Ben MIT'de öğretim üyesiyim,
ama bina veya bilgisayar sistemleri değil,
vücut parçaları üretiyorum;
insanların yürümesini ve koşmasını sağlayan biyonik bacaklar.
1982 yılında bir dağcılık kazası geçirdim,
donmaya bağlı doku hasarı nedeniyle iki bacağımın da kesilmesi gerekti.
Bacaklarımı görebilirsiniz:
24 sensor, altı mikro-işlemci ve tendon kası benzeri çalıştırıcısı var.
Temel olarak dizden aşağı bir dizi cıvatadan oluşuyorum.
Ancak bu ileri biyonik teknolojiyle
zıplıyor, dans edebiliyor ve koşabiliyorum.
(Alkışlar)
Teşekkürler.
(Alkışlar)
Ben biyonik bir insanım ama henüz siborg değilim.
Bacaklarımı oynatmayı düşündüğümde
merkezi sinir sisteminden sinirsel sinyaller
sinirlerim içinden geçerek
bacaklarımın kalan kısmındaki kasları aktive ediyor.
Yapay elektrotlar bu sinyalleri algılıyor
ve biyonik bacak içindeki küçük bilgisayarlar
sinirsel sinyalleri istenen hareketlere dönüştürüyor.
Kısacası,
hareket etmeyi düşündüğümde
bu komut, vücudumun sentetik kısmına iletiliyor.
Fakat bu bilgisayarlar sinir sistemime bilgi aktarımı yapamıyor.
Sentetik bacaklarıma dokunduğumda veya hareket ettirdiğimde
normal dokunma ve hareket hisleri duymuyorum.
Siborg olsaydım ve sinir sistemime bilgi aktarımı yapan
küçük bilgisayarlar aracılığıyla bacaklarımı hissetseydim,
sentetik vücudumla olan ilişkim
temel olarak değişirdi diye düşünüyorum.
Bugün bacaklarımı hissetmiyorum,
bu yüzden de
bacaklarım, aklım ve vücudumdan ayrı aletler durumunda.
Benim parçam değiller.
Siborg olup bacaklarımı hissedebilsem
bacaklar benim bir parçam olurdu.
MIT'de Nöro Kapsamlı Tasarım üzerinde çalışıyoruz.
Bu tasarım sürecinde,
tasarımcı insan et ve kemiğini tasarlıyor, biyolojik vücudun kendisini,
buna sinir sistemi ve teknoloji arasındaki
biyodirektif iletişimi sağlayacak sentetik tasarım ekleniyor.
Nöro Kapsamlı Tasarım siborg fonksiyonu sağlayan bir metodoloji.
Bu tasarım sürecinde tasarımcılar,
zihin ve bedenlerimizden ayrı ve cansız araçlara
teknolojinin taviz vermediği bir gelecek öngörüyorlar,
teknolojinin doğamızla dikkatlice iç içe geçtiği bir gelecek.
Bu gelecekte,
neyin biyolojik olup olmadığı,
neyin insana özgü olup olmadığı,
neyin doğal olup olmadığı
sonsuza dek soru işareti olarak kalacak.
Bu gelecek insanoğluna yeni bedenler sağlayacak.
Nöro Kapsamlı Tasarım sinir sistemimizi
sentetik dünyaya taşıyacak,
sentetik dünya da bunu bize getirerek
olduğumuz kişiyi tamamen değiştirecek.
Biyolojik bedenin teknoloji dünyasıyla
daha iyi iletişim kurması için
insanoğlu engellilik durumuna 21. yüzyılda nokta koymuş olacak
ve insan güçlendirilmesine yönelik
bilimsel ve teknolojik temelleri atmış olacak,
insan yetilerini doğuştan fizyolojik düzeylerin ötesinde
bilişsel, duygusal ve fiziksel açıdan genişletecek.
Biyomoleküler açıdan doku ve organlara kadar
yeni bedenler yapıp ölçeklendirmenin pek çok yolu var.
Bugün Nöro Kapsamlı Tasarım'ın bir alanı üzerinde konuşmak istiyorum,
bu alanda vücudun dokuları cerrahi ve rejeneratif süreçlerle
manipüle ediliyor ve yontuluyor.
Mevcut ampütasyon paradigması
ABD Sivil Savaşı'ndan bu yana temel olarak hiç değişmedi
ve uyarıcılar, kontrol sistemleri ve nöro etkişelim teknolojileri gibi
büyük ilerlemeler ışığında eski bir hâl aldı.
Kontrol ve propriosepsiyon için
dinamik kas etkileşimlerine yönelik çok büyük bir eksik vardı.
Peki propriyosepsiyon nedir?
Bileğinizi büktüğünüzde bacağınızın önündeki kaslar kasılır,
aynı anda bacağınızın arkasındaki kaslar da esner.
Bileğinizi öne doğru uzattığınızda bunun tersi olur.
Burada, bacağınızın arkasındaki kaslar kasılıyor,
ön taraftaki kaslar da esniyor.
Bu kaslar kasılıp esnediğinde
kas tendonları içindeki biyolojik sensörler
sinirler aracılığıyla beyne bilgi aktarımı yapar.
Bu sayede, görmeden de
ayaklarımızın nerede olduğunu hissedebiliyoruz.
Mevcut ampütasyon paradigması bu dinamik kas ilişkilerini yok ediyor,
bu şekilde normal propriyoseptif hisleri de ortadan kaldırmış oluyor.
Sonuç olarak standart yapay bir uzuv,
protezin boşluğun neresinde olduğu hakkında
sinir sitemine geri bildirim yapamıyor.
Bu yüzden de hastalar,
protez eklemin pozisyon ve hareketlerini
görmeden hissedemiyorlar.
Bacaklarım Sivil Savaş zamanından kalan bu metodolojiyle ampüte edildi.
Şu an ayaklarımı hissedebiliyorum
ama hayali bir farkındalıkla.
Oynatmaya çalıştığımda hissedemiyorum.
Kaskatı kayak botlarının içinde sıkışmış gibi bir his.
Bu sorunları çözmek için
MIT'de agonist karşı etkili miyonöral arayüzü geliştirdik,
kısaca AMI.
AMI, uzvun kalan kısmındaki sinirleri
harici, biyonik bir proteze bağlama yöntemi.
Peki AMI nasıl tasarlanıyor ve nasıl işe yarıyor?
AMI cerrahi olarak birbirine bağlanmış iki kastan meydana geliyor,
karşıt etkili kasa bağlı bir agoniste.
Elektrikli aktivasyon sonucu agonist kasıldığında
karşıt etkili kas da esniyor.
Bu kas dinamiği etkileşimi
kas tendonu içindeki biyolojik sensörlerin
sinir yoluyla merkezi sinir sistemine bilgi aktarımı yapıyor,
tendon uzunluğu, hızı ve gücü hakkında bildirim yapıyor.
Kas tendon propriyosepsiuonu bu şekilde çalışıyor
ve biz insanlar için önceliği
uzuvlarımızdaki konum, hareket ve baskıyı hissedip algılayabilmeleri.
Bir uzuv ampüte edildiğinde
cerrah AMI yaratmak amacıyla
uzvun kalan kısmındaki bu zıt uçları birbirine bağlıyor.
Birden çok protez eklemin kontrol ve hissi için
birden fazla AMI yapılandırılabilir.
Sonra her bir AMI kası üzerine yapay elektrodlar yerleştiriliyor
ve biyonik uzuvdaki küçük bilgisayarlar bu sinyalleri dekode ederek
biyonik uzuvdaki güçlü motorların kontrolünü sağlıyor.
Biyonik uzuv hareket ettiğinde
AMI kasları öne arkaya hareket ediyor,
sinirlerden beyne sinyal gönderiyor,
protez sahibinin doğal bir şekilde
konum ve hareket algısı olmasını sağlıyor.
Peki bu doku tasarımı ilkeleri insanda gerçekten kullanılabilir mi?
Birkaç yıl önce, 34 yaşındaki arkadaşım Jim Ewing
benden yardım istedi.
Çok kötü bir dağcılık kazası geçirmişti.
Cayman Adaları'nda halatı onu tutamayınca
15 metre yükseklikten düşmüştü.
Çok yaralanmıştı:
Akciğerlerde hasar ve çok fazla kırık.
Kazadan sonra seçtiği spor dalına geri dönmeyi hayal ediyordu;
dağcılık.
Nasıl mümkün olabilirdi?
Cevap Siborg ekibinde saklı,
cerrah, bilim insanı ve mühendislerden oluşan bir ekip
eski tırmanma gücünü kazandıracak şekilde MIT'de onu baştan yarattı.
Ekip üyesi Dr. Matthew Carty Boston'da Brigham Hastanesi'nde
AMI cerrahi işlemini kullanarak
Jim'in aşırı hasarlı bacağını ampüte etti.
Tendon çekicileri yaratıldı ve Jim'in tibia kemiğine iliştirilerek
zıt etkili kaslara yeniden bağlandı.
AMI süreci Jim'in bilek kasları ve beyni arasında
nöral bir bağlantı görevi gördü.
Jim hayali bacağını oynattığında
yeniden bağlanan kaslar dinamik çiftler olarak hareket ediyor,
propriyosepsiyon sinyalleri sinirlerden beyne iletiliyor
ve Jim doğal bir şekilde ayak ve bilek pozisyon ve hareketlerini hissediyor,
gözleri bağlı olsa dahi.
Jim ameliyatları sonrası MIT laboratuvarında.
Jim'in AMI kaslarını elektrodlar aracılığıyla
biyonik bacağa bağladık
ve Jim hızlı bir şekilde biyonik bacağını
dört ayak ve bilek yönünde oynatmayı öğrendi.
Sonuçlar zaten bizi sevindirmişti, Jim ayağa kalktığında ise
gördüklerimiz inanılmazdı.
Merkezi sinir sisteminin düzenlediği tüm doğal biyomekanikler
istemsiz, refleksif hareketler olarak
sentetik bacakla birleşmişti.
Merdiven etkisine ilişkin tüm ayak konum detayları...
(Alkışlar)
gözlerimizin önünde ortaya çıktı.
Jim burada merdivenlerden iniyor,
biyonik ayak parmağı bir sonraki basamağa doğru yöneliyor,
kendisi bacağını oynatmaya çalışmadan
bu doğal hareketler otomatik ortaya çıkıyor.
Çünkü Jim'in merkezi sinir sistemi propriyoseptif sinyalleri alıyor,
sentetik bacağı doğal bir şekilde nasıl kontrol edeceğini tam biliyor.
Jim, sentetik bacak onun parçasıymış gibi hareket ediyor ve işlerini görüyor.
Örneğin bir gün laboratuvarda,
yanlışlıkla izolasyon bantlarının üzerine bastı.
Ayakkabınıza bir şey takıldığında ne yaparsınız?
Bu şekilde eğilmezsiniz; biraz tuhaf kaçar.
Ayağınızı sallarsınız,
bacağa sinirsel yolla bağlandıktan birkaç saat sonra
Jim de aynen böyle yaptı.
En çok dikkatimi çeken şey,
Jim'in deneyimini bize anlatması oldu.
''Robot, benim bir parçam oldu.'' dedi.
Jim Ewing: Robota bağlandıktan sonraki ilk sabah
kızım yanıma geldi ve siborg olmanın nasıl bir duygu olduğunu sordu,
siborg gibi hissetmediğimi söyledim.
Bacağım yerindeymiş gibi hissediyordum
ve sanki ben robota bağlı değilim de
robot bana bağlı gibi
ve robot benim bir parçam oldu.
Robot hızlı bir şekilde bacağım oldu.
Hugh Herr: Teşekkürler.
(Alkışlar)
Jim'in sinir sistemini iki yönlü olarak
sentetik bacağa bağlarken
nörolojik kapsama başarıya ulaştı.
Jim artık sentetik bacağını düşünebiliyor ve hareket ettirebiliyor
ve bu hareketleri sinir sisteminde hissedebiliyor diye
protezin ayrı bir araç olmadığı,
Jim'in vücudunun entegre bir parçası olduğu hipotezine vardım.
Bu nörolojik kapsama sayesinde Jim siborg gibi hissetmiyordu.
Bacağı yerine gelmiş gibi hissediyordu,
vücuduna yeniden kavuşmuş gibi.
Bana sık sık soruluyor;
sinirsel yolla sentetik uzuvlarıma ne zaman iki yönlü bağlanacağım?
Ne zaman siborg olacağım?
Aslına bakarsanız ben siborg olma konusunda emin değilim.
Çünkü bacaklarım ampüte edilmeden önce korkunç bir öğrenciydim.
Sürekli kötü notlar alıyordum.
Sonra bacaklarım ampüte edildi,
birden MIT akademisyeni oldum.
(Kahkahalar)
(Alkışlar)
Korkarım sinirsel olarak bacaklarıma yeniden bağlanınca
beynim o çok da çalışkan olmayan hâline geri dönecek.
(Kahkahalar)
Aslında sorun olmaz, çünkü MIT'de kadroluyum zaten.
(Kahkahalar)
(Alkışlar)
Ben öyle düşünüyorum ki Nöro Kapsamlı Tasarım
uzuvların yerine geçmekle kalmayacak,
bizi insanoğlunun potansiyelini yeniden tanımlayacak
yepyeni bir yere taşıyacak.
21. yüzyılda,
tasarımcılar sinir sisteminin kapsamını
zihnimizle kontrol edip hissedebileceğimiz çok güçlü dış iskeletlere taşıyacaklar.
Vücut kasları, güçlü motor kontrolü için
yeniden yapılandırılabilir
ve dış iskelet hareketleri hissedilebilir, algılanabilir,
bu da insan gücünü, zıplama yüksekliğini, koşma hızını çok yukarı taşır.
21. yüzyılda insanların süper kahramanlara dönüşeceğine inanıyorum.
Buna ek olarak insanlar,
vücutlarına kanat gibi antropomorfik olmayan yapılar ekleyebilir,
kanat hareketini sinir sisteminde hissedip kontrol edebilirler.
Leonardo da Vinci şöyle demişti, ''Bir kez uçma hissini tattığınızda
toprakta her zaman gözleriniz yukarı bakarak yürürsünüz,
çünkü bir kez yukarı çıktınız ve hep oraya dönmek isteyeceksiniz.''
Bu yüzyılın sonlarına doğru,
insanlar morfolojik ve dinamik açıdan
bugüne kıyasla tanınamaz hâle gelecekler.
İnsanoğlu yükselecek.
Jim Ewing yüksekten düştü ve ciddi şekilde yaralandı
ama gözleri yüksekteydi, dönmek istediği yerde.
Kazadan sonra yalnızca yeniden yürümeyi değil,
seçtiği spor dalı olan dağcılığa da geri dönmeyi hayal etti.
MIT'de Siborg Ekibi, bu dikey dünya için Jim'e özel bir bacak geliştirdi,
tam pozisyon ve hareket hissi sağlayan beyinle kontrol edilen bir bacak.
Bu teknolojiyi kullanarak Jim, Cayman Adaları'na geri döndü,
kazanın olduğu yere,
siborg olarak yukarı doğru tekrar tırmanmaya başladı.
(Dalga sesleri)
(Alkışlar)
Teşekkürler.
(Alkışlar)
Hanımlar ve beyler, Jim Ewing, ilk siborg dağ tırmanışçısı.
(Alkışlar)