Soy profesor en el MIT,
pero no diseño edificios ni sistemas informáticos.
Por el contrario, construyo partes del cuerpo,
piernas biónicas que potencian la marcha humana y la carrera.
En 1982 tuve un accidente de montaña,
y me tuvieron que amputar las dos piernas debido al daño tisular por congelación.
Aquí pueden ver mis piernas:
24 sensores, 6 microprocesadores
y activadores similares a tendones musculares.
Básicamente soy un montón de tuercas y tornillos de la rodilla para abajo.
Pero con esta tecnología biónica avanzada,
puedo saltar, bailar y correr.
(Aplausos)
Gracias.
(Aplausos)
Soy un hombre biónico, pero aún no un organismo cibernético o ciborg.
Cuando pienso en mover mis piernas,
señales neuronales de mi sistema nervioso central
pasan por mis nervios
y activan los músculos dentro de mis extremidades residuales.
Electrodos artificiales perciben estas señales
y pequeñas computadoras en la extremidad biónica
decodifican mis impulsos nerviosos en mis patrones de movimiento previstos.
Dicho simplemente,
cuando pienso en moverme,
ese comando se comunica con la parte artificial de mi cuerpo.
Sin embargo, esas computadoras no pueden meter información en mi sistema nervioso.
Cuando toco y muevo mis extremidades artificiales,
No experimento sensaciones normales de tacto y movimiento.
Si fuera un ciborg y pudiera sentir mis piernas
a través de computadoras ingresando información en mi sistema nervioso,
fundamentalmente cambiaría, creo yo,
mi relación con mi cuerpo sintético.
Hoy no puedo sentir las piernas,
A causa de eso,
mis piernas son herramientas separadas de mi mente y mi cuerpo.
No son parte de mí.
Creo que si fuera un ciborg y pudiera sentir las piernas,
se convertirían en parte de mí, parte de mi ser.
En el MIT estamos pensando en el Diseño NeuroEmbodied.
En este proceso de diseño,
el diseñador diseña carne y hueso humano, el cuerpo biológico en sí mismo,
junto con sintéticos para mejorar la comunicación bidireccional
entre el sistema nervioso y el mundo construido.
Diseño NeuroEmbodied es una metodología para crear funciones ciborg.
En este proceso de diseño, los diseñadores contemplan un futuro
en el que la tecnología ya no actúa por separado,
como algo sin vida apartado de mente y cuerpo,
un futuro en el que la tecnología ha sido cuidadosamente integrada
a nuestra naturaleza,
un mundo en el que lo biológico y lo no biológico,
lo humano y lo no humano,
lo natural y lo no natural,
será una frontera difusa para siempre.
Ese futuro dará a la humanidad nuevos cuerpos.
El diseño NeuroEmbodied extenderá el sistema nervioso
en el mundo sintético,
y el mundo sintético en nosotros,
cambiando fundamentalmente quiénes somos.
Al diseñar el cuerpo biológico para comunicarse mejor
con el mundo del diseño construido,
la humanidad pondrá fin a la discapacidad en este siglo XXI
y sentará las bases científicas y tecnológicas
para aumentar el potencial humano,
extender las capacidades humanas más allá de los niveles fisiológicos innatos,
en un nivel cognitivo, emocional y físico.
Hay muchas maneras de construir nuevos cuerpos a escala,
desde lo biomolecular a la escala de tejidos y órganos.
Hoy, quiero hablar de un área del diseño NeuroEmbodied,
en la cual los tejidos del cuerpo son manipulados y esculpidos
mediante procesos quirúrgicos y regenerativos.
El paradigma actual de la amputación
no ha cambiado fundamentalmente desde la Guerra Civil de EE.UU.
y se ha vuelto obsoleto a la luz de los desarrollos notables
en actuadores, sistemas de control y tecnologías de interfaz neuronal.
Una deficiencia importante es la falta de interacciones musculares dinámicas
para el control y la propiocepción.
¿Qué es la propiocepción?
Al flexionar el tobillo, los músculos del frente de la pierna se contraen,
estirando simultáneamente los músculos en la parte posterior de la pierna.
Lo contrario sucede al extender el tobillo.
Aquí, los músculos en la parte posterior de la pierna se contraen,
estirando los músculos en el frente.
Cuando estos músculos se flexionan y se extienden,
unos sensores biológicos del interior de los tendones musculares
envían información a través de los nervios al cerebro.
Así es como podemos sentir dónde están los pies
sin verlos con nuestros ojos.
El paradigma de la amputación actual rompe estas dinámicas relaciones musculares,
y, al hacerlo, elimina las sensaciones propioceptivas normales.
En consecuencia, una extremidad artificial estándar
no puede retroalimentar la información al sistema nervioso
sobre dónde está la prótesis en el espacio.
El paciente, por lo tanto, no puede sentir ni sentir
las posiciones y movimientos de la articulación ortopédica
sin verlo con sus ojos.
Mis piernas fueron amputadas usando esta metodología de la época de la Guerra Civil.
Puedo sentir mis pies, puedo sentirlos ahora
como una conciencia fantasma.
Pero cuando intento moverlos, no puedo.
Se siente como si estuvieran atrapados dentro de botas de esquí rígidas.
Para resolver estos problemas,
en MIT, inventamos la Interfaz Mioneural Agonista-antagonista,
o IMA, para abreviar.
El IMA es un método para conectar los nervios dentro del residuo
a una prótesis externa, biónica.
¿Cómo se diseña la interfaz IMA y cómo funciona?
La IMA comprende dos músculos que están conectados quirúrgicamente,
un agonista vinculado a un antagonista.
Cuando el agonista se contrae por activación eléctrica,
estira al antagonista.
Esta interacción dinámica muscular
causa sensores biológicos dentro del tendón del músculo
para enviar información a través del nervio al sistema nervioso central,
información relacionada sobre la longitud, velocidad y fuerza del tendón del músculo.
Así es como funciona la propiocepción del tendón muscular,
y es la forma principal en que nosotros, como humanos,
puede sentir y sentir las posiciones, movimientos y fuerzas en las extremidades.
Cuando una extremidad es amputada,
el cirujano conecta estos músculos opuestos dentro del residuo
para crear una IMA
Se pueden crear múltiples construcciones IMA
para el control y la sensación de múltiples articulaciones ortopédicas.
En cada músculo IMA se colocan electrodos artificiales
y pequeñas computadoras dentro de la extremidad biónica decodifican esas señales
para controlar potentes motores en la extremidad biónica.
Cuando la extremidad biónica se mueve,
los músculos IMA se mueven hacia adelante y hacia atrás,
enviando señales a través del nervio al cerebro,
permite que una persona que usa la prótesis experimente sensaciones naturales
de posiciones y movimientos de la prótesis.
¿Pueden estos principios de diseño de tejidos usarse en un ser humano real?
Hace unos años, mi buen amigo Jim Ewing --de 34 años--
se acercó a mí en busca de ayuda.
Jim estaba en un terrible accidente de escalada.
Cayó 50 pies en las Islas Caimán
cuando su cuerda no pudo atraparlo golpeando la superficie del suelo.
Él sufrió muchas, muchas heridas:
pulmones perforados y muchos huesos rotos.
Después de su accidente, soñó con volver a su deporte favorito,
escalar montañas,
pero ¿cómo podría ser esto posible?
La respuesta fue Equipo Ciborg,
un equipo de cirujanos, científicos e ingenieros
se reunieron en el MIT para reconstruir a Jim a su antigua destreza de escalada.
El Dr. Matthew Carty, un miembro del equipo amputó la pierna de Jim severamente dañada
en el hospital Brigham and Women de Boston,
mediante el procedimiento quirúrgico IMA.
Se crearon poleas tendinosas y se unieron al hueso tibial de Jim
para volver a conectar los músculos opuestos.
El procedimiento IMA reestableció el vínculo neuronal
entre los músculos de tobillo de Jim y su cerebro.
Cuando Jim mueve su miembro fantasma,
los músculos reconectados se mueven en pares dinámicos, haciendo que
las señales de la propiocepción pasen a través de los nervios al cerebro,
Jim experimenta sensaciones normales con posiciones y movimientos de tobillo y pie
incluso con los ojos vendados.
Aquí está Jim en el laboratorio del MIT después de sus cirugías.
Vinculamos eléctricamente los músculos IMA de Jim, a través de los electrodos,
a una extremidad biónica,
y Jim aprendió rápidamente a mover la extremidad biónica
en cuatro direcciones distintas de movimiento de tobillo y pie.
Estábamos emocionados con estos resultados pero luego Jim se puso de pie,
y lo que ocurrió fue realmente notable.
Toda la biomecánica natural mediada por el sistema nervioso central
emergió a través de la extremidad sintética
como una acción involuntaria y reflexiva.
Las complejidades de la colocación de los pies durante el ascenso de la escalera
(Aplausos)
surgió ante nuestros ojos.
Aquí está Jim descendiendo pasos,
llegando con su dedo biónico a la siguiente banda de rodamiento,
exhibiendo automáticamente movimientos naturales
sin él, incluso tratando de mover su extremidad.
Dado que el sistema nervioso de Jim recibe las señales propioceptivas,
sabe exactamente cómo controlar la extremidad sintética de forma natural.
Ahora, Jim se mueve y se comporta como si la extremidad sintética fuera parte de él.
Por ejemplo, un día en el laboratorio,
accidentalmente pisó un rollo de cinta aislante.
Ahora, ¿qué haces cuando algo está pegado a tu zapato?
No alcanzas abajo así; es demasiado incómodo
En cambio, lo sacudes,
y eso es exactamente lo que hizo Jim
después de estar conectado neuronalmente a la extremidad por unas pocas horas.
Lo que fue más interesante para mí
es lo que Jim nos estaba diciendo que estaba experimentando.
Él dijo: "El robot se convirtió en parte de mí".
Jim Ewing: La mañana después de la primera vez que estuve apegado al robot,
mi hija bajó y me preguntó cómo era ser un ciborg,
y mi respuesta fue que no me sentía como un ciborg.
Sentí que tenía mi pierna,
y no era que estuviera apegado al robot
tanto como el robot estaba conectado a mí,
y el robot se convirtió en parte de mí.
Se convirtió en mi pierna bastante rápido.
Hugh Herr: Gracias.
(Aplausos)
Al conectar bidireccionalmente el sistema nervioso de Jim
a su extremidad sintética,
hemos hecho posible una manifestación neurológica.
Mi hipótesis de que, dado que Jim puede pensar y mover su extremidad sintética,
y puede sentir esos movimientos dentro de su sistema nervioso,
la prótesis ya no es una herramienta separada,
sino una parte integral de Jim, una parte integral de su cuerpo.
Debido a esta encarnación neurológica, Jim no se siente como un ciborg.
Siente que recuperó su pierna,
que recuperó su cuerpo.
A menudo me preguntan cuándo voy a estar vinculado neuronalmente
a mis extremidades sintéticas en forma bidireccional,
cuando voy a convertirme en un ciborg.
La verdad es que dudo de convertirme en un ciborg.
Antes de que me amputaran las piernas, era un estudiante terrible.
Obtuve malas notas en la escuela.
Más tarde, después de la amputación de mis extremidades,
de repente me convertí en profesor de MIT.
(Risas)
(Aplausos)
Mi preocupación es que una vez que esté conectado a mis extremidades nuevamente,
mi cerebro vuelva al camino de un yo no tan brillante.
(Risa)
Pero saben qué, está bien, porque en MIT ya me contrataron.
(Risas)
(Aplausos)
Creo que el alcance del diseño NeuroEmbodied
se extenderá más allá del reemplazo de extremidades
y llevará a la humanidad a dominios
que fundamentalmente redefinen el potencial humano.
En este siglo XXI,
los diseñadores extenderán el sistema nervioso a exoesqueletos muy fuertes
que los humanos podamos controlar y sentir con la mente.
Los músculos dentro del cuerpo se pueden reconfigurar
para controlar motores potentes,
y para tratar de sentir los movimientos del exoesqueleto,
aumentar la fuerza humana, el salto de altura y la velocidad de carrera.
En este siglo XXI, creo que los humanos nos convertiremos en superhéroes.
Los humanos también podemos extender nuestros cuerpos
con estructuras no antropomórficas, como alas,
controlando y sintiendo cada movimiento de ala dentro del sistema nervioso.
Leonardo da Vinci dijo: "Una vez que hayas probado el vuelo,
siempre caminarás por la tierra con tus ojos vueltos hacia el cielo,
porque allí has ​​estado y siempre anhelarás regresar".
Cuando este siglo llegue a su fin, en mi opinión,
los seres humanos serán irreconocibles, en apariencia y modo de movimiento,
de los humanos de hoy.
La humanidad tomará vuelo y se elevará.
Jim Ewing cayó al suelo y resultó gravemente herido,
pero sus ojos han mirado al cielo, donde siempre había deseado regresar.
Después del accidente, no solo soñó con caminar de nuevo,
sino también volver a su deporte favorito, escalar montañas.
El Equipo Ciborg de MIT creó una extremidad específica para el mundo vertical para Jim,
una pierna completamente funcional controlada por el cerebro.
Mediante esta tecnología, Jim regresó a las Islas Caimán,
el sitio de su accidente,
reconstruido como un ciborg para conquistar la cima una vez más.
(Rompimiento de olas)
(Aplausos)
Gracias.
(Aplausos)
Señoras y señores, Jim Ewing, el primer escalador ciborg.
(Aplausos)