Sono un docente del MIT,
ma non progetto edifici o sistemi informatici.
Piuttosto, costruisco ausili corporei,
arti bionici che aumentano la potenza del camminare e del correre umano.
Nel 1982, ho avuto un incidente di scalata
e mi sono state amputate le gambe a causa dei danni dovuti al congelamento.
Qui, potete vedere le mie gambe:
24 sensori, sei microprocessori e attuatori simili a tendini muscolari.
Sono essenzialmente un agglomerato di dadi e bulloni dalle ginocchia in giù.
Ma con questa tecnologia bionica avanzata,
posso saltare, danzare e correre.
(Applausi)
Grazie.
(Applausi)
Sono un uomo bionico, ma non ancora un cyborg.
Quando penso di muovere le gambe,
segnali neuronali dal sistema nervoso centrale
percorrono i nervi
e attivano i muscoli dei miei arti residuali.
Elettrodi artificiali percepiscono questi segnali
e piccoli computer nei miei arti bionici
decodificano le pulsazioni neuronali in modelli di movimento intenzionale.
Per dirlo in modo semplice,
quando penso di muovermi,
quel comando è comunicato alle parti artificiali del mio corpo.
Comunque, questi computer non possono inserire dati nel mio sistema nervoso.
Quando tocco e muovo gli arti artificiali,
non provo le normali sensazioni del tatto e del movimento
Se fossi un cyborg e potessi sentire le mie gambe
grazie a piccoli computer che introducono informazioni nel mio sistema nervoso,
questo cambierebbe radicalmente, credo,
il mio rapporto col mio corpo artificiale.
Oggi, non posso sentire le mie gambe,
e per questo motivo,
le mie gambe sono strumenti separati dalla mia mente e dal mio corpo.
Non sono parte di me.
Credo che se fossi un cyborg, e le potessi sentire,
le mie gambe diventerebbero parte di me, parte del mio essere.
Al MIT, stiamo lavorando al NeuroEmbodied Design.
In questo percorso progettuale,
il ricercatore progetta carne e ossa, lo stesso corpo biologico,
insieme alle parti sintetiche
per aumentare la comunicazione bidirezionale
tra il sistema nervoso e l'ambiente artificiale.
NeuroEmbodied Design è una metodologia per creare funzionalità cyborg.
In questo percorso progettuale, i ricercatori intravedono un futuro
in cui la tecnologia non sarà più compromessa
da strumenti privi di vita e separati dalla nostra mente e dai nostri corpi,
un futuro nel quale la tecnologia sarà accuratamente integrata
all'interno della nostra natura,
un mondo in cui ciò che è biologico e ciò che non è biologico,
ciò che è umano e ciò che non è umano,
ciò che è natura e ciò che non è natura
sarà sfocato per sempre.
Quel futuro fornirà all'umanità nuovi corpi.
Il NeuroEmbodied Design estenderà il nostro sistema nervoso
nel mondo artificiale
e il mondo artificiale dentro di noi,
cambiando fondamentalmente chi siamo.
Progettando il corpo biologico in modo che possa comunicare meglio
con il mondo del design costruito,
l’umanità porrà termine alla disabilità in questo XXI secolo
e stabilirà le basi scientifiche e tecnologiche
per aumentare le potenzialità umane,
estendendo le capacità umane oltre i livelli fisiologici innati,
a livello cognitivo, emotivo e fisico.
Ci sono molti modi per costruire nuove parti corporee a vari livelli,
dal biomolecolare a quello dei tessuti e degli organi.
Oggi, voglio parlarvi di un’area del NeuroEmbodied Design,
dove i tessuti corporei sono manipolati e scolpiti
usando processi chirurgici e rigenerativi.
L’attuale paradigma amputazionale
non è sostanzialmente cambiato dalla Guerra Civile americana
ed è diventato obsoleto alla luce dei notevoli sviluppi
di attuatori, sistemi di controllo e tecnologie di interfaccia neuronale.
Una carenza importante è la mancanza di interazioni muscolari dinamiche
per il controllo e la propriocezione.
Cos’è la propriocezione?
Se flettete la caviglia, i muscoli anteriori si contraggono,
allungando simultaneamente i muscoli posteriori della vostra gamba.
Avviene l’opposto se estendete la caviglia.
Qui, i muscoli posteriori della gamba si contraggono
allungando i muscoli anteriori.
Quando questi muscoli si flettono ed allungano,
sensori biologici all’interno dei tendini
inviano informazioni al cervello attraverso i nervi.
Questo ci permette di sentire dove sono i piedi
senza vederli con i nostri occhi.
L’attuale paradigma amputazionale sacrifica queste relazioni dinamiche,
e nel farlo elimina le normali sensazioni propriocettive.
Conseguentemente, un arto artificiale standard
non può trasmettere informazioni al sistema nervoso
sulla posizione degli arti protesici nello spazio.
Il paziente perciò non può provare sensazioni e avvertire
le posizioni e i movimenti delle giunture protesiche
senza vederle con i propri occhi.
Le gambe mi sono state amputate usando questo metodo da Guerra di Secessione.
Posso sentire i miei piedi, posso sentirli proprio adesso,
come consapevolezza fantasma.
Ma quando provo a muoverli, non posso.
È come se fossero conficcati dentro rigidi scarponi da sci.
Per risolvere questi problemi,
al MIT, abbiamo inventato l’interfaccia mioneurale agonista-antagonista,
o AMI, per abbreviare.
AMI è un metodo per collegare i nervi negli arti residuali
a protesi bioniche esterne.
Come è progettato AMI e come funziona?
AMI è costituito da due muscoli che sono connessi chirurgicamente,
un agonista collegato ad un antagonista.
Quando l’agonista si contrae per attivazione elettrica,
fa allungare l’antagonista.
L’interazione dinamica dei muscoli
permette ai sensori biologici presenti nel tendine
di inviare informazioni attraverso i nervi al sistema nervoso centrale,
collegando informazioni su allungamento del tendine, velocità e forza.
Così funziona la propriocezione nei tendini,
ed è il modo principale in cui noi, come umani,
possiamo provare e sentire la posizione, i movimenti e le tensioni sui nostri arti.
Quando un arto è amputato,
il chirurgo connette questi muscoli opponibili nell'arto residuale
per creare un AMI.
Possono essere creati costrutti AMI multipli
per il controllo e la sensazione di giunture protesiche multiple.
Elettrodi artificiali sono allora posti su ciascun muscolo AMI,
e piccoli computer dentro gli arti bionici decodificano questi segnali
per controllare i potenti motori dell'arto bionico.
Quando si muove l’arto bionico,
i muscoli AMI si muovono avanti e indietro,
inviando segnali al cervello attraverso i nervi,
permettendo alla persona con protesi di provare sensazioni naturali
di posizione e movimento delle protesi.
Questi principi di progetto tissutale si possono usare in un essere umano reale?
Alcuni anni fa, il mio buon amico Jim Ewing, di 34 anni,
mi ha contattato per chiedere aiuto.
Jim aveva avuto un incidente di scalata terribile.
Cadde per 15 metri nelle Isole Cayman
e la sua corda non riuscì a bloccarlo prima dell'impatto sul terreno.
Riportò molti, molti danni:
polmoni perforati e molte ossa rotte.
Dopo quest’incidente, sognava di tornare al suo sport preferito
di scalare montagne,
ma come renderlo possibile?
La risposte era: Team Cyborg,
uno staff di chirurghi, scienziati e ingegneri
insieme al MIT per riconsegnare Jim alle sue passate prodezze nelle scalate.
Il Dr. Matthew Carty, membro del team, amputò la gamba gravemente danneggiata
al Brigham e Women’s Hospital di Boston,
usando la procedura chirurgica AMI.
Sospensori per il tendine vennero creati ed attaccati alla tibia di Jim
per riconnettere i muscoli opponibili.
La procedura AMI ristabilì i link neuronali
tra i muscoli della gamba e del piede di Jim e il suo cervello.
Quando Jim muove il suo arto fantasma,
i muscoli riconnessi si muovono in coppie dinamiche,
permettendo ai segnali propriocettivi di giungere al cervello lungo i nervi,
così Jim prova sensazioni normali con posizioni gamba-piede e movimenti,
anche con visione cieca.
Ecco Jim al MIT dopo la sua operazione chirurgica.
Abbiamo connesso elettricamente i muscoli AMI di Jim con elettrodi,
all'arto bionico,
e Jim ha imparato velocemente come muovere l'arto bionico
in quattro distinte direzioni di movimento gamba-piede.
Eravamo entusiasti di questi risultati, ma dopo Jim si alzò,
e quello che è successo è stato davvero indimenticabile.
Tutte le funzionalità biomeccaniche mediate dal sistema nervoso centrale
sono emerse attraverso l'arto artificiale
come azioni di riflesso e involontarie.
Tutte le complessità della posizione del piede durante la salita delle scale,
(Applausi)
sono emerse davanti ai nostri occhi.
Ecco Jim mentre scende i gradini,
mentre raggiunge con la punta del piede bionico il gradino successivo,
esibendo automaticamente movimenti naturali
senza neanche provare a muovere il suo arto.
Poiché il sistema nervoso centrale di Jim sta ricevendo segnali propriocettivi,
sa esattamente come controllare l'arto artificiale in modo naturale.
Ora Jim si muove e si comporta
come se l'arto artificiale fosse parte di sé.
Per esempio, un giorno al laboratorio,
per sbaglio è finito sopra una bobina di nastro isolante.
Cosa fate quando qualcosa vi si incolla alla scarpa?
Non vi abbassate in questo modo; è troppo scomodo.
Invece, lo scrollate via,
esattamente quello che ha fatto Jim
dopo essere rimasto connesso neuralmente all'arto solo per poche ore.
La cosa più interessante per me
è quello che Jim affermava di stare provando.
Ha detto: "Il robot è diventato parte di me."
Jim Ewing: il mattino dopo la prima volta in cui sono stato attaccato al robot,
mia figlia arrivò al piano di sotto
e mi chiese cosa si prova ad essere un cyborg.
E la mia risposta fu che non mi sentivo un cyborg.
Sentivo di avere la mia gamba,
e non mi sembrava tanto di essere attaccato al robot
quanto piuttosto che il robot fosse attaccato a me.
Il robot è diventato parte di me.
È diventato la mia gamba, e piuttosto in fretta.
Hugh Herr: Grazie.
(Applausi)
Connettendo il sistema nervoso di Jim in maniera bidirezionale
al suo arto artificiale,
abbiamo reso possibile una manifestazione neurologica.
Ipotizzo che, poiché Jim può pensare e muovere il suo arto sintetico,
e poiché può registrare quei movimenti all'interno del suo sistema nervoso,
la protesi non è più uno strumento separato,
ma una parte integrante di Jim, una parte integrante del suo corpo.
Grazie a questa manifestazione neurologica Jim non si sente come un cyborg.
Si sente come se avesse di nuovo la sua gamba,
come se avesse di nuovo il suo corpo.
Spesso mi si chiede
quando sarò connesso neuronalmente, e bidirezionalmente, ai miei arti nuovi,
quando diventerò un cyborg.
La verità è che esito a diventare un cyborg.
Prima che le mie gambe fossero amputate, ero uno studente terribile.
Prendevo voti molto bassi a scuola.
Successivamente, dopo l'amputazione dei miei arti,
sono diventato all'improvviso un docente al MIT.
(Risate)
(Applausi)
La mia preoccupazione è che una volta che sono di nuovo connesso ai miei arti,
il mio cervello torni nel percorso di un sé non molto brillante.
(Risate)
Ma va bene comunque, perché al MIT mi hanno già ingaggiato.
(Risate)
(Applausi)
Credo che i risultati del NeuroEmbodied Design
andranno molto oltre la semplice sostituzione di arti
e raggiungeremo vette
che fondamentalmente ridefiniranno il potenziale umano.
In questo XXI secolo,
ricercatori estenderanno il sistema nervoso in esoscheletri molto potenti
che gli esseri umani potranno controllare e sentire con le proprie menti.
I muscoli potranno essere riconfigurati dall'interno
per il controllo di motori potenti,
e per provare e sentire i movimenti dell'esoscheletro,
aumentando la forza umana, il salto in alto e la velocità di corsa.
In questo XXI secolo, credo che gli esseri umani diventeranno supereroi.
Gli esseri umani potrebbero anche estendere i loro corpi
con strutture non-antropomorfe, come ali,
controllando e sentendo ogni singolo movimento delle ali nel sistema nervoso.
Leonardo da Vinci ha detto: "Dopo aver provato l'ebbrezza del volo,
per sempre camminerete sulla terra con gli occhi rivolti verso il cielo,
perché è il luogo in cui siete stati e in quel luogo vorrete sempre ritornare."
Quando questo secolo volgerà al termine, secondo me,
gli esseri umani saranno irriconoscibili, per aspetto e modalità di movimento,
dagli umani di oggi.
L'umanità si librerà in volo.
Jim Ewing è caduto a terra ed è rimasto seriamente ferito,
ma i suoi occhi hanno guardato il cielo, dove ha sempre sperato di ritornare.
Dopo l'incidente, non solo ha sognato di camminare di nuovo,
ma anche di tornare a praticare lo sport preferito di scalare montagne.
Al MIT, Team Cyborg ha creato per Jim un arto specifico per il mondo verticale,
una gamba controllata dal cervello pienamente funzionante.
Usando questa tecnologia, Jim è ritornato alle Isole Cayman,
il luogo in cui è avvenuto l'incidente,
ricostruito come un cyborg per conquistare la vetta ancora una volta.
(Onde che si infrangono)
(Applausi)
Grazie.
(Applausi)
Signore e signori, Jim Ewing, il primo climber cyborg.
(Applausi)