Am 12. Juni 2014, um genau 15:33 Uhr,
an einem milden Winternachmittag in São Paulo, Brasilien,
einem typischen südamerikanischen Winternachmittag,
hat dieser junge Mann,
der hier feiert, als hätte er ein Tor geschossen --
Juliano Pinto, 29 Jahre alt -- eine großartige Tat vollbracht.
Er ist gelähmt und hat von der Mitte seines Oberkörpers abwärts kein Gefühl --
vor 6 Jahren hatte er einen Autounfall, bei dem sein Bruder ums Leben kam,
und Juliano ist seitdem wegen einer Verletzung am Rückenmark
an den Rollstuhl gefesselt --
aber Juliano zeigte sich der Situation gewachsen.
Er vollbrachte an jenem Tag etwas, das keiner für möglich gehalten hätte,
der ihn in den 6 Jahren gesehen hatte.
Juliano Pinto machte den Anstoß
zur Fußballweltmeisterschaft 2014 in Brasilien
nur mit seinen Gedanken.
Er konnte seinen Körper nicht bewegen,
aber er konnte sich die Bewegung vorstellen, einen Ball zu spielen.
Vor der Verletzung war er Sportler. Jetzt ist er ein Para-Athlet.
Ich hoffe, er wird in ein paar Jahren an den Paralympischen Spielen teilnehmen.
Die Rückenmarksverletzung konnte Juliano jedoch nicht
seiner Fähigkeit zu träumen berauben.
An jenem Nachmittag träumte er für ein Stadion mit etwa 75 000 Menschen
und ein Fernsehpublikum von nahezu einer Milliarde.
Dieser Anstoß krönte 30 Jahre Grundlagenforschung am Gehirn,
diesem erstaunlichen Universum zwischen unseren Ohren,
das nur mit dem Universum über unseren Köpfen vergleichbar ist,
weil es etwa 100 Milliarden Elemente besitzt,
die durch elektrische Gehirnströme zueinander sprechen.
Julianos Erfolg erforderte 30 Jahre Entwicklungsarbeit in den Laboren
und etwa 15 Jahre Planung.
Als John Chapin und ich vor 15 Jahren in einem Artikel unseren Plan vorstellten,
eine Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine zu bauen --
also ein Gehirn mit Geräten zu verbinden,
damit Tiere und Menschen diese Geräte bewegen können,
egal wie weit sie vom eigenen Körpern weg sind,
einfach indem sie sich vorstellen, was sie tun wollen --
da haben unsere Kollegen gesagt, dass wir professionelle Hilfe bräuchten,
und zwar der psychiatrischen Art.
Trotzdem haben ein Schotte und ein Brasilianer durchgehalten,
denn so sind wir in unseren jeweiligen Ländern erzogen worden.
12, 15 Jahre lang führten wir
eine Vorführung nach der anderen durch
und wiesen darauf hin, dass es möglich war.
Eine Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine ist keine Zauberei,
es ist einfach Gehirnforschung.
Sensoren messen die elektrischen Signale, die das Gehirn produziert,
um die motorischen Befehle zu erzeugen, die dann ins Rückenmark geladen werden.
Wir haben Sensoren entworfen,
die Hunderte und Tausende dieser Gehirnzellen gleichzeitig lesen können.
Von diesen elektrischen Signalen wird die motorische Planung entnommen,
die das Gehirn erzeugt, bevor wir uns tatsächlich im Raum bewegen.
Dann wandelten wir diese Signale in digitale Signale um,
die mechanische, elektronische oder virtuelle Geräte verstehen können.
Die Versuchsperson kann sich vorstellen, was er, sie oder es bewegen möchte
und das Gerät folgt dem Befehl des Gehirns.
Indem wir diese Geräte mit vielen verschiedenen Sensoren ausstatteten,
was ich gleich zeigen werde,
sendeten wir sogar Botschaften zurück zum Gehirn, die bestätigten,
dass dieser motorische Wille ausgeführt wurde, egal wo --
neben der Testperson, im nächsten Raum, oder auf der anderen Seite des Planeten.
Diese Botschaft gibt eine Rückmeldung an das Gehirn
und das Gehirn hat sein Ziel erreicht: uns zu bewegen.
Dieses Experiment haben wir vor ein paar Jahren veröffentlicht.
Ohne seinen Körper zu bewegen,
lernte ein Affe, die Bewegung eines Avatar-Armes zu steuern --
ein virtueller Arm, der nicht existiert.
Hier hört man die Geräusche des Affengehirns,
während es drei optisch gleiche Kugeln im virtuellen Raum erforscht.
Um einen begehrten Tropfen Orangensaft als Belohnung zu erhalten,
muss dieses Tier eines der Objekte auswählen und berühren.
Nicht nur sehen, sondern berühren.
Jedes Mal, wenn diese virtuelle Hand eines der Objekte berührt,
wird ein elektrischer Impuls zum Gehirn des Tieres gesendet,
der die Oberflächenstruktur des Objektes beschreibt.
Damit kann das Tier beurteilen, welches Objekt es greifen muss.
Wenn es das tut, bekommt es eine Belohnung, ohne einen Muskel zu bewegen.
Das perfekte brasilianische Essen:
Keinen Muskel bewegen und seinen Orangensaft bekommen.
Als sich dies ereignete,
haben wir unsere Idee von vor 15 Jahren wieder vorgestellt.
Wir wiederholten den Artikel.
Wir haben ihn aus unseren Schubladen geholt und wir formulierten die Idee,
dass ein gelähmter Mensch die Gehirn-Maschine-Schnittstelle
zur Wiedererlangung der Mobilität nutzen könnte.
Wenn man so etwas erleidet -- und das kann schnell jedem von uns passieren --
ich kann Ihnen sagen, wie schnell:
Es ist eine Millisekunde eines Aufpralls --
ein Autounfall, der Ihr Leben komplett verändert.
Wenn Sie eine komplette Lähmung erleiden, dann können Sie sich nicht bewegen,
weil die Gehirnströme die Muskeln nicht erreichen können.
Aber die Gehirnströme werden weiterhin im Gehirn erzeugt.
Gelähmte träumen jede Nacht davon, sich zu bewegen.
Das passiert in ihren Köpfen.
Doch wie bekommt man diesen Code aus dem Kopf heraus,
um die Bewegung neu zu schaffen?
Wir schlugen vor, einen neuen Körper zu bauen.
Bauen wir einen Roboteranzug.
Damit konnte Juliano den Ball allein durch seine Gedanken spielen.
Er trug den ersten gehirngesteuerten Roboteranzug.
Er kann von Querschnittgelähmten genutzt werden,
um sich zu bewegen und Signale aufzugreifen.
Das war die ursprüngliche Idee vor 15 Jahren.
Ich werde Ihnen zeigen, wie 156 Menschen aus 25 Ländern
von 5 Kontinenten unserer wundervollen Erde
ihr tägliches Leben, ihre Patente,
ihre Hunde, Frauen, Kinder, Schule, Arbeit beiseite schoben,
um sich 18 Monate lang in Brasilien für dieses Ziel zusammenzufinden.
Ein paar Jahre, nachdem Brasilien als Austragungsort für die WM gewählt wurde,
hörten wir, die brasilianische Regierung wolle für die Eröffnungszeremonie
etwas Bedeutsames machen,
im Land, das Fußball neu erfunden und perfektioniert hat --
natürlich nur, bis wir auf die Deutschen trafen.
(Lachen)
Aber das ist ein anderer Vortrag,
den ein anderer Neurowissenschaftler halten muss.
Brasilien wollte sich von einer völlig anderen Seite zeigen:
als Land, das Wissenschaft und Technik schätzt
und ein Geschenk für die 25 Millionen Menschen weltweit bereithält,
die sich nach einer Rückenmarksverletzung nicht mehr bewegen können.
Wir haben der brasilianischen Regierung und der FIFA vorgeschlagen,
den Anstoß zur Weltmeisterschaft 2014
von einem brasilianischen Querschnittgelähmten machen zu lassen,
der dank eines gehirngesteuerten Exoskeletts den Ball anstoßen
und den Kontakt zum Ball fühlen kann.
Sie sahen uns an, dachten, wir wären komplett verrückt,
und sagten: "OK, versuchen wir's."
Wir hatten 18 Monate Zeit und mussten bei Null beginnen.
Wir hatten kein Exoskelett, keine Patienten,
nichts war fertig.
Diese Leute kamen zusammen
und in 18 Monaten hatten wir 8 Patienten, die regelmäßig übten,
und bauten diesen Typen hier aus dem Nichts:
Wir nennen ihn Brazil-Santos Dumont 1.
Das erste gehirngesteuerte Exoskelett war
nach dem berühmtesten brasilianischen Wissenschaftler benannt,
Alberto Santos Dumont,
der am 19. Oktober 1901 in Paris vor einer Million Menschen
das erste gesteuerte Luftschiff baute und flog.
Sorry, meine amerikanischen Freunde,
ich lebe in North Carolina,
aber das war zwei Jahre, bevor die Brüder Wright
die Küste North Carolinas entlang flogen.
(Applaus)
Die erste Flugsteuerung war brasilianisch.
(Lachen)
Wir haben uns also zusammengetan
und dieses Exoskelett gebaut:
15 Freiheitsgrade, eine hydraulische Maschine,
die durch Gehirnsignale gesteuert werden kann.
Aufgezeichnet mit nicht-invasiver Elektroenzephalographie,
die es dem Patienten erlaubt, sich Bewegungen vorzustellen
und seine Befehle zur Steuerung und zur Motorik sendet
und es vollbringt.
Dieses Exoskelett war mit künstlicher Haut bedeckt,
die von Gordon Cheng, einem meiner besten Freunde, in München erfunden wurde.
Sie ermöglicht es, das Gefühl der sich bewegenden Gelenke und der Bodenberührung
über eine Weste zurück zum Patienten zu senden.
Es ist ein Smart-Hemd mit mikro-vibrierenden Elementen.
Diese senden eine Rückmeldung und erzeugen im Gehirn des Patienten ein Gefühl,
dass nicht die Maschine ihn trägt,
sondern er es ist, der wieder gehen kann.
Wir haben das zum Laufen gebracht und hier sehen Sie,
wie einer unserer Patienten, Bruno, ein paar Schritte geht.
Es braucht ein paar Sekunden, weil wir alles vorbereiteten.
Sie werden vorne am Helm ein blaues Licht sehen,
denn Bruno wird sich die Bewegung vorstellen, die ausgeführt werden soll,
der Computer wird sie analysieren, Bruno wird sie bestätigen,
und wenn sie bestätigt ist,
bewegt sich das Gerät unter dem Kommando von Brunos Gehirn.
Er hat es gerade geschafft und jetzt beginnt er zu gehen.
Nach 9 Jahren, in denen er sich nicht bewegen konnte,
geht er ganz alleine.
Und nicht nur das ...
(Applaus)
Es sind mehr als nur Schritte, er fühlt den Boden,
und als sich die Geschwindigkeit des Skeletts erhöht,
sagt er uns, dass er wieder auf dem Sand in Santos spaziert,
dem Strand, an dem er vor dem Unfall oft war.
Darum erzeugt das Gehirn ein neues Gefühl in Brunos Kopf.
Er geht und am Ende dieses Gangs -- mir läuft die Zeit davon --
sagt er: "Wisst ihr was?!
Ich muss mir dieses Ding ausleihen, wenn ich heirate,
denn ich möchte zum Priester gehen, meine Braut sehen und dort sein."
Natürlich kann er es haben, wann immer er will.
Das wollten wir während der Weltmeisterschaft zeigen
und konnten es nicht,
da die FIFA aus unerklärlichen Gründen die Übertragungszeit halbiert hat.
Gleich werden Sie Juliano Pinto im Exoskelett sehen,
wie er den Ball ein paar Minuten vor unserer Ankunft am Spielfeld spielte,
und das vor dem gesamten Publikum machten.
Die Lichter, die Sie sehen werden, beschreiben den Vorgang.
Die pulsierenden blauen Lichter geben an, dass das Exoskelett bereit ist.
Es kann Gedanken empfangen und Rückmeldung geben.
Wenn Juliano die Entscheidung trifft, den Ball zu spielen,
sieht man zwei Strahlen in Grün und Gelb,
die vom Helm zu den Beinen verlaufen.
Sie stellen die mentalen Befehle dar, die das Exoskelett empfängt,
um das möglich zu machen.
In 13 Sekunden machte Juliano es möglich.
Man kann die Befehle sehen.
Er macht sich bereit, der Ball liegt bereit, und er schießt.
Das Erstaunlichste ist,
10 Sekunden, nachdem er das auf dem Feld gemacht hat,
feierte er, wie Sie gesehen haben und sagte: "Ich habe den Ball gefühlt."
Das ist unbezahlbar.
(Applaus)
Wohin führt das?
Ich habe zwei Minuten Ihnen zu sagen,
dass es an die Grenzen Ihrer Vorstellungskraft geht.
Gehirn-aktivierte Technologie existiert.
Das ist das Aktuellste, das wir vor einem Jahr veröffentlichten:
Die erste Schnittstelle zwischen Gehirnen,
durch die zwei Tiere gedanklich Nachrichten austauschen können.
Sieht ein Tier etwas von der Umgebung,
kann es eine mentale SMS, einen neurophysiologischen Torpedo,
zum zweiten Tier senden.
Das zweite Tier vollbringt die notwendige Handlung,
ohne zu wissen, was von der Umgebung als Signal gesendet wurde.
Denn das Signal kam vom Gehirn des ersten Tieres.
Das ist die erste Vorführung.
Ich werde sehr schnell sein, denn ich will Ihnen die aktuellste zeigen.
Hier sehen Sie die erste Ratte,
wie sie durch ein Licht links im Käfig informiert wird,
dass sie den linken Käfig drücken muss, um die Belohnung zu bekommen.
Sie läuft dorthin und tut es.
Zur gleichen Zeit sendet sie die mentale Nachricht an die zweite Ratte,
die das Licht nicht gesehen hat.
In 70 % der Fälle drückt die zweite Ratte den linken Hebel
und bekommt die Belohnung,
ohne jemals das Licht auf der Netzhaut erfahren zu haben.
Wir haben dies auf eine höhere Ebene gebracht,
indem wir Affen dazu brachten, in einem mentalen Gehirn-Netzwerk zu kooperieren.
Sie haben quasi ihre Gehirnkapazität vereint,
um den virtuellen Arm zu bewegen, den ich vorhin gezeigt habe.
Hier sieht man das erste Mal, dass zwei Affen ihre Gehirne verbinden --
perfekt synchronisieren, um den virtuellen Arm zu bewegen.
Ein Affe steuert die X-Dimension,
der andere Affe steuert die Y-Dimension.
Es wird noch ein bisschen interessanter, wenn man das mit drei Affen macht.
Ein Affe steuert X und Y,
ein anderer Affe steuert Y und Z
und der dritte Affe steuert X und Z.
Sie spielen das Spiel alle zusammen
und bewegen den Arm in 3D zum Ziel, um den brasilianischen Orangensaft zu bekommen.
Sie schaffen es tatsächlich.
Der schwarze Punkt ist der Durchschnitt dieser parallel arbeitenden Gehirne --
in Echtzeit.
Das ist die Definition eines biologischen Computers:
Interaktion durch Gehirnaktivität und das Erreichen eines motorischen Ziels.
Wohin führt das?
Wir haben keine Ahnung.
Wir sind nur Wissenschaftler.
(Lachen)
Wir werden bezahlt, Kinder zu sein,
an die Grenze zu gehen und zu entdecken, was dahinter liegt.
Aber eins weiß ich:
Eines Tages, in ein paar Jahrzehnten,
wenn unsere Enkel allein durch ihre Gedanken im Internet surfen,
oder eine Mutter ihrem blinden, autistischen Kind ihr Augenlicht gibt,
oder jemand dank eines Gehirn-zu-Gehirn- Bypasses sprechen kann,
dann wird sich jemand daran erinnern, dass alles an einem Winternachmittag begann,
auf einem Fußballfeld in Brasilien, mit einem unmöglichen Anstoß.
Danke schön.
(Applaus)
Danke.
Bruno Guissani: Miguel, danke, dass Sie sich an Ihre Zeit gehalten haben.
Ich hätte Ihnen auch ein paar Minuten mehr gegeben.
Es gibt ein paar Punkte, auf die wir eingehen wollen.
Es sieht so aus, dass wir verbundene Gehirne brauchen,
um herauszufinden, wohin das führt.
Verbinden wir das alles.
Wenn ich richtig verstehe,
erhält einer der Affen ein Signal
und der andere Affe reagiert auf dieses Signal,
weil der erste es erhält und einen neurologischen Impuls überträgt.
Miguel Nicolelis: Nein, es ist ein bisschen anders.
Keiner der Affen weiß von der Existenz der anderen zwei Affen.
Sie bekommen eine visuelle Rückmeldung in 2D,
aber sie müssen eine Aufgabe in 3D lösen.
Sie müssen einen Arm in 3D bewegen.
Aber jeder Affe bekommt nur zwei Dimensionen auf dem Bildschirm zu sehen,
die er steuert.
Um die Aufgabe zu lösen,
müssen mindestens zwei Affen ihre Gehirne synchronisieren,
aber das Ideal sind drei.
Wir haben herausgefunden, wenn einer der Affen beginnt nachzulassen,
verbessern die anderen beiden Affen ihre Leistung,
um den ersten Affen dazu zu bringen, weiter zu machen.
Es gibt also eine dynamische Anpassung,
aber die allgemeine Synchronie bleibt die gleiche.
Wenn man nun die Dimensionen umkehrt, die jedes Gehirn steuert,
ohne es den Affen zu sagen,
wie dieser hier, der X und Y steuert,
aber eigentlich sollte er jetzt Y und Z steuern,
vergisst das Gehirn des Tieres sofort die alten Dimensionen
und beginnt sich auf die neuen Dimensionen zu konzentrieren.
Ich will damit sagen, dass keine Turing-Maschine,
kein Computer vorhersagen kann, was das Gehirn-Netzwerk tun wird.
Wir werden die Technik als Teil von uns absorbieren.
Die Technik wird niemals uns absorbieren.
Das ist einfach unmöglich.
BG: Wie oft haben Sie das getestet?
Wie oft hattet ihr Erfolg oder Misserfolg?
MN: Oh, zig Male.
Mit den drei Affen? Oh, mehrere Male.
Ich könnte davon hier nicht erzählen, wenn wir es nicht einige Male gemacht hätten.
Wegen der Zeit habe ich vergessen zu erwähnen,
dass gerade vor drei Wochen ein europäisches Team
die erste Mensch-zu-Mensch- und Gehirn- zu-Gehirn-Verbindung vorgestellt hat.
BG: Wie funktioniert das?
MN: Es war eine kurze Information -- große Ideen beginnen bescheiden.
Die Gehirnaktivität einer Testperson
wurde mit nicht-invasiver Technologie an eine zweite Testperson übertragen.
Die erste Testperson hat, wie auch unsere Ratten,
eine visuelle Nachricht erhalten und hat diese an die zweite Testperson übertragen.
Die zweite Testperson erhielt einen magnetischen Impuls im visuellen Kortex,
oder einen anderen Impuls, zwei verschiedene Impulse.
Durch den einen Impuls sah die Testperson etwas,
durch den anderen Impuls sah sie etwas anderes.
Sie konnte verbal mitteilen,
welche Nachricht die erste Testperson über das Internet
über Kontinente hinweg sendete.
BG: Wow. Dahin geht es also.
Das wird der nächste TED-Vortrag auf der nächsten Konferenz.
Miguel Nicolelis, vielen Dank. MN: Danke, Bruno. Vielen Dank.