Come diventeremo cyborg e svilupperemo le potenzialità degli esseri umani

Gli esseri umani presto avranno nuovi corpi che sfumeranno per sempre i confini tra il mondo naturale e artificiale, dice il ricercatore Hugh Herr. In un talk indimenticabile, illustra il "NeuroEmbodied Design," una metodologia per creare funzionalità cyborg che sta sviluppando al MIT, e ci mostra un futuro dove svilupperemo i nostri corpi in modo da ridefinire le potenzialità degli esseri umani e, forse, diventare supereroi. "Al crepuscolo di questo secolo, credo che gli esseri umani saranno irriconoscibili nell'aspetto e nelle dinamiche di movimento dagli umani di oggi," afferma Herr. "L'umanità si librerà in volo."

Sono un docente del MIT,

ma non progetto edifici
o sistemi informatici.

Piuttosto, costruisco ausili corporei,

arti bionici che aumentano la potenza
del camminare e del correre umano.

Nel 1982, ho avuto un incidente di scalata

e mi sono state amputate le gambe
a causa dei danni dovuti al congelamento.

Qui, potete vedere le mie gambe:

24 sensori, sei microprocessori
e attuatori simili a tendini muscolari.

Sono essenzialmente un agglomerato
di dadi e bulloni dalle ginocchia in giù.

Ma con questa tecnologia bionica avanzata,

posso saltare, danzare e correre.

(Applausi)

Grazie.

(Applausi)

Sono un uomo bionico,
ma non ancora un cyborg.

Quando penso di muovere le gambe,

segnali neuronali
dal sistema nervoso centrale

percorrono i nervi

e attivano i muscoli
dei miei arti residuali.

Elettrodi artificiali
percepiscono questi segnali

e piccoli computer nei miei arti bionici

decodificano le pulsazioni neuronali
in modelli di movimento intenzionale.

Per dirlo in modo semplice,

quando penso di muovermi,

quel comando è comunicato
alle parti artificiali del mio corpo.

Comunque, questi computer non possono
inserire dati nel mio sistema nervoso.

Quando tocco e muovo
gli arti artificiali,

non provo le normali sensazioni
del tatto e del movimento

Se fossi un cyborg
e potessi sentire le mie gambe

grazie a piccoli computer che introducono
informazioni nel mio sistema nervoso,

questo cambierebbe radicalmente, credo,

il mio rapporto col mio corpo artificiale.

Oggi, non posso sentire le mie gambe,

e per questo motivo,

le mie gambe sono strumenti separati
dalla mia mente e dal mio corpo.

Non sono parte di me.

Credo che se fossi un cyborg,
e le potessi sentire,

le mie gambe diventerebbero
parte di me, parte del mio essere.

Al MIT, stiamo lavorando
al NeuroEmbodied Design.

In questo percorso progettuale,

il ricercatore progetta carne e ossa,
lo stesso corpo biologico,

insieme alle parti sintetiche

per aumentare
la comunicazione bidirezionale

tra il sistema nervoso
e l'ambiente artificiale.

NeuroEmbodied Design è una metodologia
per creare funzionalità cyborg.

In questo percorso progettuale,
i ricercatori intravedono un futuro

in cui la tecnologia
non sarà più compromessa

da strumenti privi di vita e separati
dalla nostra mente e dai nostri corpi,

un futuro nel quale la tecnologia
sarà accuratamente integrata

all'interno della nostra natura,

un mondo in cui ciò che è biologico
e ciò che non è biologico,

ciò che è umano e ciò che non è umano,

ciò che è natura e ciò che non è natura

sarà sfocato per sempre.

Quel futuro fornirà
all'umanità nuovi corpi.

Il NeuroEmbodied Design estenderà
il nostro sistema nervoso

nel mondo artificiale

e il mondo artificiale dentro di noi,

cambiando fondamentalmente chi siamo.

Progettando il corpo biologico in modo
che possa comunicare meglio

con il mondo del design costruito,

l’umanità porrà termine alla disabilità
in questo XXI secolo

e stabilirà le basi
scientifiche e tecnologiche

per aumentare le potenzialità umane,

estendendo le capacità umane
oltre i livelli fisiologici innati,

a livello cognitivo, emotivo e fisico.

Ci sono molti modi per costruire
nuove parti corporee a vari livelli,

dal biomolecolare
a quello dei tessuti e degli organi.

Oggi, voglio parlarvi di un’area
del NeuroEmbodied Design,

dove i tessuti corporei
sono manipolati e scolpiti

usando processi chirurgici e rigenerativi.

L’attuale paradigma amputazionale

non è sostanzialmente cambiato
dalla Guerra Civile americana

ed è diventato obsoleto
alla luce dei notevoli sviluppi

di attuatori, sistemi di controllo
e tecnologie di interfaccia neuronale.

Una carenza importante è la mancanza
di interazioni muscolari dinamiche

per il controllo e la propriocezione.

Cos’è la propriocezione?

Se flettete la caviglia,
i muscoli anteriori si contraggono,

allungando simultaneamente i muscoli
posteriori della vostra gamba.

Avviene l’opposto
se estendete la caviglia.

Qui, i muscoli posteriori
della gamba si contraggono

allungando i muscoli anteriori.

Quando questi muscoli
si flettono ed allungano,

sensori biologici all’interno dei tendini

inviano informazioni al cervello
attraverso i nervi.

Questo ci permette di sentire
dove sono i piedi

senza vederli con i nostri occhi.

L’attuale paradigma amputazionale
sacrifica queste relazioni dinamiche,

e nel farlo elimina le normali
sensazioni propriocettive.

Conseguentemente, un arto
artificiale standard

non può trasmettere informazioni
al sistema nervoso

sulla posizione degli arti protesici
nello spazio.

Il paziente perciò non può provare
sensazioni e avvertire

le posizioni e i movimenti
delle giunture protesiche

senza vederle con i propri occhi.

Le gambe mi sono state amputate usando
questo metodo da Guerra di Secessione.

Posso sentire i miei piedi,
posso sentirli proprio adesso,

come consapevolezza fantasma.

Ma quando provo a muoverli, non posso.

È come se fossero conficcati
dentro rigidi scarponi da sci.

Per risolvere questi problemi,

al MIT, abbiamo inventato l’interfaccia
mioneurale agonista-antagonista,

o AMI, per abbreviare.

AMI è un metodo per collegare
i nervi negli arti residuali

a protesi bioniche esterne.

Come è progettato AMI e come funziona?

AMI è costituito da due muscoli
che sono connessi chirurgicamente,

un agonista collegato ad un antagonista.

Quando l’agonista si contrae
per attivazione elettrica,

fa allungare l’antagonista.

L’interazione dinamica dei muscoli

permette ai sensori biologici
presenti nel tendine

di inviare informazioni attraverso
i nervi al sistema nervoso centrale,

collegando informazioni su allungamento
del tendine, velocità e forza.

Così funziona
la propriocezione nei tendini,

ed è il modo principale
in cui noi, come umani,

possiamo provare e sentire la posizione,
i movimenti e le tensioni sui nostri arti.

Quando un arto è amputato,

il chirurgo connette questi muscoli
opponibili nell'arto residuale

per creare un AMI.

Possono essere creati
costrutti AMI multipli

per il controllo e la sensazione
di giunture protesiche multiple.

Elettrodi artificiali sono allora posti
su ciascun muscolo AMI,

e piccoli computer dentro gli arti bionici
decodificano questi segnali

per controllare i potenti motori
dell'arto bionico.

Quando si muove l’arto bionico,

i muscoli AMI si muovono
avanti e indietro,

inviando segnali al cervello
attraverso i nervi,

permettendo alla persona con protesi
di provare sensazioni naturali

di posizione e movimento delle protesi.

Questi principi di progetto tissutale si
possono usare in un essere umano reale?

Alcuni anni fa, il mio buon amico
Jim Ewing, di 34 anni,

mi ha contattato per chiedere aiuto.

Jim aveva avuto un incidente
di scalata terribile.

Cadde per 15 metri nelle Isole Cayman

e la sua corda non riuscì a bloccarlo
prima dell'impatto sul terreno.

Riportò molti, molti danni:

polmoni perforati e molte ossa rotte.

Dopo quest’incidente, sognava
di tornare al suo sport preferito

di scalare montagne,

ma come renderlo possibile?

La risposte era: Team Cyborg,

uno staff di chirurghi,
scienziati e ingegneri

insieme al MIT per riconsegnare Jim
alle sue passate prodezze nelle scalate.

Il Dr. Matthew Carty, membro del team,
amputò la gamba gravemente danneggiata

al Brigham e Women’s Hospital di Boston,

usando la procedura chirurgica AMI.

Sospensori per il tendine vennero creati
ed attaccati alla tibia di Jim

per riconnettere i muscoli opponibili.

La procedura AMI ristabilì
i link neuronali

tra i muscoli della gamba
e del piede di Jim e il suo cervello.

Quando Jim muove il suo arto fantasma,

i muscoli riconnessi
si muovono in coppie dinamiche,

permettendo ai segnali propriocettivi
di giungere al cervello lungo i nervi,

così Jim prova sensazioni normali
con posizioni gamba-piede e movimenti,

anche con visione cieca.

Ecco Jim al MIT
dopo la sua operazione chirurgica.

Abbiamo connesso elettricamente
i muscoli AMI di Jim con elettrodi,

all'arto bionico,

e Jim ha imparato velocemente
come muovere l'arto bionico

in quattro distinte direzioni
di movimento gamba-piede.

Eravamo entusiasti di questi risultati,
ma dopo Jim si alzò,

e quello che è successo
è stato davvero indimenticabile.

Tutte le funzionalità biomeccaniche
mediate dal sistema nervoso centrale

sono emerse attraverso l'arto artificiale

come azioni di riflesso e involontarie.

Tutte le complessità della posizione
del piede durante la salita delle scale,

(Applausi)

sono emerse davanti ai nostri occhi.

Ecco Jim mentre scende i gradini,

mentre raggiunge con la punta
del piede bionico il gradino successivo,

esibendo automaticamente
movimenti naturali

senza neanche provare
a muovere il suo arto.

Poiché il sistema nervoso centrale di Jim
sta ricevendo segnali propriocettivi,

sa esattamente come controllare
l'arto artificiale in modo naturale.

Ora Jim si muove e si comporta

come se l'arto artificiale
fosse parte di sé.

Per esempio, un giorno al laboratorio,

per sbaglio è finito sopra
una bobina di nastro isolante.

Cosa fate quando qualcosa
vi si incolla alla scarpa?

Non vi abbassate in questo modo;
è troppo scomodo.

Invece, lo scrollate via,

esattamente quello che ha fatto Jim

dopo essere rimasto connesso neuralmente
all'arto solo per poche ore.

La cosa più interessante per me

è quello che Jim affermava
di stare provando.

Ha detto: "Il robot
è diventato parte di me."

Jim Ewing: il mattino dopo la prima volta
in cui sono stato attaccato al robot,

mia figlia arrivò al piano di sotto

e mi chiese cosa si prova
ad essere un cyborg.

E la mia risposta fu
che non mi sentivo un cyborg.

Sentivo di avere la mia gamba,

e non mi sembrava tanto
di essere attaccato al robot

quanto piuttosto che il robot
fosse attaccato a me.

Il robot è diventato parte di me.

È diventato la mia gamba,
e piuttosto in fretta.

Hugh Herr: Grazie.

(Applausi)

Connettendo il sistema nervoso
di Jim in maniera bidirezionale

al suo arto artificiale,

abbiamo reso possibile
una manifestazione neurologica.

Ipotizzo che, poiché Jim può pensare
e muovere il suo arto sintetico,

e poiché può registrare quei movimenti
all'interno del suo sistema nervoso,

la protesi non è più
uno strumento separato,

ma una parte integrante di Jim,
una parte integrante del suo corpo.

Grazie a questa manifestazione neurologica
Jim non si sente come un cyborg.

Si sente come se avesse
di nuovo la sua gamba,

come se avesse di nuovo il suo corpo.

Spesso mi si chiede

quando sarò connesso neuronalmente,
e bidirezionalmente, ai miei arti nuovi,

quando diventerò un cyborg.

La verità è che esito
a diventare un cyborg.

Prima che le mie gambe fossero amputate,
ero uno studente terribile.

Prendevo voti molto bassi a scuola.

Successivamente,
dopo l'amputazione dei miei arti,

sono diventato all'improvviso
un docente al MIT.

(Risate)

(Applausi)

La mia preoccupazione è che una volta
che sono di nuovo connesso ai miei arti,

il mio cervello torni nel percorso
di un sé non molto brillante.

(Risate)

Ma va bene comunque,
perché al MIT mi hanno già ingaggiato.

(Risate)

(Applausi)

Credo che i risultati
del NeuroEmbodied Design

andranno molto oltre
la semplice sostituzione di arti

e raggiungeremo vette

che fondamentalmente
ridefiniranno il potenziale umano.

In questo XXI secolo,

ricercatori estenderanno il sistema
nervoso in esoscheletri molto potenti

che gli esseri umani potranno controllare
e sentire con le proprie menti.

I muscoli potranno essere
riconfigurati dall'interno

per il controllo di motori potenti,

e per provare e sentire
i movimenti dell'esoscheletro,

aumentando la forza umana,
il salto in alto e la velocità di corsa.

In questo XXI secolo, credo che gli esseri
umani diventeranno supereroi.

Gli esseri umani potrebbero anche
estendere i loro corpi

con strutture non-antropomorfe, come ali,

controllando e sentendo ogni singolo
movimento delle ali nel sistema nervoso.

Leonardo da Vinci ha detto:
"Dopo aver provato l'ebbrezza del volo,

per sempre camminerete sulla terra
con gli occhi rivolti verso il cielo,

perché è il luogo in cui siete stati
e in quel luogo vorrete sempre ritornare."

Quando questo secolo
volgerà al termine, secondo me,

gli esseri umani saranno irriconoscibili,
per aspetto e modalità di movimento,

dagli umani di oggi.

L'umanità si librerà in volo.

Jim Ewing è caduto a terra
ed è rimasto seriamente ferito,

ma i suoi occhi hanno guardato il cielo,
dove ha sempre sperato di ritornare.

Dopo l'incidente, non solo
ha sognato di camminare di nuovo,

ma anche di tornare a praticare
lo sport preferito di scalare montagne.

Al MIT, Team Cyborg ha creato per Jim
un arto specifico per il mondo verticale,

una gamba controllata dal cervello
pienamente funzionante.

Usando questa tecnologia,
Jim è ritornato alle Isole Cayman,

il luogo in cui è avvenuto l'incidente,

ricostruito come un cyborg
per conquistare la vetta ancora una volta.

(Onde che si infrangono)

(Applausi)

Grazie.

(Applausi)

Signore e signori, Jim Ewing,
il primo climber cyborg.

(Applausi)