ABOUT THE SPEAKER
Miguel Nicolelis - Neuroscientist
Miguel Nicolelis explores the limits of the brain-machine interface.

Why you should listen

At the Nicolelis Laboratory at Duke University, Miguel Nicolelis is best known for pioneering studies in neuronal population coding, Brain Machine Interfaces (BMI) and neuroprosthetics in human patients and non-human primates.His lab's work was seen, famously though a bit too briefly, when a brain-controlled exoskeleton from his lab helped Juliano Pinto, a paraplegic man, kick the first ball at the 2014 World Cup.

But his lab is thinking even bigger. They've developed an integrative approach to studying neurological disorders, including Parkinsons disease and epilepsy. The approach, they hope, will allow the integration of molecular, cellular, systems and behavioral data in the same animal, producing a more complete understanding of the nature of the neurophysiological alterations associated with these disorders. He's the author of the books Beyond Boundaries and The Relativistic Brain.

Miguel was honored as one of Foreign Policy's 2015 Global Thinkers.

More profile about the speaker
Miguel Nicolelis | Speaker | TED.com
TEDMED 2012

Miguel Nicolelis: A monkey that controls a robot with its thoughts. No, really.

Miguel Nicolelis: Een aap die een robot bestuurt met zijn gedachten. Ja, echt.

Filmed:
1,315,130 views

Kunnen we ons brein gebruiken om machines te besturen zonder hulp van een lichaam als tussenpersoon? Miguel Nicolelis vertelt over een verbluffend experiment waarin een slimme aap in de VS leert om een digitale avatar van zichzelf - en later een robot in Japan - te besturen enkel met zijn gedachten. Het onderzoek kan grote gevolgen hebben voor mensen met een dwarslaesie - en wellicht voor ons allemaal. (Gefilmd tijdens TEDMED 2012)
- Neuroscientist
Miguel Nicolelis explores the limits of the brain-machine interface. Full bio

Double-click the English transcript below to play the video.

00:16
The kindsoort of neuroscienceneurowetenschappen that I do and my colleaguescollega's do
0
330
2851
Het soort neurowetenschap
dat ik en mijn collega's bedrijven,
00:19
is almostbijna like the weathermanweerman.
1
3181
2166
lijkt veel op het werk
van een weersvoorspeller.
00:21
We are always chasingachtervolgen stormsstormen.
2
5347
3516
We zijn altijd op zoek
naar stormen.
00:24
We want to see and measuremaatregel stormsstormen -- brainstormsbrainstorms, that is.
3
8863
4883
We willen stormen zien en meten
- dat wil zeggen, breinstormen.
00:29
And we all talk about brainstormsbrainstorms in our dailydagelijks liveslevens,
4
13746
2768
En we hebben het allemaal wel eens
over breinstormen in het dagelijkse leven,
00:32
but we rarelyzelden see or listen to one.
5
16514
3450
maar we zien of horen ze maar zelden.
00:35
So I always like to startbegin these talksgesprekken
6
19964
1634
Ik begin deze talks altijd graag
00:37
by actuallywerkelijk introducinginvoering you to one of them.
7
21598
2982
door jullie er kennis mee te laten maken.
00:40
ActuallyEigenlijk, the first time we recordedopgenomen more than one neuronneuron --
8
24580
3427
Toen we voor het eerst
meer dan een neuron opnamen -
00:43
a hundredhonderd brainhersenen cellscellen simultaneouslygelijktijdig --
9
28007
2223
honderd hersencellen tegelijkertijd -
00:46
we could measuremaatregel the electricalelektrisch sparksvonken
10
30230
2469
toen we de elektrische signalen
konden meten
00:48
of a hundredhonderd cellscellen in the samedezelfde animaldier,
11
32699
2680
van honderd cellen in één dier
00:51
this is the first imagebeeld we got,
12
35379
1802
kregen we dit beeld:
00:53
the first 10 secondsseconden of this recordingopname.
13
37181
2315
de eerste tien seconden
van deze opname.
00:55
So we got a little snippetfragment of a thought,
14
39496
3351
We hadden dus een klein stukje
van een gedachte
00:58
and we could see it in frontvoorkant of us.
15
42847
2905
en we konden het
met eigen ogen zien.
01:01
I always tell the studentsstudenten
16
45752
1012
Ik vertel de studenten altijd
01:02
that we could alsoook call neuroscientistsneurowetenschappers some sortsoort of astronomerastronoom,
17
46764
4106
dat we de neurowetenschapper
ook een soort astronoom kunnen noemen
01:06
because we are dealingomgang with a systemsysteem
18
50870
1626
omdat het gaat om een systeem
01:08
that is only comparablevergelijkbaar in termstermen of numberaantal of cellscellen
19
52496
2917
dat qua hoeveelheid cellen
alleen vergelijkbaar is
01:11
to the numberaantal of galaxiessterrenstelsels that we have in the universeuniversum.
20
55413
2936
met het aantal sterrenstelsels
in het universum.
01:14
And here we are, out of billionsmiljarden of neuronsneuronen,
21
58349
3030
Uit die miljarden neuronen registreerden we
er tien jaar geleden 100.
01:17
just recordingopname, 10 yearsjaar agogeleden, a hundredhonderd.
22
61379
2818
Uit die miljarden neuronen registreerden we
er tien jaar geleden 100.
01:20
We are doing a thousandduizend now.
23
64197
1583
Nu zijn het er duizend.
01:21
And we hopehoop to understandbegrijpen something fundamentalfundamenteel about our humanmenselijk naturenatuur.
24
65780
5400
We hopen iets fundamenteels te begrijpen
over onze menselijke aard,
01:27
Because, if you don't know yetnog,
25
71180
1932
want alles wat we gebruiken om die aard te bepalen,
komt uit de stormen
01:29
everything that we use to definebepalen what humanmenselijk naturenatuur is comeskomt from these stormsstormen,
26
73112
5250
want alles wat we gebruiken om die aard te bepalen,
komt uit de stormen
01:34
comeskomt from these stormsstormen that rollrollen over the hillsheuvels and valleysvalleien of our brainshersenen
27
78362
4651
die over de heuvels en dalen
van ons brein razen
01:38
and definebepalen our memoriesherinneringen, our beliefsovertuigingen,
28
83013
3885
en onze herinneringen bepalen, onze opvattingen,
01:42
our feelingsgevoelens, our plansplannen for the futuretoekomst.
29
86898
2700
onze gevoelens, onze toekomstplannen.
01:45
Everything that we ever do,
30
89598
2398
Alles dat we ooit doen,
01:47
everything that everyelk humanmenselijk has ever donegedaan, do or will do,
31
91996
5067
alles wat elke mens ooit heeft gedaan,
doet of zal doen,
01:52
requiresvereist the toilzwoegen of populationspopulaties of neuronsneuronen producingproducerende these kindssoorten of stormsstormen.
32
97063
5434
vereist de inspanning van grote aantallen neuronen
die dit soort stormen produceren.
01:58
And the soundgeluid of a brainstormBrainstorm, if you've never heardgehoord one,
33
102497
2483
Het geluid van een breinstorm,
mocht je er nog nooit één hebben gehoord,
02:00
is somewhatenigszins like this.
34
104980
3349
klinkt ongeveer zo.
02:04
You can put it louderluider if you can.
35
108329
3146
Het mag harder.
02:07
My sonzoon callscalls this "makingmaking popcornPopcorn while listeninghet luisteren to a badly-tunedslecht afgestelde A.M. stationstation."
36
111475
6403
Mijn zoon noemt dit "popcorn maken terwijl je luistert
naar een slecht afgestemde AM-radiozender."
02:13
This is a brainhersenen.
37
117878
1485
Dit is een brein.
02:15
This is what happensgebeurt when you routeroute these electricalelektrisch stormsstormen to a loudspeakerluidspreker
38
119363
3434
Dit gebeurt er wanneer je de elektrische stormen
door een luidspreker leidt
02:18
and you listen to a hundredhonderd brainhersenen cellscellen firingvuren,
39
122797
2866
en je luistert naar honderd hersencellen
die pulsen afgeven,
02:21
your brainhersenen will soundgeluid like this -- my brainhersenen, any brainhersenen.
40
125663
4622
dan zal je brein zo klinken
- mijn brein, ieder brein.
02:26
And what we want to do as neuroscientistsneurowetenschappers in this time
41
130285
3762
Wat wij als neurowetenschappers willen doen,
02:29
is to actuallywerkelijk listen to these symphoniessymfonieën, these brainhersenen symphoniessymfonieën,
42
134047
5350
is luisteren naar deze symfonieën,
deze hersensymfonieën,
02:35
and try to extractextract from them the messagesberichten they carrydragen.
43
139397
3400
en proberen de signalen die ze bevatten
eruit te halen.
02:38
In particularbijzonder, about 12 yearsjaar agogeleden
44
142797
2851
Zo creëerden we ongeveer twaalf jaar geleden
02:41
we createdaangemaakt a preparationvoorbereiding that we namedgenaamd brain-machinehersenen-machine interfacesinterfaces.
45
145648
3048
een opstelling die we
de brein-machine-interface noemden.
02:44
And you have a schemeschema here that describesbeschrijft how it workswerken.
46
148696
2702
Hier is een schema
dat beschrijft hoe het werkt.
02:47
The ideaidee is, let's have some sensorssensors that listen to these stormsstormen, this electricalelektrisch firingvuren,
47
151398
5566
We laten hier een aantal sensoren luisteren
naar de elektrische pulsen van de stormen.
02:52
and see if you can, in the samedezelfde time that it takes
48
156964
3082
We kijken of we,
in de tijd die nodig is
02:55
for this stormstorm to leavehet verlof the brainhersenen and reachberijk the legsbenen or the armsarmen of an animaldier --
49
160046
4969
voor deze storm om het brein te verlaten
en de armen of benen van een dier te bereiken -
03:00
about halfvoor de helft a secondtweede --
50
165015
2864
ongeveer een halve seconde -
03:03
let's see if we can readlezen these signalssignalen,
51
167879
2351
deze signalen kunnen uitlezen,
03:06
extractextract the motormotor messagesberichten that are embeddedingebed in it,
52
170230
3400
de motorische signalen
eruit kunnen halen,
03:09
translatevertalen it into digitaldigitaal commandsopdrachten
53
173630
2272
ze kunnen omzetten
in digitale opdrachten
03:11
and sendsturen it to an artificialkunstmatig deviceapparaat
54
175902
1886
en ze naar een apparaat
kunnen sturen
03:13
that will reproducereproduceren the voluntaryvrijwillig motormotor wheelwiel of that brainhersenen in realecht time.
55
177788
5893
dat de motorische aansturing van dat brein
in real time reproduceert.
03:19
And see if we can measuremaatregel how well we can translatevertalen that messagebericht
56
183681
3848
We gaan na of we kunnen meten
hoe goed we deze signalen kunnen vertalen,
03:23
when we comparevergelijken to the way the bodylichaam does that.
57
187529
3518
vergeleken met hoe het lichaam dat doet.
03:26
And if we can actuallywerkelijk providevoorzien feedbackterugkoppeling,
58
191047
2866
En of we feedback kunnen geven,
03:29
sensoryzintuiglijk signalssignalen that go back from this roboticrobot, mechanicalmechanisch, computationalcomputational actuatorActuator
59
193913
5734
zintuiglijke signalen die terugkomen van deze robotische, mechanische, computationele actuator
03:35
that is now underonder the controlcontrole of the brainhersenen,
60
199647
2251
die nu wordt bestuurd door het brein,
03:37
back to the brainhersenen,
61
201898
1311
terug naar het brein.
03:39
how the brainhersenen dealsaanbiedingen with that,
62
203209
2121
We willen weten hoe het brein omgaat
met het ontvangen van signalen van een machine.
03:41
of receivingontvangende messagesberichten from an artificialkunstmatig piecestuk of machinerymachinerie.
63
205330
4901
We willen weten hoe het brein omgaat
met het ontvangen van signalen van een machine.
03:46
And that's exactlyprecies what we did 10 yearsjaar agogeleden.
64
210231
2321
Dat is precies wat we tien jaar geleden
hebben gedaan.
03:48
We startedbegonnen with a superstarSuperstar monkeyaap calledriep AuroraAurora
65
212552
2961
We begonnen met de 'superaap' Aurora
03:51
that becamewerd one of the superstarsSuperstars of this fieldveld-.
66
215513
2468
die een superster werd
op dit gebied.
03:53
And AuroraAurora likedvond to playspelen videovideo- gamesspellen.
67
217981
2299
Aurora speelde graag computerspellen.
03:56
As you can see here,
68
220280
1373
Ze speelt met een joystick
zoals ieder ander kind.
03:57
she likessympathieën to use a joystickbedieningshendel, like any one of us, any of our kidskinderen, to playspelen this gamespel.
69
221653
4944
Ze speelt met een joystick
zoals ieder ander kind.
04:02
And as a good primatePrimate, she even triesprobeert to cheatbedriegt before she getskrijgt the right answerantwoord.
70
226597
4671
Zoals elke primaat probeert ze zelfs vals te spelen
voor ze het goede antwoord geeft.
04:07
So even before a targetdoel appearskomt naar voren that she's supposedvermeend to crosskruis
71
231268
4283
Nog voor het doel verschijnt,
04:11
with the cursorcursor that she's controllinghet controleren with this joystickbedieningshendel,
72
235551
2850
probeert ze al te voorspellen
04:14
AuroraAurora is tryingproberen to find the targetdoel, no matterer toe doen where it is.
73
238401
3951
waar het gaat opduiken.
04:18
And if she's doing that,
74
242352
1469
Ze doet het
omdat ze bij elke treffer
04:19
because everyelk time she crosseskruisen that targetdoel with the little cursorcursor,
75
243821
3314
Ze doet het
omdat ze bij elke treffer
04:23
she getskrijgt a droplaten vallen of BrazilianBraziliaanse orangeoranje juicesap.
76
247135
2950
een druppel Braziliaans
sinaasappelsap krijgt.
04:25
And I can tell you, any monkeyaap will do anything for you
77
250085
2950
Van een aap krijg je alles gedaan
04:28
if you get a little droplaten vallen of BrazilianBraziliaanse orangeoranje juicesap.
78
253035
3100
voor een druppeltje
Braziliaans sinaasappelsap.
04:32
ActuallyEigenlijk any primatePrimate will do that.
79
256135
2731
Eigenlijk doet elke primaat dat.
04:34
Think about that.
80
258866
1334
Goed om weten.
04:36
Well, while AuroraAurora was playingspelen this gamespel, as you saw,
81
260200
3400
Terwijl Aurora hiermee bezig was
04:39
and doing a thousandduizend trialstrials a day
82
263600
2435
en in duizend rondes per dag
04:41
and gettingkrijgen 97 percentprocent correctcorrect and 350 millilitersmilliliter of orangeoranje juicesap,
83
266035
3883
met 97 % treffers
350 ml sinaasappelsap verdiende,
04:45
we are recordingopname the brainstormsbrainstorms that are producedgeproduceerd in her headhoofd
84
269918
3399
registreerden wij de breinstormen
in haar hoofd
04:49
and sendingBezig met verzenden them to a roboticrobot armarm
85
273317
1647
en stuurden ze naar een robotarm
04:50
that was learningaan het leren to reproducereproduceren the movementsbewegingen that AuroraAurora was makingmaking.
86
274964
3871
die de bewegingen van Aurora leerde reproduceren.
04:54
Because the ideaidee was to actuallywerkelijk turnbeurt on this brain-machinehersenen-machine interfaceinterface
87
278835
3783
De bedoeling was
om met deze brein-machine-interface
04:58
and have AuroraAurora playspelen the gamespel just by thinkinghet denken,
88
282618
4700
Aurora het spel te laten spelen
met alleen haar gedachten,
05:03
withoutzonder interferenceinmenging of her bodylichaam.
89
287318
2617
zonder tussenkomst van haar lichaam.
05:05
Her brainstormsbrainstorms would controlcontrole an armarm
90
289935
2916
Haar breinstormen
moesten een arm besturen
05:08
that would moveverhuizing the cursorcursor and crosskruis the targetdoel.
91
292851
2709
die de cursor beweegt
en het doel raakt.
05:11
And to our shockschok, that's exactlyprecies what AuroraAurora did.
92
295560
3191
Tot onze verbazing is dat
precies wat Aurora deed.
05:14
She playedgespeeld the gamespel withoutzonder movingin beweging her bodylichaam.
93
298751
4200
Ze speelde het spel
zonder haar lichaam te bewegen.
05:18
So everyelk trajectorytraject that you see of the cursorcursor now,
94
302951
2237
Elke beweging die de cursor nu maakt
05:21
this is the exactexact first momentmoment she got that.
95
305188
3212
- dit is precies de eerste keer
dat ze het doorhad.
05:24
That's the exactexact first momentmoment
96
308400
1784
Dit is precies het eerste moment
05:26
a brainhersenen intentionintentie was liberatedbevrijd from the physicalfysiek domainsdomeinen of a bodylichaam of a primatePrimate
97
310184
6767
dat een breinintentie werd losgemaakt
van het lichaam van een primaat.
05:32
and could acthandelen outsidebuiten, in that outsidebuiten worldwereld-,
98
316951
3700
Hij kon nu die buitenwereld beïnvloeden,
05:36
just by controllinghet controleren an artificialkunstmatig deviceapparaat.
99
320651
2966
simpelweg door het besturen
van een kunstmatig apparaat.
05:39
And AuroraAurora keptgehouden playingspelen the gamespel, keptgehouden findingbevinding the little targetdoel
100
323617
4917
Aurora speelde nog altijd het spel,
vond nog altijd het doel
05:44
and gettingkrijgen the orangeoranje juicesap that she wanted to get, that she cravedverlangde for.
101
328534
3917
en kreeg nog altijd
het zo verlangde sinaasappelsap.
05:48
Well, she did that because she, at that time, had acquiredverworven a newnieuwe armarm.
102
332451
6701
Het was alsof ze er een arm bij had.
05:55
The roboticrobot armarm that you see movingin beweging here 30 daysdagen laterlater,
103
339152
2963
De robotarm die je hier ziet bewegen,
05:58
after the first videovideo- that I showedtoonden to you,
104
342115
2686
dertig dagen na de eerste video
06:00
is underonder the controlcontrole of Aurora'sDe Aurora brainhersenen
105
344801
2650
wordt bestuurd door Aurora's brein
06:03
and is movingin beweging the cursorcursor to get to the targetdoel.
106
347451
3168
en beweegt de cursor
om bij het doel te komen.
06:06
And AuroraAurora now knowsweet that she can playspelen the gamespel with this roboticrobot armarm,
107
350619
3899
Aurora weet nu dat ze het spel kan spelen
met deze robotarm
06:10
but she has not lostde weg kwijt the abilityvermogen to use her biologicalbiologisch armsarmen to do what she pleasesbevalt.
108
354518
5716
maar ze behoudt het vermogen
om haar natuurlijke armen te gebruiken.
06:16
She can scratchkrassen her back, she can scratchkrassen one of us, she can playspelen anothereen ander gamespel.
109
360234
4067
Ze kan haar rug krabben, één van ons krabben
of een ander spel spelen.
06:20
By all purposesdoeleinden and meansmiddelen,
110
364301
1600
In de praktijk betekent dit dat Aurora's brein
dat kunstmatige apparaat heeft opgenomen
06:21
Aurora'sDe Aurora brainhersenen has incorporatedopgenomen that artificialkunstmatig deviceapparaat
111
365901
4116
In de praktijk betekent dit dat Aurora's brein
dat kunstmatige apparaat heeft opgenomen
06:25
as an extensionuitbreiding of her bodylichaam.
112
370017
2750
als een verlengstuk
van haar lichaam.
06:28
The modelmodel- of the selfzelf that AuroraAurora had in her mindgeest
113
372767
3533
Het model van zichzelf
dat Aurora in haar geest had,
06:32
has been expandeduitgebreid to get one more armarm.
114
376300
4084
is uitgebreid met een extra arm.
06:36
Well, we did that 10 yearsjaar agogeleden.
115
380384
2350
Dat deden we tien jaar geleden.
06:38
Just fastsnel forwardvooruit 10 yearsjaar.
116
382734
2833
Nu spoelen we tien jaar vooruit.
06:41
Just last yearjaar we realizedrealiseerde that you don't even need to have a roboticrobot deviceapparaat.
117
385567
4983
Vorig jaar ontdekten we dat je niet eens
een robotachtig apparaat nodig hebt.
06:46
You can just buildbouwen a computationalcomputational bodylichaam, an avataravatar, a monkeyaap avataravatar.
118
390550
5484
Je kunt gewoon een digitaal lichaam bouwen,
een avatar van een aap.
06:51
And you can actuallywerkelijk use it for our monkeysapen to eithereen van beide interactop elkaar inwerken with them,
119
396034
4250
Je kunt deze avatar ofwel gebruiken
voor interactie met onze apen
06:56
or you can traintrein them to assumeuitgaan van in a virtualvirtueel worldwereld-
120
400284
4439
of je kunt ze trainen
om in een virtuele wereld
07:00
the first-personeerste persoon perspectiveperspectief of that avataravatar
121
404723
3044
het eerstepersoons-perspectief
van deze avatar aan te nemen
07:03
and use her brainhersenen activityactiviteit to controlcontrole the movementsbewegingen of the avatar'sAvatar armsarmen or legsbenen.
122
407767
5651
en haar hersenactiviteit gebruiken
om de armen of benen van de avatar te besturen.
07:09
And what we did basicallyeigenlijk was to traintrein the animalsdieren
123
413418
2766
In feite trainden we de dieren
07:12
to learnleren how to controlcontrole these avatarsAvatars
124
416184
3050
om de avatars te leren besturen
07:15
and exploreonderzoeken objectsvoorwerpen that appearverschijnen in the virtualvirtueel worldwereld-.
125
419234
3899
en objecten te verkennen
die verschijnen in de virtuele wereld.
07:19
And these objectsvoorwerpen are visuallyvisueel identicalidentiek,
126
423133
2301
Deze objecten zijn uiterlijk identiek,
07:21
but when the avataravatar crosseskruisen the surfaceoppervlak of these objectsvoorwerpen,
127
425434
3883
maar wanneer de avatar
het oppervlak van deze objecten aanraakt,
07:25
they sendsturen an electricalelektrisch messagebericht that is proportionalproportioneel to the microtactilemicrotactile texturestructuur of the objectvoorwerp
128
429317
6400
stuurt het een elektrisch signaal dat evenredig is
met de voelbare textuur van het object.
07:31
that goesgaat back directlydirect to the monkey'sMonkey's brainhersenen,
129
435717
4016
Dat gaat direct terug
naar het brein van de aap
07:35
informinginformeren the brainhersenen what it is the avataravatar is touchingaandoenlijk.
130
439733
5052
en informeert het brein
wat de avatar aanraakt.
07:40
And in just fourvier weeksweken, the brainhersenen learnsleert to processwerkwijze this newnieuwe sensationgevoel
131
444785
4765
In slechts vier weken leert het brein
deze nieuwe ervaring verwerken
07:45
and acquiresverwerft a newnieuwe sensoryzintuiglijk pathwayweg -- like a newnieuwe sensezin.
132
449550
6434
en verkrijgt het een nieuwe zintuiglijke baan
- een soort nieuw zintuig.
07:51
And you trulywerkelijk liberatebevrijden the brainhersenen now
133
455984
2416
Dit bevrijdt het brein echt
07:54
because you are allowingtoestaan the brainhersenen to sendsturen motormotor commandsopdrachten to moveverhuizing this avataravatar.
134
458400
4384
want nu kan het brein motorische opdrachten
naar deze avatar sturen.
07:58
And the feedbackterugkoppeling that comeskomt from the avataravatar is beingwezen processedverwerkt directlydirect by the brainhersenen
135
462784
5000
De feedback van de avatar
wordt direct verwerkt door het brein
08:03
withoutzonder the interferenceinmenging of the skinhuid.
136
467784
2433
zonder tussenkomst van de huid.
08:06
So what you see here is this is the designontwerp of the tasktaak.
137
470217
2534
Hier zie je het ontwerp van de taak.
08:08
You're going to see an animaldier basicallyeigenlijk touchingaandoenlijk these threedrie targetsdoelen.
138
472751
4250
Je zult een dier
de drie doelen zien aanraken.
08:12
And he has to selectkiezen one because only one carriesdraagt the rewardbeloning,
139
477001
4349
Het moet er één kiezen
omdat slechts één doel
08:17
the orangeoranje juicesap that they want to get.
140
481350
1867
het verlangde sinaasappelsap oplevert.
08:19
And he has to selectkiezen it by touchaanraken usinggebruik makend van a virtualvirtueel armarm, an armarm that doesn't existbestaan.
141
483217
5633
Het dier moet het doel aanraken
met een virtuele arm.
08:24
And that's exactlyprecies what they do.
142
488850
2000
Dat is precies wat ze doen.
08:26
This is a completecompleet liberationbevrijding of the brainhersenen
143
490850
3435
Het brein wordt volledig bevrijd
08:30
from the physicalfysiek constraintsbeperkingen of the bodylichaam and the motormotor in a perceptualperceptuele tasktaak.
144
494285
4282
van de fysieke beperkingen van het lichaam
en de motoriek in een perceptuele taak.
08:34
The animaldier is controllinghet controleren the avataravatar to touchaanraken the targetsdoelen.
145
498567
4167
Het dier bestuurt de avatar
om de doelen aan te raken.
08:38
And he's sensingsensing the texturestructuur by receivingontvangende an electricalelektrisch messagebericht directlydirect in the brainhersenen.
146
502734
5651
Het voelt de textuur door direct in het brein
een elektrisch signaal te ontvangen.
08:44
And the brainhersenen is decidingbeslissende what is the texturestructuur associatedgeassocieerd with the rewardbeloning.
147
508385
3883
Het brein beoordeelt wat de textuur is
die geassocieerd wordt met de beloning.
08:48
The legendslegends that you see in the moviefilm don't appearverschijnen for the monkeyaap.
148
512268
3832
De beschrijvingen die je ziet in de opname
verschijnen niet voor de aap.
08:52
And by the way, they don't readlezen EnglishEngels anywayin ieder geval,
149
516100
2484
Ze kunnen trouwens ook geen Engels lezen.
08:54
so they are here just for you to know that the correctcorrect targetdoel is shiftingverplaatsing positionpositie.
150
518584
5216
Ze zijn er alleen zodat je weet
dat het juiste doel van positie verandert.
08:59
And yetnog, they can find them by tactiletactiele discriminationdiscriminatie,
151
523800
3934
Toch kunnen ze de doelen vinden
door het verschil in textuur te voelen,
09:03
and they can presspers it and selectkiezen it.
152
527734
3217
en kunnen ze erop duwen
en selecteren.
09:06
So when we look at the brainshersenen of these animalsdieren,
153
530951
2682
Als we kijken naar het brein
van deze dieren
09:09
on the toptop panelpaneel you see the alignmentuitlijning of 125 cellscellen
154
533633
3667
zie je in het bovenste diagram
de opstelling van 125 cellen.
09:13
showingtonen what happensgebeurt with the brainhersenen activityactiviteit, the electricalelektrisch stormsstormen,
155
537300
4201
Ze laten zien wat er gebeurt
met de hersenactiviteit, de elektrische stormen,
09:17
of this samplemonster of neuronsneuronen in the brainhersenen
156
541501
2067
van deze verzameling neuronen in het brein
09:19
when the animaldier is usinggebruik makend van a joystickbedieningshendel.
157
543568
2116
wanneer het dier een joystick gebruikt.
09:21
And that's a pictureafbeelding that everyelk neurophysiologistneurofysioloog knowsweet.
158
545684
2600
Dit is een afbeelding
die iedere neurofysioloog kent.
09:24
The basicbasis- alignmentuitlijning showsshows that these cellscellen are codingcodering for all possiblemogelijk directionsroutebeschrijving.
159
548284
5183
De basisopstelling laat zien dat deze cellen coderen
voor alle mogelijke richtingen.
09:29
The bottombodem pictureafbeelding is what happensgebeurt when the bodylichaam stopsstops movingin beweging
160
553467
5683
Het onderste diagram toont wat er gebeurt
als het lichaam ophoudt met bewegen
09:35
and the animaldier startsstarts controllinghet controleren eithereen van beide a roboticrobot deviceapparaat or a computationalcomputational avataravatar.
161
559150
6134
en het dier een robot
of een digitale avatar gaat besturen.
09:41
As fastsnel as we can resetReset our computerscomputers,
162
565284
3066
Zo snel als we onze computers
kunnen herstarten,
09:44
the brainhersenen activityactiviteit shiftsverschuivingen to startbegin representingvertegenwoordigen this newnieuwe toolgereedschap,
163
568350
5818
verschuift de hersenactiviteit naar het voorstellen
van dit nieuwe instrument
09:50
as if this too was a partdeel of that primate'sPrimate's bodylichaam.
164
574168
5250
alsof het ook een onderdeel
van het lichaam van die primaat is.
09:55
The brainhersenen is assimilatingassimilatie that too, as fastsnel as we can measuremaatregel.
165
579418
4715
Het brein assimileert het ook
zo snel als we kunnen meten.
10:00
So that suggestssuggereert to us that our sensezin of selfzelf
166
584133
3618
Dat doet ons vermoeden
dat ons zelfbewustzijn
10:03
does not endeinde at the last layerlaag of the epitheliumepitheel of our bodieslichamen,
167
587751
4150
niet stopt bij de laatste huidlaag
van het lichaam,
10:07
but it endsloopt af at the last layerlaag of electronselektronen of the toolsgereedschap that we're commandingcommandant with our brainshersenen.
168
591901
5718
maar bij de laatste laag elektronen van de instrumenten die we met ons brein besturen.
10:13
Our violinsviolen, our carsauto's, our bicyclesfietsen, our soccervoetbal ballsballen, our clothingkleding --
169
597619
4764
Violen, auto's, fietsen, voetballen, kledij -
10:18
they all becomeworden assimilatedgeassimileerd by this voraciousvraatzuchtige, amazingverbazingwekkend, dynamicdynamisch systemsysteem calledriep the brainhersenen.
170
602383
6851
worden allemaal opgenomen door dit gulzige,
wonderbaarlijke, dynamische systeem: ons brein.
10:25
How farver can we take it?
171
609234
1699
Hoe ver kunnen we hiermee gaan?
10:26
Well, in an experimentexperiment that we ranrende a fewweinig yearsjaar agogeleden, we tooknam this to the limitbegrenzing.
172
610933
4218
We zochten de grens op in een experiment
dat we een paar jaar geleden deden.
10:31
We had an animaldier runninglopend on a treadmillloopband
173
615151
2482
We lieten een dier rennen
op een lopende band
10:33
at DukeHertog UniversityUniversiteit on the EastEast CoastKust of the UnitedVerenigd StatesStaten,
174
617633
2267
bij Duke University
aan de oostkust van de VS
10:35
producingproducerende the brainstormsbrainstorms necessarynoodzakelijk to moveverhuizing.
175
619900
2700
om de breinstormen te maken
die nodig zijn om te bewegen.
10:38
And we had a roboticrobot deviceapparaat, a humanoidhumanoïde robotrobot,
176
622600
4091
We hadden een mensachtige robot
10:42
in KyotoKyoto, JapanJapan at ATRATR LaboratoriesLaboratoria
177
626691
2394
in Kyoto, Japan,
bij ATR Laboratories
10:44
that was dreamingdromen its entiregeheel life to be controlledgecontroleerde by a brainhersenen,
178
629085
6094
die zijn hele leven ervan droomde
door een brein bestuurd te worden,
10:51
a humanmenselijk brainhersenen, or a primatePrimate brainhersenen.
179
635179
3273
een brein van mens of primaat.
10:54
What happensgebeurt here is that the brainhersenen activityactiviteit that generatedgegenereerd the movementsbewegingen in the monkeyaap
180
638452
4598
We stuurden de hersenactiviteit
die de aap deed bewegen
10:58
was transmittedverzonden to JapanJapan and madegemaakt this robotrobot walklopen
181
643050
3467
naar Japan
en lieten deze robot lopen
11:02
while footagebeeldmateriaal of this walkingwandelen was sentverzonden back to DukeHertog,
182
646517
4067
terwijl videobeelden hiervan
werden teruggestuurd naar Duke
11:06
so that the monkeyaap could see the legsbenen of this robotrobot walkingwandelen in frontvoorkant of her.
183
650584
5233
zodat de aap de benen van deze robot
voor zich zag lopen.
11:11
So she could be rewardedbeloond, not by what her bodylichaam was doing
184
655817
4067
Ze werd beloond,
niet voor wat haar lichaam deed,
11:15
but for everyelk correctcorrect stepstap of the robotrobot on the other sidekant of the planetplaneet
185
659884
4961
maar voor elke correcte stap die de robot
aan de andere kant van de wereld maakte
11:20
controlledgecontroleerde by her brainhersenen activityactiviteit.
186
664845
2609
dankzij de besturing
door haar hersenactiviteit.
11:23
FunnyGrappige thing, that roundronde tripreis around the globewereldbol tooknam 20 millisecondsmilliseconden lessminder
187
667454
7118
Grappig dat die reis rond de aarde 20 milliseconden
minder lang duurde
11:30
than it takes for that brainstormBrainstorm to leavehet verlof its headhoofd, the headhoofd of the monkeyaap,
188
674572
4150
dan de breinstorm nodig heeft
om het hoofd van de aap te verlaten
11:34
and reachberijk its owneigen musclespier.
189
678722
3870
en aan te komen bij zijn eigen spier.
11:38
The monkeyaap was movingin beweging a robotrobot that was sixzes timestijden biggergroter, acrossaan de overkant the planetplaneet.
190
682592
6030
De aap bewoog een robot aan de andere kant
van de planeet die zes keer groter was dan hijzelf.
11:44
This is one of the experimentsexperimenten in whichwelke that robotrobot was ablein staat to walklopen autonomouslyautonoom.
191
688622
6400
Dit is een van de experimenten
waarin die robot zelfstandig kon lopen.
11:50
This is CBCB1 fulfillingvervullen its dreamdroom in JapanJapan
192
695022
5267
Dit is CB1
terwijl zijn droom werkelijkheid wordt in Japan
11:56
underonder the controlcontrole of the brainhersenen activityactiviteit of a primatePrimate.
193
700289
3700
en hij bestuurd wordt
door de hersenactiviteit van een primaat.
11:59
So where are we takingnemen all this?
194
703989
1989
Waar gaat dit allemaal naartoe?
12:01
What are we going to do with all this researchOnderzoek,
195
705978
2343
Wat gaan we doen met al dit onderzoek,
12:04
besidesbehalve studyingaan het studeren the propertieseigenschappen of this dynamicdynamisch universeuniversum that we have betweentussen our earsoren?
196
708321
5668
afgezien van het bestuderen
van dat dynamische universum tussen onze oren?
12:09
Well the ideaidee is to take all this knowledgekennis and technologytechnologie
197
713989
4833
Het idee is om al deze kennis
en technologie te gebruiken
12:14
and try to restoreherstellen one of the mostmeest severeerge, ernstige neurologicalneurologische problemsproblemen that we have in the worldwereld-.
198
718822
5484
om een van de ernstigste neurologische problemen
die we kennen, op te lossen.
12:20
MillionsMiljoenen of people have lostde weg kwijt the abilityvermogen to translatevertalen these brainstormsbrainstorms
199
724306
4583
Miljoenen mensen kunnen deze breinstormen
niet meer omzetten in bewegingen.
12:24
into actionactie, into movementbeweging.
200
728889
2116
Miljoenen mensen kunnen deze breinstormen
niet meer omzetten in bewegingen.
12:26
AlthoughHoewel theirhun brainshersenen continuevoortzetten to produceproduceren those stormsstormen and codecode for movementsbewegingen,
201
731005
5234
Hoewel hun brein deze stormen
nog steeds aanmaakt
12:32
they cannotkan niet crosskruis a barrierbarrière that was createdaangemaakt by a lesionlaesie on the spinalspinal cordkoord.
202
736239
5167
kunnen ze niet langs de barrière
die ontstaan is door een dwarslaesie.
12:37
So our ideaidee is to createcreëren a bypassBypass,
203
741406
2450
Ons idee is om de dwarslaesie te omzeilen,
12:39
is to use these brain-machinehersenen-machine interfacesinterfaces to readlezen these signalssignalen,
204
743856
4032
om deze brein-machine-interface te gebruiken
om de signalen te lezen,
12:43
larger-scalegrotere schaal brainstormsbrainstorms that containbevatten the desireverlangen to moveverhuizing again,
205
747888
4050
grotere breinstormen
die het verlangen naar beweging bevatten,
12:47
bypassBypass the lesionlaesie usinggebruik makend van computationalcomputational microengineeringmicroengineering
206
751938
3969
om de dwarslaesie te omzeilen
met computationele microtechniek
12:51
and sendsturen it to a newnieuwe bodylichaam, a wholegeheel bodylichaam calledriep an exoskeletonexoskelet,
207
755907
7114
en het naar een nieuw lichaam te sturen,
een compleet lichaam, een exoskelet,
12:58
a wholegeheel roboticrobot suitpak that will becomeworden the newnieuwe bodylichaam of these patientspatiënten.
208
763021
5567
een 'robotpak' dat het nieuwe lichaam
van deze patiënten wordt.
13:04
And you can see an imagebeeld producedgeproduceerd by this consortiumconsortium.
209
768588
4126
Hier is een afbeelding
gemaakt door dit consortium.
13:08
This is a nonprofitnon-profit consortiumconsortium calledriep the WalkWandeling Again ProjectProject
210
772714
4059
Het is een non-profit consortium,
het Walk Again Project genaamd
13:12
that is puttingzetten togethersamen scientistswetenschappers from EuropeEuropa,
211
776773
2783
dat wetenschappers samenbrengt
uit Europa, de VS en Brazilië
13:15
from here in the UnitedVerenigd StatesStaten, and in BrazilBrazilië
212
779556
1865
dat wetenschappers samenbrengt
uit Europa, de VS en Brazilië
13:17
togethersamen to work to actuallywerkelijk get this newnieuwe bodylichaam builtgebouwd --
213
781421
4517
om te werken aan het bouwen
van dit nieuwe lichaam -
13:21
a bodylichaam that we believe, throughdoor the samedezelfde plasticplastic mechanismsmechanismen
214
785938
3334
een lichaam dat werkt
via dezelfde plastische mechanismen
13:25
that allowtoestaan AuroraAurora and other monkeysapen to use these toolsgereedschap throughdoor a brain-machinehersenen-machine interfaceinterface
215
789272
5802
die Aurora en andere apen deze instrumenten
laten gebruiken via een brein-machine-interface
13:30
and that allowstoestaat us to incorporateopnemen the toolsgereedschap that we produceproduceren and use in our dailydagelijks life.
216
795074
5630
en er de instrumenten nodig
voor ons dagelijks leven in op te nemen.
13:36
This samedezelfde mechanismmechanisme, we hopehoop, will allowtoestaan these patientspatiënten,
217
800704
3684
Hopelijk kunnen deze patiënten
dankzij dit mechanisme
13:40
not only to imaginestel je voor again the movementsbewegingen that they want to make
218
804388
3768
zich niet alleen de bewegingen inbeelden
die ze willen maken
13:44
and translatevertalen them into movementsbewegingen of this newnieuwe bodylichaam,
219
808156
3207
en deze vertalen in bewegingen
van dit nieuwe lichaam,
13:47
but for this bodylichaam to be assimilatedgeassimileerd as the newnieuwe bodylichaam that the brainhersenen controlscontrols.
220
811363
6758
maar ook dit lichaam opnemen
als het nieuwe lichaam dat het brein bestuurt.
13:54
So I was told about 10 yearsjaar agogeleden
221
818121
3851
Zo'n tien jaar geleden werd me verteld
13:57
that this would never happengebeuren, that this was closedichtbij to impossibleonmogelijk.
222
821972
5066
dat dit nooit zou gebeuren,
dat het bijna onmogelijk was.
14:02
And I can only tell you that as a scientistwetenschapper,
223
827038
2451
Als wetenschapper denk ik vaak terug
14:05
I grewgroeide up in southernzuidelijk BrazilBrazilië in the mid-'mid-'60s
224
829489
2986
aan het Brazilië van mijn jeugd,
rond 1965,
14:08
watchingkijken a fewweinig crazygek guys tellingvertellen [us] that they would go to the MoonMaan.
225
832475
5048
toen een paar maffe kerels ons vertelden
dat ze naar de maan zouden gaan.
14:13
And I was fivevijf yearsjaar oldoud,
226
837523
1461
Ik was vijf en begreep niet waarom ze
bij NASA Captain Kirk en Spock niet inhuurden -
14:14
and I never understoodbegrijpelijk why NASANASA didn't hirehuren CaptainKapitein KirkKirk and SpockSpock to do the jobbaan;
227
838984
4240
Ik was vijf en begreep niet waarom ze
bij NASA Captain Kirk en Spock niet inhuurden -
14:19
after all, they were very proficientbedreven --
228
843224
2432
die waren er toch heel goed in -
14:21
but just seeingziend that as a kidkind
229
845656
3450
maar toen ik dat zag als kind
14:25
madegemaakt me believe, as my grandmothergrootmoeder used to tell me,
230
849106
2985
geloofde ik, zoals mijn oma vaak zei:
14:27
that "impossibleonmogelijk is just the possiblemogelijk
231
852091
1845
"Het onmogelijke is gewoon het mogelijke
14:29
that someoneiemand has not put in enoughgenoeg effortinspanning to make it come truewaar."
232
853936
3904
waarvoor niemand nog genoeg moeite heeft gedaan
om het voor elkaar te krijgen."
14:33
So they told me that it's impossibleonmogelijk to make someoneiemand walklopen.
233
857840
3799
Ze vertelden me dat het onmogelijk is
om iemand weer te laten lopen.
14:37
I think I'm going to followvolgen my grandmother'soma 's adviceadvies.
234
861639
3251
Ik denk dat ik het advies
van mijn oma ga opvolgen.
14:40
Thank you.
235
864890
1450
Dank je wel.
14:42
(ApplauseApplaus)
236
866340
8029
(Applaus)
Translated by Philip Wolf
Reviewed by Rik Delaet

▲Back to top

ABOUT THE SPEAKER
Miguel Nicolelis - Neuroscientist
Miguel Nicolelis explores the limits of the brain-machine interface.

Why you should listen

At the Nicolelis Laboratory at Duke University, Miguel Nicolelis is best known for pioneering studies in neuronal population coding, Brain Machine Interfaces (BMI) and neuroprosthetics in human patients and non-human primates.His lab's work was seen, famously though a bit too briefly, when a brain-controlled exoskeleton from his lab helped Juliano Pinto, a paraplegic man, kick the first ball at the 2014 World Cup.

But his lab is thinking even bigger. They've developed an integrative approach to studying neurological disorders, including Parkinsons disease and epilepsy. The approach, they hope, will allow the integration of molecular, cellular, systems and behavioral data in the same animal, producing a more complete understanding of the nature of the neurophysiological alterations associated with these disorders. He's the author of the books Beyond Boundaries and The Relativistic Brain.

Miguel was honored as one of Foreign Policy's 2015 Global Thinkers.

More profile about the speaker
Miguel Nicolelis | Speaker | TED.com