O tipo de neurociência que eu e os meus colegas fazemos
é quase como o de um meteorologista.
Estamos sempre à procura de tempestades.
Queremos ver e medir tempestades — tempestades cerebrais.
Todos nós falamos de "brainstorms" no nosso dia-a-dia
mas raramente vemos ou ouvimos uma.
Gosto sempre de começar estas palestras
apresentando-vos a uma delas.
A primeira vez que gravámos mais de um neurónio
— uma centena de células cerebrais simultaneamente —
conseguimos medir os impulsos elétricos
de uma centena de células num mesmo animal.
Esta é a primeira imagem que obtivemos,
os primeiros 10 segundos de gravação.
Tínhamos um pequeno fragmento de um pensamento,
e conseguimos vê-lo à nossa frente.
Eu digo sempre aos estudantes
que também podemos chamar aos neurocientistas
uma espécie de astrónomo,
porque lidamos com um sistema
que, em relação ao número de células,
só é comparável ao número de galáxias que temos no universo.
Aqui estamos, entre milhares de milhões de neurónios,
há 10 anos, a gravar apenas uma centena deles.
Agora, estamos a gravar mil.
Esperamos compreender algo fundamental sobre a natureza humana.
Porque, se ainda não sabem,
tudo o que usamos para definir a natureza humana vem destas tempestades,
vem destas tempestades que percorrem as montanhas e vales do nosso cérebro
e definem as nossas memórias, as nossas crenças
os nossos sentimentos, os nossos planos para o futuro,
tudo o que fazemos.
Tudo o que cada ser humano já fez, faz ou irá fazer,
necessita do trabalho incessante de uma população de neurónios
a produzir este tipo de tempestades.
O som de uma tempestade cerebral — se nunca ouviram nenhuma —
é parecido com isso.
Podem aumentar o volume?
(Crepitação)
O meu filho chama-lhe:
"Fazer pipocas a ouvir uma estação de rádio mal sintonizada".
Isto é o cérebro.
Ouvimos isto quando direcionamos estas tempestades elétricas
para um autofalante
e ouvimos uma centena de células cerebrais a disparar.
O cérebro soa desta maneira — o meu cérebro, qualquer cérebro.
O que queremos fazer neste momento, enquanto neurocientistas,
é ouvir estas sinfonias, estas sinfonias cerebrais,
e tentar extrair delas a mensagem que transportam.
Em particular, há cerca de 12 anos,
criámos um modelo a que chamamos interface homem-máquina.
Temos aqui um esquema que descreve como funciona.
A ideia é ter sensores que escutam estas tempestades,
estes disparos elétricos,
e ver se conseguimos,
no mesmo tempo que essa tempestade leva a sair do cérebro
e a chegar às pernas ou aos braços de um animal
— cerca de meio segundo —
ver se conseguimos ler esses sinais,
extrair as mensagens motoras que estão contidas neles,
traduzi-las para comandos digitais
e mandar para um aparelho artificial
que vai reproduzir a roda motora voluntária daquele cérebro em tempo real.
E ver se podemos medir até que ponto traduzimos bem essa mensagem
em comparação com a maneira como o corpo faz isso.
E se conseguimos dar "feedback",
sinais sensórios que vão desse equipamento informático,
mecânico, robótico,
que está sob o controlo do cérebro
de volta para o cérebro,
como o cérebro lida com isso,
com receber mensagens saídas de um aparelho artificial.
Foi isso exatamente o que fizemos há dez anos.
Começámos com uma macaca superstar chamada Aurora
que se tornou numa das estrelas desta área.
Aurora gostava de jogar videogames.
Como vemos aqui,
ela gosta de usar um "joystick", como qualquer um de nós,
qualquer uma das nossas crianças, para jogar este jogo.
Como boa primata, até tenta fazer batota antes de conseguir a resposta correta.
Antes de aparecer o alvo que ela supostamente
deve cruzar com o cursor que ela controla com o "joystick",
Aurora está a tentar encontrar o alvo, onde quer que ele esteja.
Ela faz isto,
porque sempre que ela cruza aquele alvo com o cursor,
ganha uma gota de sumo de laranja brasileiro.
Posso dizer que qualquer macaco fará tudo
se lhe dermos uma gotinha de sumo de laranja brasileiro.
Qualquer primata fará isso.
Pensem nisso.
Enquanto Aurora estava a jogar este jogo,
a fazer milhares de tentativas diariamente,
acertando 97% das vezes e ganhando 350 mililitros de sumo de laranja,
nós estávamos a gravar as tempestades produzidas no seu cérebro
e a enviá-las para um braço robótico
que estava a aprender a reproduzir os movimentos que Aurora estava a fazer.
Porque a ideia era fazer funcionar essa interface cérebro-máquina
e fazer com que Aurora jogasse apenas com o pensamento,
sem interferência do corpo dela.
As tempestades cerebrais dela controlariam o seu braço
que moveria o cursor e cruzaria o alvo.
Para nosso espanto, foi exatamente isso que Aurora fez.
Ela jogava o jogo sem sequer mover o corpo.
Cada trajetória do cursor que estamos a ver agora,
foi exatamente a primeira vez que ela fez isso.
Esta é precisamente a primeira vez
que uma intenção cerebral se libertou do domínio físico do corpo de um primata
e pôde atuar fora, no mundo exterior,
apenas a controlar um aparelho artificial.
Aurora continuou a jogar, continuou a procurar o pequeno alvo
e a ganhar o sumo de laranja que queria ganhar, que tanto desejava.
Ela fez isso porque, naquele momento, tinha adquirido um novo braço.
Um braço robótico que vemos aqui a mexer, 30 dias depois,
depois do primeiro vídeo que eu vos mostrei,
está sob o controlo do cérebro de Aurora
e está a mover o cursor para acertar no alvo.
Aurora agora sabe que pode jogar com esse braço robótico,
mas não perdeu a capacidade de usar os braços biológicos
para fazer o que bem entender.
Pode coçar as costas, pode coçar um de nós, pode jogar outro jogo.
Por todos os motivos e razões,
o cérebro de Aurora incorporou o aparelho artificial
como uma extensão de seu corpo.
O modelo de si própria que Aurora tinha na sua cabeça
expandiu-se para obter um braço a mais.
Fizemos isso há 10 anos.
Avancemos rapidamente 10 anos.
No ano passado percebemos
que nem sequer precisamos de ter um aparelho robótico.
Podemos construir apenas um corpo informático,
um avatar, um macaco avatar.
Podemos usá-lo para os nossos macacos interagirem com eles,
ou para podermos treiná-los a controlar um mundo virtual
a perspetiva de primeira pessoa de um avatar
e usar a sua atividade cerebral
para controlar os movimentos das pernas e braços do avatar.
Treinámos os animais
a aprender a controlar esses avatares
e a explorar objetos que aparecem no mundo virtual.
Esses objetos são visualmente idênticos,
mas quando o avatar cruza a superfície desses objetos,
eles enviam uma mensagem elétrica
que é proporcional à microtextura tátil do objeto
e ela vai diretamente de volta para o cérebro do macaco,
informando o cérebro do que o avatar está a tocar.
Em apenas quatro semanas,
o cérebro aprende a processar essa nova sensação
e adquire um novo caminho sensorial — como um novo sentido.
E assim libertamos o cérebro
porque permitimos que o cérebro envie comandos para mover o avatar.
O "feedback" que vem do avatar é processado diretamente pelo cérebro
sem interferência da pele.
Então o que vemos aqui é o "design" de uma tarefa.
Vamos ver um animal a tocar nestes três alvos.
Tem que escolher um porque só um terá uma recompensa,
o sumo de laranja que eles querem obter.
Tem que o selecionar pelo toque
usando um braço virtual, um braço que não existe.
É exatamente isso que eles fazem.
Esta é a libertação total do cérebro
dos limites físicos do corpo e do motor numa tarefa de perceção.
O animal está a controlar o avatar para tocar nos alvos.
E está a sentir a textura ao receber mensagens elétricas diretamente no cérebro.
O cérebro está a decidir qual é a textura associada à recompensa.
As legendas que vemos no filme não aparecem para o macaco
De qualquer modo, eles não leem inglês,
elas estão ali para sabermos que o alvo correto está a mudar de posição.
Mesmo assim, eles encontram-no através da discriminação tátil,
e podem pressioná-lo e selecioná-lo
Quando olhamos para o cérebro desses animais,
no painel mais alto, vemos o alinhamento de 125 células
que mostra o que acontece com a atividade cerebral,
as tempestades elétricas dessa amostra de neurónios no cérebro
quando o animal está a usar um "joystick"
Esta é a imagem que todos os neurocientistas conhecem.
O alinhamento básico mostra que estas células
estão a codificar para todas as possíveis direções
A figura de baixo é o que acontece quando o corpo deixa de se mover
e o animal começa a controlar
quer o aparelho robótico quer o avatar informático.
Tão depressa quanto podemos reiniciar os nossos computadores
a atividade cerebral muda para começar a representar a nova ferramenta,
como se a ferramenta fosse parte do corpo do primata.
O cérebro também está a assimilar isso tão depressa quanto podemos medir.
Então isto sugere que a nossa noção de 'eu'
não termina na última camada epitelial do nosso corpo,
mas termina na última camada de eletrões das ferramentas
que estamos a comandar com o cérebro.
Os nossos violinos, os carros,
as nossas bicicletas, as bolas de futebol, as nossas roupas,
tudo é assimilado por esse sistema voraz, incrível e dinâmico chamado cérebro.
Onde podemos chegar?
Numa experiência que fizemos há uns anos, levámos isto até ao limite.
Tínhamos um animal a correr numa esteira
na universidade de Duke na costa leste dos EUA,
que produzia as tempestades cerebrais necessárias para se mover.
Tínhamos um aparelho robótico, um robô humanoide,
nos laboratórios ATR em Quioto, no Japão
que sonhara toda a vida em ser controlado por um cérebro,
um cérebro humano, ou o cérebro de um primata.
A atividade cerebral que gerou os movimentos do macaco
foi transmitida para o Japão e fez o robô andar
enquanto a filmagem dessa caminhada era enviada de volta para Duke,
para o macaco poder ver as pernas do robô a caminhar à sua frente.
Assim, ele podia ser recompensado, não pelo que o seu corpo estava a fazer,
mas por cada passo correto que o robô dava do outro lado do planeta
controlado pela atividade cerebral dele.
O engraçado é que a ida e volta em torno do globo
demorou 20 milissegundos menos
do que levaria para a tempestade cerebral deixar a cabeça do macaco,
e chegar aos seus próprios músculos.
O macaco movia um robô seis vezes maior do que ele,
do outro lado do planeta.
Esta é uma das experiências em que os robôs conseguiram andar com autonomia.
Esse é o CB1 realizando o seu sonho, no Japão,
sob o controlo da atividade cerebral de um primata.
Então para onde estamos a levar tudo isto?
O que faremos com toda essa pesquisa,
para além de estudar as propriedades deste dinâmico universo
que temos entre as nossas orelhas?
A ideia é pegar em todo este conhecimento e tecnologia
e tentar solucionar um dos problemas neurológicos
mais graves que temos no mundo.
Milhões de pessoas perderam a capacidade de traduzir essas tempestades cerebrais
em ações, em movimento.
Embora o cérebro continue a produzir essas tempestades e a codificar movimentos,
elas não podem cruzar a barreira
que foi criada por uma lesão na espinal medula.
Então a nossa ideia é criar um "bypass",
é usar a interface cérebro-máquina para ler esses sinais,
tempestades cerebrais em alta escala que contêm o desejo de mover novamente
fazer um "bypass" na lesão usando microengenharia informática
e enviar para um novo corpo, um corpo inteiro chamado exosqueleto,
um traje robótico completo
que vai tornar-se no novo corpo desses pacientes.
Vemos uma imagem produzida por um consórcio.
É um consórcio sem fins lucrativos chamado "Caminhe Novamente"
que está a reunir cientistas da Europa,
daqui dos EUA e do Brasil
para trabalhar e construir esse novo corpo,
um corpo que, através dos mesmos mecanismos plásticos
que permitem a Aurora e a outros macacos usarem essas ferramentas
através de uma interface cérebro-máquina
e que nos permite incorporar as ferramentas
que produzimos e usamos na nossa vida diária.
Esse mesmo mecanismo, esperamos, vai permitir a esses pacientes
não apenas a imaginar novamente os movimentos que eles querem fazer
e traduzi-los em movimentos desse novo corpo,
mas assimilar esse corpo como um novo corpo que o cérebro controla.
Há 10 anos, disseram-me que isso nunca aconteceria,
que isso era impossível.
Enquanto cientista, apenas posso dizer,
eu cresci no sul do Brasil, na década de 60,
a ver uns loucos a dizer que iriam até à Lua.
Eu tinha cinco anos, e nunca entendi porque é que a NASA
não contratou para isso o capitão Kirk e o Spock.
Afinal de contas, eles eram muito competentes.
Mas ver aquilo, enquanto criança,
fez-me acreditar, como a minha avó costumava dizer:
"O impossível é apenas o possível
"que alguém ainda não se esforçou bastante para tornar realidade"
Disseram-me que era impossível fazer alguém andar.
Eu acho que vou seguir o conselho da minha avó.
Obrigado.
(Aplausos)