Wie wir Cyborgs werden und das menschliche Potential ausweiten

Schon bald werden Menschen neuartige Körper haben, die die Grenze zwischen der natürlichen und der synthetischen Welt verwischen, sagt der Bionik-Designer Hugh Herr. In einem unvergesslichen Vortrag erläutert er "NeuroEmbodied Design", eine von ihm am MIT entwickelte Methode zur Schaffung von Cyborg-Funktionalität. Und er zeigt uns eine Zukunft, in der wir unsere Körper so ergänzt haben werden, dass das menschliche Potenzial neu bestimmt wird -- und wir vielleicht sogar zu Superhelden werden. "Gegen Ende dieses Jahrhunderts werden Menschen hinsichtlich Morphologie und Dynamik nicht mehr vergleichbar sein mit heutigen Menschen", glaubt Herr. "Die Menschheit wird fliegen und sich in die Höhe schwingen".

Ich bin ein MIT-Professor,

aber ich entwerfe keine Gebäude
oder Computersysteme.

Ich baue Körperteile,

bionische Beine, die das Gehen
und Laufen unterstützen.

1982 hatte ich einen Bergsteigerunfall

und beide Beine mussten aufgrund
von Erfrierungen amputiert werden.

Hier sieht man meine Beine:

24 Sensoren, sechs Mikroprozessoren
und muskelsehnenartige Aktuatoren.

Ich bin im Grunde vom Knie abwärts
ein Haufen Schrauben und Muttern.

Aber mit dieser fortschrittlichen
bionischen Technologie

kann ich springen, tanzen und rennen.

(Beifall)

Vielen Dank.

(Beifall)

Ich bin ein bionischer Mann,
aber noch kein Cyborg.

Wenn ich daran denke,
meine Beine zu bewegen,

laufen von meinem Zentralnervensystem
neurale Signale durch meine Nerven

und aktivieren Muskeln
in meinen Restgliedmaßen.

Künstliche Elektroden spüren diese Signale

und kleine Computer im bionischen Bein

übersetzen meine Nervenimpulse
in meine beabsichtigten Bewegungen.

Einfach gesagt,

wenn ich über das Bewegen nachdenke,

wird der Befehl dem synthetischen Teil
meines Körpers mitgeteilt.

Jedoch können diese Computer keine Signale
in mein Nervensystem einspeisen.

Berühre und bewege ich
meine künstlichen Gliedmaßen,

erlebe ich keine normalen Berührungs-
und Bewegungsempfindungen.

Wäre ich ein Cyborg und könnte
meine Beine über kleine Computer fühlen,

die Informationen
in mein Nervensystem einspeisen,

würde sich meine Beziehung

zu meinem synthetischen Körper
grundlegend verändern.

Heute kann ich meine Beine nicht fühlen,

und deshalb sind meine Beine

von meinem Verstand und meinem Körper
getrennte Werkzeuge.

Sie sind kein Teil von mir.

Wäre ich ein Cyborg
und könnte meine Beine fühlen,

würden sie ein Teil von mir,
Teil meines Selbst, werden.

Am MIT entwickeln wir
NeuroEmbodied Design.

In diesem Design-Prozess
entwirft der Designer

zusammen mit synthetischen Teilen

menschliches Fleisch und Knochen,
den biologischen Körper selbst,

um die bidirektionale Kommunikation
zwischen dem Nervensystem

und der gebauten Umwelt zu verbessern.

NeuroEmbodied Design ist eine Methodik
zum Erzeugen von Cyborg-Funktionalität.

Im Entwurfsprozess denken Designer
über eine Zukunft nach,

in der die Technologie nicht länger

aus unabhängigen, leblosen Werkzeugen
unseres Geistes und Körpers besteht,

über eine Zukunft,

in der Technologie sorgfältig
in unsere Natur integriert wurde.

Eine Welt,

in der Biologisches und Abiologisches,
Menschliches und Nicht-Menschliches,

Natur und Künstliches
für immer verwischt sein werden.

Diese Zukunft wird der Menschheit
neue Körper bieten.

NeuroEmbodied Design
wird unser Nervensystem

und die synthetische Welt
miteinander verzahnen

und so im Grunde ändern, wer wir sind.

Durch Gestalten des biologischen Körpers

zur besseren Kommunikation
mit der errichteten Entwurfswelt

wird die Menschheit die Behinderung
im 21. Jahrhundert beenden,

die wissenschaftlichen
und technologischen Grundlagen

für die menschliche Augmentation schaffen

und die menschlichen Fähigkeiten
über die angeborene Physiologie hinaus

kognitiv, emotional
und physisch erweitern.

Es gibt viele Möglichkeiten,
neue Körper aufzubauen,

von molekularer bis hin
zur Gewebs- und Organebene.

Heute möchte ich über einen Bereich
von NeuroEmbodied Design sprechen,

bei dem mittels chirurgischer
und regenerativer Prozessen

das Gewebe des Körpers
beeinflusst und geformt wird.

Seit dem US-amerikanischen Bürgerkrieg

hat sich das jetzige Amputationsparadigma
nicht grundlegend geändert

und angesichts dramatischer Fortschritte
bei Aktuatoren, Steuerungssystemen

und neuralen Verbindungstechnologien
ist es obsolet geworden.

Ein Hauptmangel ist das Fehlen
dynamischer Muskelinteraktionen

zur Steuerung und Propriozeption.

Was ist Propriozeption?

Wenn Sie Ihren Knöchel beugen,
kontrahieren die Muskeln am Schienbein

und dehnen gleichzeitig
die Muskeln Ihrer Wade.

Das Gegenteil passiert,
wenn Sie Ihren Knöchel strecken.

Dann kontrahieren die Muskeln in der Wade
und strecken sich Muskeln vorne.

Wenn Muskeln sich beugen und strecken,

senden biologische Sensoren im Muskel

Informationen durch die Nerven zum Gehirn.

So können wir fühlen, wo unsere Füße sind,

ohne sie mit unseren Augen zu sehen.

Das aktuelle Amputationsparadigma ruiniert
diese dynamischen Muskelbeziehungen

und eliminiert dabei normale
propriozeptive Empfindungen.

Folglich kann eine Standardprothese

keine Informationen darüber
in das Nervensystem rückkoppeln,

wo sich die Prothese im Raum befindet.

Der Patient kann daher die Positionen
und Bewegungen der Prothese

nicht wahrnehmen und fühlen,
ohne sie zu sehen.

Meine Beine wurden mit dieser Methode
aus der Bürgerkriegsära amputiert.

Ich kann meine Füße fühlen,

ich kann sie genau jetzt
als Phantomempfindung spüren.

Aber will ich sie bewegen, geht das nicht.

Es fühlt sich an, als steckten sie
in starren Skistiefeln.

Um diese Probleme zu lösen,
erfanden wir am MIT

das "agonist-antagonist
myoneural Interface" (AMI).

Die AMI-Methode verbindet
im verbliebenen Gliedmaß

Nerven mit einer externen,
bionischen Prothese.

Wie ist das AMI gestaltet
und wie funktioniert es?

Das AMI besteht aus zwei Muskeln,

einem Agonisten und einem Antagonisten,
die operativ verbunden sind.

Kontrahiert sich der Agonist
nach elektrischer Aktivierung,

dehnt sich der Antagonist.

Die muskeldynamische Interaktion bewirkt,

dass biologische Sensoren im Muskel

Informationen zur Länge der Muskelsehne,
zur Geschwindigkeit und Kraft des Muskels

an das zentrale Nervensystem senden,

So funktioniert die Propriozeption
der Muskelsehnen.

Es ist die primäre Art,
wie wir als Menschen

Positionen, Bewegungen und Kräfte
auf unseren Gliedmaßen fühlen können.

Wenn ein Bein amputiert wird,

verbindet der Chirurg
diese gegenüberliegenden Muskeln,

um ein AMI zu erzeugen.

Für die Steuerung und das Empfinden
von mehrteiligen Gelenkprothesen

können mannigfache AMI-Gebilde
geschaffen werden.

Künstliche Elektroden werden dann
auf jedem AMI-Muskel platziert

und kleine Computer im bionischen Teil
entschlüsseln diese Signale,

um an der bionischen Extremität
starke Motoren zu steuern.

Wenn sich das bionische Bein bewegt,

bewegen sich die AMI-Muskeln hin und her

und senden Signale an das Gehirn,

wodurch die Person mit der Prothese

natürliche Empfindungen von Positionen
und Bewegungen der Prothese erfährt.

Können diese Prinzipien des Gewebedesigns
bei einem Menschen eingesetzt werden?

Vor ein paar Jahren hat mich
mein guter, 34-jähriger Freund Jim Ewing

um Hilfe gebeten.

Jim hatte einen furchtbaren Kletterunfall.

Er ist auf den Cayman Islands
15 Meter tief gefallen,

als sein Seil ihn nicht halten konnte
und er auf dem Boden aufschlug.

Er erlitt sehr viele Verletzungen:

Punktierte Lunge und viele Knochenbrüche.

Nach seinem Unfall träumte er davon,
wieder Bergsteigen zu können.

Aber wie könnte das möglich sein?

Die Antwort war Team Cyborg,

ein Team von Chirurgen,
Wissenschaftlern und Ingenieuren,

die am MIT versammelt wurden,
um Jim wieder das Klettern zu ermöglichen.

Teammitglied Dr. Matthew Carty
amputierte Jims schwer beschädigtes Bein

mit dem AMI-Chirurgie-Verfahren
am Brigham and Women's Hospital in Boston.

Ringbänder wurden erstellt
und an Jims Schienbein befestigt,

um die gegenüberliegenden Muskeln
wieder zu verbinden.

Das AMI-Verfahren
stellte die neurale Verbindung

zwischen Jims Knöchel-Fuß-Muskeln
und seinem Gehirn wieder her.

Wenn Jim sein Phantombein bewegt,

bewegen sich die so verbundenen Muskeln
in dynamischen Paaren

und erzeugen Signale der Propriozeption,
die über die Nerven zum Gehirn gelangen.

Und so erlebt Jim normale Empfindungen
von Knöchel-Fuß-Positionen und Bewegungen,

selbst mit verbundenen Augen.

Nach seinen Operationen
ist Jim hier im MIT-Labor.

Über die Elektroden verknüpften wir
Jims AMI-Muskeln elektrisch

mit einem bionischen Bein,

und Jim lernte schnell,
wie man das bionische Bein

in vier verschiedenen Knöchel-Fuß-
Bewegungsrichtungen bewegt.

Wir waren schon davon begeistert,
aber dann stand Jim auf,

und was geschah,
war wirklich bemerkenswert.

Alle natürlichen Biomechaniken,
die vom zentralen Nervensystem kommen,

ergaben sich über die Prothese
als unwillkürliche, reflexive Handlung.

Alle Feinheiten der Fußplatzierung
während des Treppenaufgangs --

(Beifall)

erschienen vor unseren Augen.

Hier geht Jim Stufen hinunter,

greift mit seinem bionischen Zeh
zur nächsten Stufe

und zeigt ganz automatisch
natürliche Bewegungen,

ohne dass er versucht,
seine Gliedmaßen zu bewegen.

Weil Jims Zentralnervensystem
die propriozeptiven Signale empfängt,

kann es das synthetische Bein
auf natürliche Weise genau kontrollieren.

Jetzt bewegt sich Jim und benimmt sich,
als wäre die Prothese ein Teil von ihm.

Zum Beispiel trat er eines Tages

im Labor versehentlich
auf eine Rolle Isolierband.

Was tun Sie, wenn etwas
an Ihrem Schuh klebt?

Man bückt sich nicht runter;
das ist viel zu unbequem.

Stattdessen schüttelt man es ab,

und genau das tat Jim,

nachdem er erst seit ein paar Stunden
neural mit dem Bein verbunden war.

Am interessantesten war für mich,

als Jim uns erzählte, was er empfand.

Er sagte: "Der Roboter
wurde ein Teil von mir."

Jim Ewing: Am Morgen nach dem ersten Mal,
als ich am Roboter angeschlossen war,

kam meine Tochter runter und fragte mich,
wie es sich anfühlte, ein Cyborg zu sein,

und meine Antwort war,
dass ich mich nicht wie ein Cyborg fühlte.

Es war, als hätte ich mein Bein,

und ich war nicht so sehr
an den Roboter angeschlossen,

wie der Roboter an mich,

und der Roboter wurde ein Teil von mir.

Er wurde ziemlich schnell mein Bein.

Hugh Herr: Danke.

(Beifall)

Indem wir Jims Nervensystem bidirektional
mit seinem künstlichen Bein verbanden,

bewirkte es eine
neurologische Verkörperlichung.

Vermutlich weil Jim sein künstliches Bein
mitdenken und bewegen kann

und weil er diese Bewegungen
in seinem Nervensystem fühlen kann,

ist die Prothese nicht mehr
ein gesondertes Hilfsmittel,

sondern ein integraler Bestandteil
von Jim und seinem Körper.

Wegen der neurologischen Verkörperlichung
fühlt sich Jim nicht wie ein Cyborg.

Er fühlt sich, als hätte er
sein Bein zurück,

als hätte er seinen Körper zurück.

Jetzt werde ich oft gefragt,

wann ich mich mit meinen Prothesen
neural bidirektional verbinden lasse,

wann ich ein Cyborg werden will.

Die Wahrheit ist, ich zögere,
ein Cyborg zu werden.

Bevor meine Beine amputiert wurden,
war ich ein schrecklicher Schüler.

Ich bekam in der Schule
Fünfen und oft Sechsen.

Nachdem meine Glieder amputiert wurden,

wurde ich plötzlich ein MIT-Professor.

(Lachen)

(Beifall)

Ich befürchte, sobald ich wieder
neural mit meinen Beinen verbunden bin,

wird mein Gehirn wieder zu seinem
nicht so hellen Selbst zurückkehren.

(Lachen)

Aber wissen Sie, das ist okay,
denn ich bin am MIT schon fest angestellt.

(Lachen)

(Beifall)

Ich glaube, die Reichweite
von NeuroEmbodied Design

wird weit über den Ersatz
von Gliedmaßen hinausreichen

und die Menschheit
in Bereiche führen,

die das menschliche Potenzial
grundlegend neu definieren.

In diesem 21. Jahrhundert

werden Designer das Nervensystem
mit kraftvollen Exoskeletten verbinden,

die der Mensch mit seinen Gedanken
steuern und fühlen kann.

Die Muskeln im Körper
können umgestaltet werden,

um starke Motoren zu steuern,

exoskeletale Bewegungen zu fühlen,

und die menschliche Stärke, Sprunghöhe
und Laufgeschwindigkeit zu erhöhen.

In diesem 21. Jahrhundert
werden Menschen zu Superhelden.

Menschen können ihre Körper auch
um nicht-anthropomorphe Strukturen

wie z. B. Flügel erweitern

und jede Flügelbewegung
im Nervensystem fühlen.

Leonardo da Vinci sagte:
"Wenn du das Fliegen einmal erlebt hast,

wirst du für immer auf Erden wandeln,
mit deinen Augen himmelwärts gerichtet,

denn dort bist du gewesen und dort
wird es dich immer wieder hinziehen."

Gegen Ende dieses Jahrhunderts,

sind Menschen in Morphologie und Dynamik,
verglichen mit dem, wie wir heute sind,

nicht wiederzuerkennen.

Die Menschheit wird fliegen
und sich in die Höhe schwingen.

Jim Ewing fiel auf die Erde
und war schwer verletzt,

aber seine Augen wanderten zum Himmel,
wo er sich immer hinsehnte.

Nach seinem Unfall träumte er nicht nur,
wieder gehen zu können,

sondern auch davon, zu seinem
geliebten Bergsteigen zurückzukehren.

Am MIT baute Team Cyborg
Jim ein Bein für die vertikale Welt,

ein hirngesteuertes mit vollen Positions-
und Bewegungsempfindungen.

Mit dieser Technologie

kehrte Jim zu den Cayman Islands,
dem Ort seines Unfalls, zurück,

um als ein wiedererbauter Cyborg
erneut in den Himmel zu klettern.

(Brechende Wellen)

(Beifall)

Vielen Dank.

(Beifall)

Meine Damen und Herren, Jim Ewing,
der erste Cyborg-Bergsteiger.

(Beifall)