Um macaco que controla um robô com pensamentos. A sério.

Podemos usar nosso cérebro para controlar máquinas diretamente -- sem necessitar um intermediário? Miguel Nicolelis fala sobre um experimento impressionante, no qual um macaco esperto nos EUA aprende a controlar um macaco avatar, e então um braço robótico no Japão, apenas com o pensamento. A pesquisa tem grande importância para pessoas tetraplégicas -- e talvez para todos nós. (Filmado no TEDMED 2012.)

O tipo de neurociências que
eu e os meus colegas fazemos

é quase como um meteorologista.

Nós estamos sempre à procura de tempestades.

Nós queremos ver e medir tempestades –
tempestades cerebrais.

E 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.

Na verdade, a primeira vez que gravámos
mais de um neurônio

– 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 então um pequeno
fragmento de um pensamento,

e fomos capazes de vê-lo em nossa frente.

Eu sempre falo para os estudantes

que também poderíamos chamar os neurocientistas como algum tipo de astronomo,

porque estamos lidando com um sistema

que em relação ao número células é comparável apenas

ao número de galáxias que nós temos no universo.

E aqui estamos, dos bilhões de neurônios,

apenas gravando, 10 anos atrás, uma centena deles.

Nós estamos gravando mil agora.

E esperamos compreender algo fundamental sobre a natureza humana.

Porque, se você ainda não sabe,

tudo que usamos para definir a natureza humana vem dessas tempestades,

vem dessas tempestades que percorrem as montanhas e vales de nossos cérebros

e definem nossas memórias, nossas crenças

nossos sentimentos, 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 neurônios produzindo esse tipo de tempestades.

E o som de uma tempestade cerebral, se você nunca ouviu uma,

é algo parecido com isso.

Pode aumentar o volume se quiser.

Meu filho chama isso de: "fazer pipoca ouvindo uma radio A.M. fora do ar"

Esse é o cérebro.

Isso é o que acontece quando você direciona essas tempestades elétricas para um autofalante

e ouve uma centena de células cerebrais disparando,

seu cérebro vai soar dessa maneira -- meu cérebro, qualquer cérebro.

E o que queremos fazer enquanto neurocientistas nesse momento

é, na verdade, ouvir essas sinfonias, essas sinfonias cerebrais,

e tentar extrair delas a mensagem que elas carregam.

Em particular, à cerca de 12 anos atrás

nós criamos um modelo que chamamos interface homem-máquina.

E vocês tem um esquema aqui que descreve como funciona.

A idéia é ter alguns sensores que escutam essas tempestades, esses disparos elétricos,

e ver se você consegue, no mesmo tempo que leva

para essa tempestade sair do cérebro e chegar na perna ou braços de um animal --

cerca de meio segundo --

vamos ver se conseguimos ler esses sinais,

extrair as mensagens motoras que estão contidas neles,

traduzi-los 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 o quão bem nós traduzimos aquela mensagem

quando comparamos com a maneira que o corpo faz isso.

E se podemos dar feedback,

sinais sensórios que vão desse actuador mecânico, robótico, computacional

que está agora sob controle do cérebro

de volta para o cérebro,

como o cérebro lida com isso,

de receber mensagens vindas de maquinaria artificial.

E isso é exatamente o que fizemos dez anos atrás.

Nós começamos com uma macaca superstar chamada Aurora

que tornou-se uma das estrelas desse campo.

E Aurora gostava de jogar videogames.

Como se pode ver aqui,

ela gosta de usar um joystick, como qualquer um de nós, qualquer uma de nossas crianças, para jogar esse jogo.

E, como boa primata, ela até tenta trapacear antes de conseguir a resposta correta.

Então até mesmo antes do alvo que ela supostamente deve cruzar aparecer

com o cursor que ela controla com o joystick,

Aurora está tentando encontrar o alvo, não importa onde ele esteja.

E se ela faz isso,

porque cada vez que ela cruza aquele alvo com aquele cursor,

ela ganha uma gota de suco de laranja brasileiro.

E eu posso dizer para você, qualquer macaco vai fazer qualquer coisa para você

se você der uma gotinha do suco de laranja brasileiro.

Na verdade qualquer primata fará isso.

Pense sobre isso.

Bem, enquanto Aurora estava jogando esse jogo, como você viu,

e fazendo milhares de tentativas diariamente

e acertando 97% das vezes e ganhando 350 mililitros de suco de laranja,

nós estamos gravando as tempestades que são produzidas em sua mente

e enviando-as para um braço robótico

que estava aprendendo a reproduzir os movimentos que Aurora estava fazendo.

Porque a idéia era, na verdade, 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.

E para nosso espanto, foi exatamente isso que Aurora fez.

Ela jogava o jogo sem sequer mover seu corpo.

Então cada trajetória do cursor que que você vê agora,

esse foi exatamente a primeira vez que ela fez isso.

Essa é precisamente a primeira vez

uma intenção cerebral se libertou dos domínios do corpo de um primata

e pode atuar fora, no mundo externo,

apenas controlando um aparelho artificial.

E Aurora continuou jogando, continuou procurando o pequeno alvo

e ganhando o suco de laranja que ela queria ganhar, que ela tanto desejava.

Bem, ela fez isso porque, naquele momento, ela adquiriu um novo braço.

Um braço robótico que se pode ver a mexer, aqui, 30 dias depois,

depois do primeiro vídeo que eu vos mostrei,

está sob o controle do cérebro de Aurora

e está movendo o cursor para acertar no alvo.

E Aurora agora sabe que pode jogar com esse braço robótico,

mas ela não perdeu a habilidade de usar seus braços biológicos para fazer o que bem entender.

Ela pode coçar as costas, ela pode coçar um de nós, ela pode jogar outro jogo.

Por todos os os motivos e razões,

o cérebro de Aurora adoptou o aparelho artificial

como uma extensão de seu corpo.

O modelo de si própria que Aurora tinha em sua mente

foi expandido para obter um braço a mais.

Bem, fizemos isso há 10 anos.

Faça avanço rápido de dez anos.

No ano passado percebemos que não precisamos nem ter um aparelho robótico.

Você pode apenas construir um corpo computacional, um avatar, um macaco avatar.

E você pode usá-lo para nossos macacos interagirem com eles,

ou você pode treiná-los a ter controle em um mundo virtual

a perspectiva de primeira pessoa de um avatar

e usar sua atividade cerebral para controlar os movimentos das pernas e braços do avatar.

E o que fizemos basicamente foi treinar os animais

a aprender controlar esses avatares

e explorar objetos que aparecem no mundo virtual.

E esses objetos são visualmente iguais,

mas quando o avatar cruza a superfície desses objetos,

eles mandam uma mensagem elétrica que é proporcional à microtextura tátil do objeto

e ela vai diretamente de volta para o cérebro do macaco,

informando ao cérebro o que o avatar está tocando.

E em apenas quatro semanas, o cérebro aprende a processar essa nova sensação

e adquire um novo caminho sensorial -- como um novo sentido.

E você realmente liberta o cérebro agora

porque você está permitindo que o cérebro envie comandos para mover o avatar.

E o feedback que vem do avatar está sendo processado diretamente pelo cérebro

sem interferência da pele.

Então o que você vê aqui é o design de uma tarefa.

Você vai ver um animal basicamente tocando esses três alvos.

E ele tem que escolher um porque apenas um trará recompensa,

o suco de laranja que eles querem obter.

E ele tem que o selecionar pelo toque usando um braço virtual, um braço que não existe.

E é exatamente o que eles fazem.

Essa é a liberação completa do cérebro

dos limites físicos do corpo e do motor em uma tarefa de percepção.

O animal está controlando o avatar para tocar os alvos.

E ele está sentindo a textura ao receber mensagens elétricas diretamente no cérebro.

E o cérebro está decidindo qual é a textura associada à recompensa.

As legendas que você vê no filme não aparecem para o macaco

E, de qualquer modo, eles não lêem em inglês,

então elas estão aí apenas para vocês saberem que o alvo correto está mudando de posição.

E mesmo assim, eles o encontram através da discriminação tátil,

e eles podem pressionar e selecioná-lo

Então quando olhamos para o cérebro desses animais,

no painel mais alto você vê o alinhamento de 125 células

mostrando o que acontece com a atividade cerebral, as tempestades elétricas,

dessa amostra de neurônios no cérebro

quando o animal está usando um joystick

E está é a imagem que todo neurocientista conhece.

O alinhamento básico mostra que estas células estão codificando para todas as possíveis direcões

A figura de baixo é o que acontece quando o corpo para de se mover

e o animal começa a controlar tanto o aparelho robótico ou o avatar computadorizado.

Tão rápido quanto nós podemos resetar nossos computadores

a atividade cerebral muda para começar representar a nova ferramenta,

como se a ferramente fosse parte do corpo do primata.

O cérebro também está assimilando isso tão rápido quanto podemos medir.

Então isso sugere que nossa noção de 'eu'

não termina na última camada epitelial de nossos corpos,

mas termina na última camada de elétrons das ferramentas que nós estamos comandando com nossos cérebros.

Nossos violinos, nossos carros, nossas bicicletas, nossas bolas de futebol, nossas roupas...

são todos assimilados por esse sistema voraz, incrível, dinâmico chamado cérebro.

Onde podemos chegar?

Bem, em um experimento que fizemos há alguns anos, levámos isto até ao limite.

Nós tínhamos um animal correndo em uma esteira

na universidade de Duke na costa leste dos Estados Unidos,

produzindo as tempestades cerebrais necessárias para mover.

E tínhamos um aparelho robótico, um robô humanóide,

em Kioto, nos laboratórios ATR no Japão

que sonhava por toda a vida ser controlado por um cérebro,

um cérebro humano, ou um cérebro primata.

O que acontece aqui é que a atividade cerebral que gerou os moviementos do macaco

foram transmitidos para o Japão e fizeram o robô andar

enquanto a filmagem dessa caminhada era enviada de volta para Duke,

para que o macaco podesse ver as pernas do robô caminhando em sua frente.

Então ela poderia ser recompensada, não pelo que seu corpo estava fazendo

mas por cada passo correto que o robô dava do outro lado do planeta

controlado pela atividade cerebral dela.

Engraçado é que ida e volta em torno do globo demorou 20 milisegundos menos

do que levaria para a tempestade cerebral deixar a cabeça da macaca,

e chegar aos seus próprios músculos.

A macaca estava movendo um robô seis vezes maior do que ela, do outro lado do planeta.

Esse é um dos experimentos no qual robôs foram capazes de andar com autonomia.

Esse é o CB1 realizando seu sonho, no Japão,

sob o controle da atividade cerebral de um primata.

Então para onde estamos levando tudo isso?

O que faremos com toda essa pesquisa,

além de estudar as propriedades desse dinâmico universo que temos entre nossas orelhas?

Bem a idéia é pegar todo esse conhecimento e tecnologia

e tentar restaurar um dos problemas neurológicos mais severos que temos no mundo.

Milhões de pessoas perderam a habilidade de traduzir essas tempestades cerebrais

em ações, em movimento.

Embora seus cérebors continuem a produzir essas tempestades e codificar para os movimentos,

eles não podem cruzar a barreira que foi criada por uma lesão da medula espinhal.

Então nossa idéia é criar um bypass,

é usar a interface cérebro-máquina para ler esses sinais,

tempestades cerebrais em alta escala que contém o desejo de mover novamente

fazer um bypass na lesão usando microengenharia computacional

e enviar para um novo corpo, um corpo inteiro chamado exoesqueleto,

um traje robótico completo que vai se tornar o novo corpo de um desses pacientes

E você pode ver a imagem produzida por esse consórcio.

Esse é um consórcio sem fins lucrativos chamado "Caminhe Novamente"

que está reunindo cientistas da Europa,

daqui dos Estados Unidos e do Brasil

juntos para trabalhar e construir esse novo corpo --

um corpo que acreditamos, através dos mesmo mecanismos plásticos

que permitem Aurora e outros macacos usarem essas ferramentas através de uma interface cérebro-máquina

e que nos permite incorporar as ferramentas que produzimos e usamos no nossa vida diária.

Esse mesmo mecanismo, esperamos, vai permitir a esses pacientes

não apenas imaginar novamente os movimentos que eles querem fazer

e traduzir eles em movimentos desse novo corpo,

mas para esse corpo ser assimilado como um novo corpo que o cérebro controla.

Então me falaram há 10 anos

que isso nunca aconteceria, que isso beirava o impossível.

E, como cientista, eu apenas posso dizer,

eu cresci no sul do Brasil na década de 60

vendo alguns homens loucos nos dizer que eles iriam para a Lua.

E eu tinha cinco anos,

e eu nunca entendi porque a NASA não contratou o capitão Kirk e o Spock para o trabalho;

afinal de contas, eles eram muito habilidosos --

mas apenas vendo aquilo como criança

me fez acreditar, como minha avó me costumava dizer,

que "impossível é apenas o possível

que alguém ainda não se esforçou suficiente para fazer tornar realidade"

Então eles me disseram que é impossível fazer alguém andar.

Eu acho que vou seguir os conselhos de minha avó.

Obrigado

(Aplausos)