TEDMED 2012
Miguel Nicolelis: A monkey that controls a robot with its thoughts. No, really.
Miguel Nicolelis: Ein Affe steuert einen Roboter – nur durch Gedanken!
Filmed:
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Können wir unser Gehirn benutzen, um Geräte direkt zu kontrollieren — ohne einen Körper dazwischen? Miguel Nicolelis erzählt von einem erstaunlichen Experiment, in dem ein schlauer Affe in den USA lernt, erst einen Affen-Avatar und dann einen Roboterarm in Japan, allein durch seine Gedanken, zu steuern. Diese Forschung hat große Auswirkungen für Tetraplegiker — und vielleicht für uns alle. (Gefilmt auf der TEDMED 2012.)
Miguel Nicolelis - Neuroscientist
Miguel Nicolelis explores the limits of the brain-machine interface. Full bio
Miguel Nicolelis explores the limits of the brain-machine interface. Full bio
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00:16
The kind of neuroscience that I do and my colleagues do
0
330
2851
Die Neurowissenschaft, die meine
Kollegen und ich praktizieren
Kollegen und ich praktizieren
00:19
is almost like the weatherman.
1
3181
2166
ähnelt der Meteorologie.
00:21
We are always chasing storms.
2
5347
3516
Wir suchen ständig nach Gewittern.
00:24
We want to see and measure storms -- brainstorms, that is.
3
8863
4883
Wir beobachten und messen
Gewitter – Geistesblitze.
Gewitter – Geistesblitze.
00:29
And we all talk about brainstorms in our daily lives,
4
13746
2768
Wir alle sprechen in unserem
Alltagsleben über Geistesblitze,
Alltagsleben über Geistesblitze,
00:32
but we rarely see or listen to one.
5
16514
3450
aber wir sehen oder hören selten einen.
00:35
So I always like to start these talks
6
19964
1634
Ich beginne Vorträge gerne damit,
00:37
by actually introducing you to one of them.
7
21598
2982
Ihnen einen davon vorzustellen.
00:40
Actually, the first time we recorded more than one neuron --
8
24580
3427
Als wir erstmals mehr als
ein Neuron aufgezeichnet haben –
ein Neuron aufgezeichnet haben –
00:43
a hundred brain cells simultaneously --
9
28007
2223
hundert Gehirnzellen gleichzeitig –
00:46
we could measure the electrical sparks
10
30230
2469
konnten wir die elektrischen Entladungen
00:48
of a hundred cells in the same animal,
11
32699
2680
von hundert Zellen
bei einem Tier messen,
bei einem Tier messen,
00:51
this is the first image we got,
12
35379
1802
das ist das erste Bild davon,
00:53
the first 10 seconds of this recording.
13
37181
2315
die ersten 10 Sekunden dieser Aufnahme.
00:55
So we got a little snippet of a thought,
14
39496
3351
Wir haben hier ein Gedankenbruchstück,
00:58
and we could see it in front of us.
15
42847
2905
das wir vor uns sehen konnten.
01:01
I always tell the students
16
45752
1012
Ich sage den Studenten,
01:02
that we could also call neuroscientists some sort of astronomer,
17
46764
4106
dass man Neurowissenschaftler
auch Astronomen nennen könnte,
auch Astronomen nennen könnte,
01:06
because we are dealing with a system
18
50870
1626
denn es geht um ein System,
01:08
that is only comparable in terms of number of cells
19
52496
2917
dessen Anzahl an Zellen
nur vergleichbar ist
nur vergleichbar ist
01:11
to the number of galaxies that we have in the universe.
20
55413
2936
mit der Anzahl an
Galaxien im Universum.
Galaxien im Universum.
01:14
And here we are, out of billions of neurons,
21
58349
3030
Wir haben von Milliarden von Neuronen,
01:17
just recording, 10 years ago, a hundred.
22
61379
2818
vor 10 Jahren nur 100 aufgezeichnet.
01:20
We are doing a thousand now.
23
64197
1583
Jetzt erfassen wir 1.000.
01:21
And we hope to understand something fundamental about our human nature.
24
65780
5400
Wir hoffen, Wesentliches über
die menschliche Natur zu erfahren.
die menschliche Natur zu erfahren.
01:27
Because, if you don't know yet,
25
71180
1932
Vielleicht war Ihnen das
bisher nicht bewusst,
bisher nicht bewusst,
01:29
everything that we use to define what human nature is comes from these storms,
26
73112
5250
aber wir definieren die menschliche
Natur ausschließlich über
Natur ausschließlich über
01:34
comes from these storms that roll over the hills and valleys of our brains
27
78362
4651
diese Stürme, die über die Hügel
und Täler unseres Gehirns rollen
und Täler unseres Gehirns rollen
01:38
and define our memories, our beliefs,
28
83013
3885
und unsere Erinnerung,
unsere Vorstellungen,
unsere Vorstellungen,
01:42
our feelings, our plans for the future.
29
86898
2700
unsere Gefühle,
unsere Zukunftspläne.
unsere Zukunftspläne.
01:45
Everything that we ever do,
30
89598
2398
Alles was wir machen,
01:47
everything that every human has ever done, do or will do,
31
91996
5067
alles was ein Mensch je
getan hat, tut oder tun wird,
getan hat, tut oder tun wird,
01:52
requires the toil of populations of neurons producing these kinds of storms.
32
97063
5434
erfordert den Einsatz von Neuronenpopulationen,
um diese Gewitter zu erzeugen.
um diese Gewitter zu erzeugen.
01:58
And the sound of a brainstorm, if you've never heard one,
33
102497
2483
Der Klang eines Gehirnsturms,
falls Sie noch keinen gehört haben,
falls Sie noch keinen gehört haben,
02:00
is somewhat like this.
34
104980
3349
ist ungefähr so.
02:04
You can put it louder if you can.
35
108329
3146
Man kann es noch lauter drehen.
02:07
My son calls this "making popcorn while listening to a badly-tuned A.M. station."
36
111475
6403
Mein Sohn nennt das
"Popcorn machen, wenn das Radio rauscht".
"Popcorn machen, wenn das Radio rauscht".
02:13
This is a brain.
37
117878
1485
Das ist ein Gehirn.
02:15
This is what happens when you route these electrical storms to a loudspeaker
38
119363
3434
So klingen diese elektrischen Stürme
über einen Lautsprecher.
über einen Lautsprecher.
02:18
and you listen to a hundred brain cells firing,
39
122797
2866
Sie hören die Entladung hunderter Gehirnzellen,
02:21
your brain will sound like this -- my brain, any brain.
40
125663
4622
so hört sich jedes Gehirn an.
02:26
And what we want to do as neuroscientists in this time
41
130285
3762
Als Neurowissenschaftler wollen wir uns
02:29
is to actually listen to these symphonies, these brain symphonies,
42
134047
5350
diese Symphonien des Gehirns anhören,
02:35
and try to extract from them the messages they carry.
43
139397
3400
und ihre Botschaften herausfiltern.
02:38
In particular, about 12 years ago
44
142797
2851
Vor etwa 12 Jahren schufen wir
02:41
we created a preparation that we named brain-machine interfaces.
45
145648
3048
ein Präparat, das wir die Schnittstelle
von Gehirn und Maschine nannten.
von Gehirn und Maschine nannten.
02:44
And you have a scheme here that describes how it works.
46
148696
2702
Dieses Schema beschreibt, wie es funktioniert.
02:47
The idea is, let's have some sensors that listen to these storms, this electrical firing,
47
151398
5566
Die Sensoren sollen den Stürmen,
dieser elektrischen Entladung, lauschen,
dieser elektrischen Entladung, lauschen,
02:52
and see if you can, in the same time that it takes
48
156964
3082
und feststellen, ob man in der Zeit,
die der Sturm braucht,
die der Sturm braucht,
02:55
for this storm to leave the brain and reach the legs or the arms of an animal --
49
160046
4969
um vom Gehirn zu den Beinen oder
Armen eines Tieres zu gelangen –
Armen eines Tieres zu gelangen –
03:00
about half a second --
50
165015
2864
etwa eine halbe Sekunde –
03:03
let's see if we can read these signals,
51
167879
2351
die Signale lesen kann,
03:06
extract the motor messages that are embedded in it,
52
170230
3400
die enthaltenen motorischen
Signale entnehmen,
Signale entnehmen,
03:09
translate it into digital commands
53
173630
2272
sie in digitale Befehle verwandeln
03:11
and send it to an artificial device
54
175902
1886
und sie an ein Gerät senden kann,
03:13
that will reproduce the voluntary motor wheel of that brain in real time.
55
177788
5893
das die willkürliche Motorik
des Gehirns in Echtzeit abbildet.
des Gehirns in Echtzeit abbildet.
03:19
And see if we can measure how well we can translate that message
56
183681
3848
Wir beobachten, wie gut wir
das Signal übertragen können,
das Signal übertragen können,
03:23
when we compare to the way the body does that.
57
187529
3518
im Vergleich zur
körpereigenen Weise.
körpereigenen Weise.
03:26
And if we can actually provide feedback,
58
191047
2866
Und ob wir wirklich eine Rückkopplung
über sensorische Signale
über sensorische Signale
03:29
sensory signals that go back from this robotic, mechanical, computational actuator
59
193913
5734
vom roboter-mechanischen,
rechnerbasierten Auslöser,
rechnerbasierten Auslöser,
03:35
that is now under the control of the brain,
60
199647
2251
der jetzt vom Gehirn kontrolliert wird,
03:37
back to the brain,
61
201898
1311
zurück zum Gehirn, erzeugen können,
03:39
how the brain deals with that,
62
203209
2121
und wie das Gehirn Signale verarbeitet,
03:41
of receiving messages from an artificial piece of machinery.
63
205330
4901
die von einem künstlichen
Mechanismus ausgehen.
Mechanismus ausgehen.
03:46
And that's exactly what we did 10 years ago.
64
210231
2321
Genau das taten wir vor 10 Jahren.
03:48
We started with a superstar monkey called Aurora
65
212552
2961
Wir begannen mit dem
Affen-Superstar Aurora,
Affen-Superstar Aurora,
03:51
that became one of the superstars of this field.
66
215513
2468
der auf diesem Gebiet zu
einem Superstar wurde.
einem Superstar wurde.
03:53
And Aurora liked to play video games.
67
217981
2299
Aurora spielte gerne Videospiele.
03:56
As you can see here,
68
220280
1373
Wie Sie hier sehen,
03:57
she likes to use a joystick, like any one of us, any of our kids, to play this game.
69
221653
4944
sie benutzte, wie jeder von uns,
beim Spielen gern einen Joystick.
beim Spielen gern einen Joystick.
04:02
And as a good primate, she even tries to cheat before she gets the right answer.
70
226597
4671
Als braver Primat, versuchte sie sogar
zu mogeln, um die richtige Antwort rauszufinden.
zu mogeln, um die richtige Antwort rauszufinden.
04:07
So even before a target appears that she's supposed to cross
71
231268
4283
Sogar bevor ein Ziel erscheint,
das sie mit dem
das sie mit dem
04:11
with the cursor that she's controlling with this joystick,
72
235551
2850
Joystick gesteuerten
Cursor anzielen soll.
Cursor anzielen soll.
04:14
Aurora is trying to find the target, no matter where it is.
73
238401
3951
versucht Aurora das Ziel
zu finden, egal wo es ist.
zu finden, egal wo es ist.
04:18
And if she's doing that,
74
242352
1469
Und wenn sie das macht, erhält sie,
04:19
because every time she crosses that target with the little cursor,
75
243821
3314
jedes Mal wenn sie das Ziel mit
dem kleinen Cursor erfasst,
dem kleinen Cursor erfasst,
04:23
she gets a drop of Brazilian orange juice.
76
247135
2950
einen Tropfen brasilianischen Orangensafts.
04:25
And I can tell you, any monkey will do anything for you
77
250085
2950
Und jeder Affe wird alles für Sie tun,
04:28
if you get a little drop of Brazilian orange juice.
78
253035
3100
wenn er einen Tropfen
dieses Orangensafts bekommt.
dieses Orangensafts bekommt.
04:32
Actually any primate will do that.
79
256135
2731
Eigentlich würde das jeder Primat machen.
04:34
Think about that.
80
258866
1334
Überlegen Sie sich das mal.
04:36
Well, while Aurora was playing this game, as you saw,
81
260200
3400
Während Aurora dieses Spiel spielte
04:39
and doing a thousand trials a day
82
263600
2435
und tausend Versuche am Tag machte
04:41
and getting 97 percent correct and 350 milliliters of orange juice,
83
266035
3883
und 97% richtig machte und
350 ml Orangensaft bekam,
350 ml Orangensaft bekam,
04:45
we are recording the brainstorms that are produced in her head
84
269918
3399
zeichneten wir die Gehirnstürme auf,
die in ihrem Kopf enstanden
die in ihrem Kopf enstanden
04:49
and sending them to a robotic arm
85
273317
1647
und sendeten sie an einen Roboterarm,
04:50
that was learning to reproduce the movements that Aurora was making.
86
274964
3871
der lernte die Bewegungen
Auroras zu reproduzieren.
Auroras zu reproduzieren.
04:54
Because the idea was to actually turn on this brain-machine interface
87
278835
3783
Die Idee war diese Schnittstelle von
Gehirn und Maschine einzuschalten
Gehirn und Maschine einzuschalten
04:58
and have Aurora play the game just by thinking,
88
282618
4700
und Aurora dieses Spiel allein
durch Denken spielen zu lassen,
durch Denken spielen zu lassen,
05:03
without interference of her body.
89
287318
2617
ohne Eingriff ihres Körpers.
05:05
Her brainstorms would control an arm
90
289935
2916
Ihre Gehirnströme würden
einen Arm kontrollieren,
einen Arm kontrollieren,
05:08
that would move the cursor and cross the target.
91
292851
2709
der den Cursor bewegt
und das Ziel erfasst.
und das Ziel erfasst.
05:11
And to our shock, that's exactly what Aurora did.
92
295560
3191
Zu unserem Entsetzen,
tat Aurora genau das.
tat Aurora genau das.
05:14
She played the game without moving her body.
93
298751
4200
Sie spielte das Spiel,
ohne ihren Körper zu bewegen.
ohne ihren Körper zu bewegen.
05:18
So every trajectory that you see of the cursor now,
94
302951
2237
Jede Bewegungslinie des Cursors,
die Sie jetzt sehen,
die Sie jetzt sehen,
05:21
this is the exact first moment she got that.
95
305188
3212
ist vom ersten Moment,
wo es ihr gelang.
wo es ihr gelang.
05:24
That's the exact first moment
96
308400
1784
Das ist das allererste Mal,
05:26
a brain intention was liberated from the physical domains of a body of a primate
97
310184
6767
dass ein Gehirnbefehl vom physischen Bereich
eines Primatenkörpers befreit wurde
eines Primatenkörpers befreit wurde
05:32
and could act outside, in that outside world,
98
316951
3700
und außerhalb davon agieren konnte,
05:36
just by controlling an artificial device.
99
320651
2966
allein durch Steuerung
eines Geräts.
eines Geräts.
05:39
And Aurora kept playing the game, kept finding the little target
100
323617
4917
Und Aurora spielte weiter,
fand weiter das kleine Ziel,
fand weiter das kleine Ziel,
05:44
and getting the orange juice that she wanted to get, that she craved for.
101
328534
3917
bekam weiterhin den
Orangensaft, den sie wollte.
Orangensaft, den sie wollte.
05:48
Well, she did that because she, at that time, had acquired a new arm.
102
332451
6701
Sie tat das, weil sie damals
einen neuen Arm bekommen hatte.
einen neuen Arm bekommen hatte.
05:55
The robotic arm that you see moving here 30 days later,
103
339152
2963
Der Roboterarm, den Sie hier 30 Tage
05:58
after the first video that I showed to you,
104
342115
2686
nach dem vorhin gezeigten Video
in Bewegung sehen,
in Bewegung sehen,
06:00
is under the control of Aurora's brain
105
344801
2650
ist unter der Kontrolle
von Auroras Gehirn
von Auroras Gehirn
06:03
and is moving the cursor to get to the target.
106
347451
3168
und bewegt den Cursor,
um das Ziel zu erreichen.
um das Ziel zu erreichen.
06:06
And Aurora now knows that she can play the game with this robotic arm,
107
350619
3899
Aurora weiß, dass Sie das Spiel mit Hilfe
dieses Roboterarms spielen kann,
dieses Roboterarms spielen kann,
06:10
but she has not lost the ability to use her biological arms to do what she pleases.
108
354518
5716
aber sie hat nicht die Fähigkeit verloren,
ihren biologischen Arm zu benutzen.
ihren biologischen Arm zu benutzen.
06:16
She can scratch her back, she can scratch one of us, she can play another game.
109
360234
4067
Sie kann ihren Rücken und jeden von uns kratzen,
sie kann auch etwas anderes spielen.
sie kann auch etwas anderes spielen.
06:20
By all purposes and means,
110
364301
1600
In jeder Hinsicht hatte
06:21
Aurora's brain has incorporated that artificial device
111
365901
4116
Auroras Gehirn das Gerät
06:25
as an extension of her body.
112
370017
2750
als eine Erweiterung ihres Körpers integriert.
06:28
The model of the self that Aurora had in her mind
113
372767
3533
Auroras Selbstbild, das sie im Kopf hatte,
06:32
has been expanded to get one more arm.
114
376300
4084
hatte sich erweitert, um einen
weiteren Arm aufzunehmen.
weiteren Arm aufzunehmen.
06:36
Well, we did that 10 years ago.
115
380384
2350
Das haben wir vor 10 Jahren gemacht.
06:38
Just fast forward 10 years.
116
382734
2833
Spulen Sie bloß 10 Jahre vor.
06:41
Just last year we realized that you don't even need to have a robotic device.
117
385567
4983
Erst letztes Jahr merkten wir, dass wir
nicht mal ein roboterhaftes Gerät brauchen.
nicht mal ein roboterhaftes Gerät brauchen.
06:46
You can just build a computational body, an avatar, a monkey avatar.
118
390550
5484
Man baut einfach einen
rechnerbasierten Körper, einen Affen-Avatar.
rechnerbasierten Körper, einen Affen-Avatar.
06:51
And you can actually use it for our monkeys to either interact with them,
119
396034
4250
Diesen kann man nutzen, damit die Affen
entweder damit interagieren können
entweder damit interagieren können
06:56
or you can train them to assume in a virtual world
120
400284
4439
oder man kann sie so trainieren,
dass sie in einer künstlichen Welt
dass sie in einer künstlichen Welt
07:00
the first-person perspective of that avatar
121
404723
3044
die Ich-Perspektive des Avatars einnehmen
07:03
and use her brain activity to control the movements of the avatar's arms or legs.
122
407767
5651
und mit ihrem Gehirn die Bewegungen
der Arme oder Beine des Avatars kontrollieren.
der Arme oder Beine des Avatars kontrollieren.
07:09
And what we did basically was to train the animals
123
413418
2766
Grundsätzlich trainierten wir die Tiere,
07:12
to learn how to control these avatars
124
416184
3050
damit sie lernten,
diese Avatare zu kontrollieren
diese Avatare zu kontrollieren
07:15
and explore objects that appear in the virtual world.
125
419234
3899
und Objekte in der
virtuellen Welt zu erforschen.
virtuellen Welt zu erforschen.
07:19
And these objects are visually identical,
126
423133
2301
Diese Objekte sind optisch identisch,
07:21
but when the avatar crosses the surface of these objects,
127
425434
3883
aber wenn der Avatar die Oberfläche
dieser Objekte durchbricht,
dieser Objekte durchbricht,
07:25
they send an electrical message that is proportional to the microtactile texture of the object
128
429317
6400
senden sie ein elektrisches Signal,
angepasst an die mikrotaktilen Textur des Objekts.
angepasst an die mikrotaktilen Textur des Objekts.
07:31
that goes back directly to the monkey's brain,
129
435717
4016
Dieses geht direkt an das Gehirn
des Affen zurück
des Affen zurück
07:35
informing the brain what it is the avatar is touching.
130
439733
5052
und teilt dem Gehirn mit,
was der Avatar berührt.
was der Avatar berührt.
07:40
And in just four weeks, the brain learns to process this new sensation
131
444785
4765
In nur vier Wochen lernt das Gehirn
diesen neuen Sinneseindruck zu verarbeiten
diesen neuen Sinneseindruck zu verarbeiten
07:45
and acquires a new sensory pathway -- like a new sense.
132
449550
6434
und erzeugt eine neue Sinnesbahn
– ähnlich einem neuen Sinn.
– ähnlich einem neuen Sinn.
07:51
And you truly liberate the brain now
133
455984
2416
Das Gehirn wird jetzt wirklich befreit,
07:54
because you are allowing the brain to send motor commands to move this avatar.
134
458400
4384
denn es kann Befehle senden,
um den Avatar zu bewegen.
um den Avatar zu bewegen.
07:58
And the feedback that comes from the avatar is being processed directly by the brain
135
462784
5000
Und die Rückmeldung vom Avatar
wird direkt vom Gehirn verarbeitet,
wird direkt vom Gehirn verarbeitet,
08:03
without the interference of the skin.
136
467784
2433
ohne die Einbindung der Haut.
08:06
So what you see here is this is the design of the task.
137
470217
2534
Hier sieht man den
Aufbau dieser Aufgabe.
Aufbau dieser Aufgabe.
08:08
You're going to see an animal basically touching these three targets.
138
472751
4250
Sie sehen, wie ein Tier
diese drei Ziele berührt.
diese drei Ziele berührt.
08:12
And he has to select one because only one carries the reward,
139
477001
4349
Und er muss eins auswählen,
denn nur eins führt zur Belohnung,
denn nur eins führt zur Belohnung,
08:17
the orange juice that they want to get.
140
481350
1867
den Orangensaft, den sie haben wollen.
08:19
And he has to select it by touch using a virtual arm, an arm that doesn't exist.
141
483217
5633
Und er muss es mit einem nicht
existierenden, virtuellen Arm auswählen.
existierenden, virtuellen Arm auswählen.
08:24
And that's exactly what they do.
142
488850
2000
Und genau das machen sie.
08:26
This is a complete liberation of the brain
143
490850
3435
Das ist eine völlige Befreiung des Gehirns
08:30
from the physical constraints of the body and the motor in a perceptual task.
144
494285
4282
von physischen Beschränkungen des Körpers
und der Motorik in einer Wahrnehmungsaufgabe.
und der Motorik in einer Wahrnehmungsaufgabe.
08:34
The animal is controlling the avatar to touch the targets.
145
498567
4167
Das Tier kontrolliert den Avatar,
um die Ziele zu berühren.
um die Ziele zu berühren.
08:38
And he's sensing the texture by receiving an electrical message directly in the brain.
146
502734
5651
Und es fühlt die Textur durch elektrische Signale,
die er direkt im Gehirn empfängt.
die er direkt im Gehirn empfängt.
08:44
And the brain is deciding what is the texture associated with the reward.
147
508385
3883
Das Gehirn bestimmt dann, welche
Textur mit der Belohnung verknüpft ist.
Textur mit der Belohnung verknüpft ist.
08:48
The legends that you see in the movie don't appear for the monkey.
148
512268
3832
Die Beschriftungen, die Sie im
Film sehen, sieht der Affe nicht.
Film sehen, sieht der Affe nicht.
08:52
And by the way, they don't read English anyway,
149
516100
2484
Und außerdem lesen sie
sowieso kein Englisch,
sowieso kein Englisch,
08:54
so they are here just for you to know that the correct target is shifting position.
150
518584
5216
sind also nur für Sie, damit Sie wissen,
dass das Ziel die Position wechselt.
dass das Ziel die Position wechselt.
08:59
And yet, they can find them by tactile discrimination,
151
523800
3934
Sie finden sie durch taktile Unterscheidung
09:03
and they can press it and select it.
152
527734
3217
und sie können sie
drücken und auswählen.
drücken und auswählen.
09:06
So when we look at the brains of these animals,
153
530951
2682
Wenn wir nun die Gehirne
dieser Tiere betrachten,
dieser Tiere betrachten,
09:09
on the top panel you see the alignment of 125 cells
154
533633
3667
sieht man auf der obersten Tafel
die Ausrichtung von 125 Zellen,
die Ausrichtung von 125 Zellen,
09:13
showing what happens with the brain activity, the electrical storms,
155
537300
4201
was zeigt, was mit der Gehirnaktivität
passiert, den elektrischen Stürmen,
passiert, den elektrischen Stürmen,
09:17
of this sample of neurons in the brain
156
541501
2067
dieser Auswahl von
Neuronen im Gehirn,
Neuronen im Gehirn,
09:19
when the animal is using a joystick.
157
543568
2116
wenn das Tier einen Joystick benutzt.
09:21
And that's a picture that every neurophysiologist knows.
158
545684
2600
Das ist ein Bild, das jeder Neurophysiologe kennt.
09:24
The basic alignment shows that these cells are coding for all possible directions.
159
548284
5183
Die Grundausrichtung zeigt, dass diese Zellen
für alle möglichen Richtungen kodiert sind.
für alle möglichen Richtungen kodiert sind.
09:29
The bottom picture is what happens when the body stops moving
160
553467
5683
Das untere Bild zeigt, was passiert,
wenn der Körper sich nicht mehr bewegt
wenn der Körper sich nicht mehr bewegt
09:35
and the animal starts controlling either a robotic device or a computational avatar.
161
559150
6134
und das Tier beginnt, eine roboterhaftes Gerät
oder einen Computer-Avatar zu kontrollieren.
oder einen Computer-Avatar zu kontrollieren.
09:41
As fast as we can reset our computers,
162
565284
3066
So schnell wie wir unsere
Computer neu einstellen können,
Computer neu einstellen können,
09:44
the brain activity shifts to start representing this new tool,
163
568350
5818
verlagert sich die Gehirnaktivität
um dieses neue Werkzeug abzubilden,
um dieses neue Werkzeug abzubilden,
09:50
as if this too was a part of that primate's body.
164
574168
5250
als wenn es ein Körperteil des Primaten wäre.
09:55
The brain is assimilating that too, as fast as we can measure.
165
579418
4715
Das Gehirn erfasst das schneller
als wir messen können.
als wir messen können.
10:00
So that suggests to us that our sense of self
166
584133
3618
Das deutet darauf hin, dass unser Selbstbild
10:03
does not end at the last layer of the epithelium of our bodies,
167
587751
4150
nicht bei der Haut
unseres Körpers aufhört,
unseres Körpers aufhört,
10:07
but it ends at the last layer of electrons of the tools that we're commanding with our brains.
168
591901
5718
sondern beim letzten Elektron der Werkzeuge,
die wir mit unseren Gehirnen steuern.
die wir mit unseren Gehirnen steuern.
10:13
Our violins, our cars, our bicycles, our soccer balls, our clothing --
169
597619
4764
Unsere Violinen, Autos, Fahrräder,
Fußbälle, Kleidung —
Fußbälle, Kleidung —
10:18
they all become assimilated by this voracious, amazing, dynamic system called the brain.
170
602383
6851
sie alle werden in das unersättliche,
dynamische System namens Gehirn integriert.
dynamische System namens Gehirn integriert.
10:25
How far can we take it?
171
609234
1699
Wie weit können wir das treiben?
10:26
Well, in an experiment that we ran a few years ago, we took this to the limit.
172
610933
4218
In einem Experiment, das wir vor einigen
Jahren machten, gingen wir ans Limit.
Jahren machten, gingen wir ans Limit.
10:31
We had an animal running on a treadmill
173
615151
2482
Wir hatten ein Tier, das in einer Tretmühle lief
10:33
at Duke University on the East Coast of the United States,
174
617633
2267
— an der Duke Universität
an der Ostküste der USA —
an der Ostküste der USA —
10:35
producing the brainstorms necessary to move.
175
619900
2700
und das die notwendigen Gehirnstürme
für die Bewegung produzierte.
für die Bewegung produzierte.
10:38
And we had a robotic device, a humanoid robot,
176
622600
4091
Und es gab einen humanoiden Roboter,
10:42
in Kyoto, Japan at ATR Laboratories
177
626691
2394
in Kyoto, Japan, in den ATR-Laboratorien,
10:44
that was dreaming its entire life to be controlled by a brain,
178
629085
6094
der sein ganzes Leben davon
geträumt hatte, von einem Gehirn,
geträumt hatte, von einem Gehirn,
10:51
a human brain, or a primate brain.
179
635179
3273
einem menschlichen oder einem
Primatengehirn, kontrolliert zu werden.
Primatengehirn, kontrolliert zu werden.
10:54
What happens here is that the brain activity that generated the movements in the monkey
180
638452
4598
Die Gehirnaktivität, die die
Bewegung im Affen erzeugte,
Bewegung im Affen erzeugte,
10:58
was transmitted to Japan and made this robot walk
181
643050
3467
wurde nach Japan gesendet
und ließ den Roboter laufen,
und ließ den Roboter laufen,
11:02
while footage of this walking was sent back to Duke,
182
646517
4067
während eine Videoaufzeichnung dieser
Bewegung wieder an Duke gesendet wurde,
Bewegung wieder an Duke gesendet wurde,
11:06
so that the monkey could see the legs of this robot walking in front of her.
183
650584
5233
damit der Affe vor sich sah, wie sich
die Beine des Roboters bewegten.
die Beine des Roboters bewegten.
11:11
So she could be rewarded, not by what her body was doing
184
655817
4067
So wurde sie nicht für etwas belohnt,
was ihr Körper machte,
was ihr Körper machte,
11:15
but for every correct step of the robot on the other side of the planet
185
659884
4961
sondern für jeden richtigen Schritt des Roboters
auf der anderen Seite der Erde,
auf der anderen Seite der Erde,
11:20
controlled by her brain activity.
186
664845
2609
den sie mit ihrer Gehirnaktivität kontrollierte.
11:23
Funny thing, that round trip around the globe took 20 milliseconds less
187
667454
7118
Witzigerweise brauchte die Reise
um den Globus 20 Millisekunden weniger,
um den Globus 20 Millisekunden weniger,
11:30
than it takes for that brainstorm to leave its head, the head of the monkey,
188
674572
4150
als der Geistesblitz braucht, um
den Kopf des Affen zu verlassen
den Kopf des Affen zu verlassen
11:34
and reach its own muscle.
189
678722
3870
und seinen eigenen Muskel zu erreichen.
11:38
The monkey was moving a robot that was six times bigger, across the planet.
190
682592
6030
Der Affe bewegte einen Roboter, auf der anderen Seite des Planeten, der sechsmal größer war.
11:44
This is one of the experiments in which that robot was able to walk autonomously.
191
688622
6400
In diesem Experiment konnte
der Roboter selbständig laufen.
der Roboter selbständig laufen.
11:50
This is CB1 fulfilling its dream in Japan
192
695022
5267
Hier lebt CB1 gerade
seinen Traum in Japan,
seinen Traum in Japan,
11:56
under the control of the brain activity of a primate.
193
700289
3700
kontrolliert von der
Gehirnaktivität eines Primaten.
Gehirnaktivität eines Primaten.
11:59
So where are we taking all this?
194
703989
1989
Wie weit treiben wir das alles?
12:01
What are we going to do with all this research,
195
705978
2343
Was machen wir mit der ganzen Forschung,
12:04
besides studying the properties of this dynamic universe that we have between our ears?
196
708321
5668
außer das dynamische Universum
zwischen unseren Ohren zu studieren?
zwischen unseren Ohren zu studieren?
12:09
Well the idea is to take all this knowledge and technology
197
713989
4833
Wir wollen mit diesem Wissen
und dieser Technologie
und dieser Technologie
12:14
and try to restore one of the most severe neurological problems that we have in the world.
198
718822
5484
eines der schwersten neurologischen
Probleme der Welt auflösen.
Probleme der Welt auflösen.
12:20
Millions of people have lost the ability to translate these brainstorms
199
724306
4583
Millionen von Menschen haben
die Fähigkeit verloren, diese Hirnströme
die Fähigkeit verloren, diese Hirnströme
12:24
into action, into movement.
200
728889
2116
in Bewegung umzusetzen.
12:26
Although their brains continue to produce those storms and code for movements,
201
731005
5234
Obwohl die Gehirne weiterhin diese
Stürme und Bewegungscodes erzeugen,
Stürme und Bewegungscodes erzeugen,
12:32
they cannot cross a barrier that was created by a lesion on the spinal cord.
202
736239
5167
gelangen sie nicht über die Barriere, die durch eine Verletzung des Rückenmarks entstanden ist.
12:37
So our idea is to create a bypass,
203
741406
2450
Wir wollen einen Bypass schaffen,
12:39
is to use these brain-machine interfaces to read these signals,
204
743856
4032
um mit der Schnittstelle von Gehirn
und Maschine diese Signale zu lesen,
und Maschine diese Signale zu lesen,
12:43
larger-scale brainstorms that contain the desire to move again,
205
747888
4050
größere Hirnstürme, die das Verlangen
nach Bewegung in sich tragen,
nach Bewegung in sich tragen,
12:47
bypass the lesion using computational microengineering
206
751938
3969
umgehen die Verletzung unter
Nutzung von Mikrotechnologie
Nutzung von Mikrotechnologie
12:51
and send it to a new body, a whole body called an exoskeleton,
207
755907
7114
und senden es an einen komplett
neuen Korpus namens Ektoskelett,
neuen Korpus namens Ektoskelett,
12:58
a whole robotic suit that will become the new body of these patients.
208
763021
5567
ein Roboteranzug, der zum neuen
Körper dieser Patienten wird.
Körper dieser Patienten wird.
13:04
And you can see an image produced by this consortium.
209
768588
4126
Sie sehen hier ein Bild, das von
dieser Gruppe produziert wurde.
dieser Gruppe produziert wurde.
13:08
This is a nonprofit consortium called the Walk Again Project
210
772714
4059
Diese gemeinnützige Organisation
nennt sich "Walk Again Project".
nennt sich "Walk Again Project".
13:12
that is putting together scientists from Europe,
211
776773
2783
Sie führt Wissenschaftler
zusammen, aus Europa,
zusammen, aus Europa,
13:15
from here in the United States, and in Brazil
212
779556
1865
den Vereinigten Staaten und Brasilien,
13:17
together to work to actually get this new body built --
213
781421
4517
um diesen neuen Körper zu bauen –
13:21
a body that we believe, through the same plastic mechanisms
214
785938
3334
ein Körper, der es uns ermöglicht, durch
dieselben plastischen Mechanismen,
dieselben plastischen Mechanismen,
13:25
that allow Aurora and other monkeys to use these tools through a brain-machine interface
215
789272
5802
die Aurora und die anderen Affen ermächtigte, dieses Instrument über diese Schnittstelle zu nutzen,
13:30
and that allows us to incorporate the tools that we produce and use in our daily life.
216
795074
5630
die Hilfsmittel zu integrieren, die wir
im Alltag produzieren und verwenden.
im Alltag produzieren und verwenden.
13:36
This same mechanism, we hope, will allow these patients,
217
800704
3684
Wir hoffen, dass genau dieser Mechanismus
diesen Patienten dazu befähigt,
diesen Patienten dazu befähigt,
13:40
not only to imagine again the movements that they want to make
218
804388
3768
sich die Bewegungen, die sie
machen wollen, nicht nur vorzustellen
machen wollen, nicht nur vorzustellen
13:44
and translate them into movements of this new body,
219
808156
3207
und in Bewegungen des
neuen Körpers zu übertragen,
neuen Körpers zu übertragen,
13:47
but for this body to be assimilated as the new body that the brain controls.
220
811363
6758
sondern dass dies als neuer, vom Gehirn
gesteuerter, Körper einverleibt wird.
gesteuerter, Körper einverleibt wird.
13:54
So I was told about 10 years ago
221
818121
3851
Vor 10 Jahren wurde mir gesagt,
13:57
that this would never happen, that this was close to impossible.
222
821972
5066
dass es so gut wie unmöglich wäre.
14:02
And I can only tell you that as a scientist,
223
827038
2451
Und ich kann Ihnen das nur als Wissenschaftler sagen,
14:05
I grew up in southern Brazil in the mid-'60s
224
829489
2986
der in den '60ern im Süden Brasiliens aufwuchs,
14:08
watching a few crazy guys telling [us] that they would go to the Moon.
225
832475
5048
und ein paar Verrückte sah, die sagten,
dass sie zum Mond gehen würden.
dass sie zum Mond gehen würden.
14:13
And I was five years old,
226
837523
1461
Ich war fünf Jahre alt
14:14
and I never understood why NASA didn't hire Captain Kirk and Spock to do the job;
227
838984
4240
und ich habe nie verstanden, warum die NASA nicht Captain Kirk und Spock für den Job angeheuerte hat;
14:19
after all, they were very proficient --
228
843224
2432
schließlich waren sie sehr erfahren –
14:21
but just seeing that as a kid
229
845656
3450
aber das als Kind zu sehen,
14:25
made me believe, as my grandmother used to tell me,
230
849106
2985
ließ mich, wie meine Großmutter
mir oft sagte, glauben,
mir oft sagte, glauben,
14:27
that "impossible is just the possible
231
852091
1845
dass "das Unmögliche nur das Mögliche ist,
14:29
that someone has not put in enough effort to make it come true."
232
853936
3904
um dessen Verwirklichung sich noch
niemand genügend bemüht hat."
niemand genügend bemüht hat."
14:33
So they told me that it's impossible to make someone walk.
233
857840
3799
Sie sagten mir, es wäre unmöglich
jemanden zum Laufen zu bringen.
jemanden zum Laufen zu bringen.
14:37
I think I'm going to follow my grandmother's advice.
234
861639
3251
Ich werde wohl den Rat
meiner Großmutter befolgen.
meiner Großmutter befolgen.
14:40
Thank you.
235
864890
1450
Danke.
14:42
(Applause)
236
866340
8029
(Applaus)
ABOUT THE SPEAKER
Miguel Nicolelis - NeuroscientistMiguel 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.
Miguel Nicolelis | Speaker | TED.com