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)