe, through the same plastic mechanisms

Тело, которое, по нашему мнению, с помощью таких же пластиковых механизмов,

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

что позволяют Авроре и другим обезьянам использовать инструменты через интерфейс взаимодействия между компьютером и мозгом,

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

позволяет нам приспосабливаться к инструментам, которые мы создаём и используем в повседневной жизни...

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

Мы надеемся, что этот же механизм позволит людям

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

не просто думать о движениях, которые они хотели бы совершить,

and translate them into movements of this new body,

и расшифровывать сигналы мозга в движения нового тела,

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

но и воспринять такое тело как новое, управляемое мозгом.

So I was told about 10 years ago

Десять лет назад мне говорили,

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

что это никогда не произойдёт, что это невозможно.

And I can only tell you that as a scientist,

Но как учёный я могу ответить только одно.

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

Я вырос в южной части Бразилии.

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

В середине 60-ых годов я смотрел как сумасшедшие ребята говорили о том, как они полетят на Луну.

And I was five years old,

Мне было 5 лет,

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

и я не понимал, почему НАСА не наняли капитана Кёрка и Спока для выполнения этой миссии —

after all, they were very proficient --

они же эксперты в этом деле.

but just seeing that as a kid

Однако только увидев это, ещё будучи ребёнком, я понял кое-что.

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

Как говорила моя бабушка:

that "impossible is just the possible

«Невозможное — это возможное,

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

просто никто ещё не потрудился достаточно, чтобы оно сбылось».

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

Мне говорили, что невозможно сделать так, чтобы человек снова пошёл.

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

Думаю, я последую совету моей бабушки.

Thank you.

Спасибо за внимание.

(Applause)

(Аплодисменты)