Představa kyborga zpočátku vyvolává negativní pocity. Jakoby člověk, v jehož těle se spojily organické a mechanické součástky, měl působit jen destruktivně. Jenže skutečnost může být opačná – supertechnologie pomůže milionům lidí, kterým příroda anebo okolnosti nedopřály plnohodnotný život.
Měla to být událost snad stejně významná jako první kroky Neila Armstronga na Měsíci. Světu se měl představit první dokonalý kyborg. V přímém přenosu před očima stovek milionů ohromených televizních diváků by ukázal, jak supermoderní technologie v blízké budoucnosti pomohou tělesně postiženým a nemocným lidem.
Úloha kyborga připadla mladému Brazilci Julianovi Pintovi, kterému v roce 2006 po autonehodě kompletně ochrnula dolní část těla. Jeho strůjcem byl profesor Miguel Nicolelis, slavný brazilský neurolog působící na Dukeově univerzitě v USA.
Velkolepý scénář
Představení bylo připraveno na úvod fotbalového šampionátu v Brazílii. Nápad profesora Nicolelise tamní vláda ochotně podpořila, protože chtěla světu ukázat, že mistrovství hostí země výjimečná nejen ve sportu, ale také ve vědě. Na stadionu v São Paulu mělo spolu s brazilským týmem a Chorvaty nastoupit do středového kruhu osm vozíčkářů. Jeden z nich by „zázračně“ vstal, došel k míči a za potlesku diváků ho vykopl vysoko do vzduchu. Jeho bezvládnými nohami by hýbal exoskelet – robotický oděv ovládaný jen jeho myšlenkami.
Jenže mistrovství nedopadlo podle brazilských představ. Fotbalisti selhali na celé čáře a ani vědecká show nenaplnila scénář. Představení se scvrklo jen na pár sekund v rámci zahajovacího ceremoniálu. Kamera sotva stihla ukázat „robotizovaného“ muže stojícího u postranní čáry, jak jen symbolicky šťouchl do míče.
Na rozdíl od trenéra Luize Scolariho nevedl rozpačitý výsledek k „pádu“ M. Nicolelise. Jeden z nejvýznamnějších vědců dneška jen dostal výstrahu, že na vývoj exoskeletu je potřeba více času i trpělivosti.
Rozhraní mozek-stroj
Profesor Nicolelis je vedoucí osobností vývoje technologií, založených na přímé komunikaci mozku s externími zařízeními. Dostaly souhrnný název „rozhraní mozek-stroj“ (Brain-Computer Interface, BCI). Princip je zdánlivě jednoduchý – aktivita mozku se projevuje slabými elektrickými signály, které citlivé mikroelektrody dokáží změřit. Údaje potom odešlou počítači, který je přeloží do povelů pro robotické končetiny, a ty se hýbou tak, jak si přeje pacient.
Výzkum se začal v 90. letech minulého století a je soustředěn na několika vědeckých pracovištích v USA. Centru pro neuroinženýrství profesora Nicolelise šlapou na paty vědci z okolí Josea Contrerase-Vidala z Houstonské univerzity, kteří rovněž představili prototyp exoskeletonu NeuroRexo.
Teoretické principy nové technologie popsali M. Nicolelis a John Chapin v roce 2000 (dnes působí v armádní inovační agentuře DARPA). O rok později dokázali jejich funkčnost – opice svými myšlenkami rozhýbala rameno robota.
Lidská mysl se se strojem spojila v roce 2012. Prvenství patří týmu Johna Donoghua z Brownovy univerzity. Žena paralyzovaná mrtvicí rozhýbala myšlenkami rameno robota a po patnácti letech se poprvé sama napila kávy z hrnku.
Fotbalový výkop měl být dalším milníkem. Měl být důkazem, že technologie už překonala stádium laboratorních pokusů a může vstoupit do reálného života. Symboliku velké události by podtrhl fakt, že na vývoji exoskeletonu se podíleli vědci z více kontinentů. Je výsledkem neziskového projektu Walk Again, kde měl stavbu hardwaru na starosti tým Gordona Chenga (původem Číňana) na mnichovské Technické univerzitě.
Čtení z mozku
Technologie BCI v sobě koncentruje několik špičkových vědních oborů, které se v posledních desetiletích prudce rozvíjejí – biologii, medicínu, informatiku i robotiku.
Prvořadým úkolem je změřit aktivitu mozku. Neurony si odevzdávají elektrické impulzy v prodloužených výběžcích – axonech. Ty se na konci větví a vytvářejí synapse, kontaktní místa se sousedními nervovými buňkami. Signál přes ně prochází skrze iontovou výměnu některých prvků, které polarizují buněčné membrány. 
Slabé elektrické „mozkové vlny“ zaznamenal v roce 1924 německý neurolog Hans Berger. Objev se stal základem elektroencefalografie (EEG). Elektrický signál z jediného neuronu se poprvé podařilo změřit kovovými mikroelektrodami Eberhardovi Fetzovi z Washingtonské univerzity v roce 1969. O deset let později profesor Nicolelis s J. Chapinem vymysleli způsob, jak současně nahrát aktivitu desítek neuronů, široce rozptýlených po celém mozku.
Postupně vzniklo více metod pro snímání mozkové aktivity. Velmi přesné jsou mikroelektrody zasazené přímo do mozku. Při jednodušších experimentech stačí změřit aktivitu několika stovek neuronů, pro řízení dvou noh exoskeletonu jich je potřeba sledovat desítky tisíc. Sondy implantované do tkání však způsobují problémy – aktivují imunitní systém, který zaútočí na vetřelce. Výsledkem bývají jizvy okolo rozhraní, které zeslabují signál.
Z tohoto hlediska jsou výhodnější neinvazivní elektrody na povrchu hlavy, pracující na principu EEG. Jejich problémem je zase přesnost a citlivost. Vědci proto hledají i nové metody založené na magnetismu, světle, infračervených či rádiových vlnách. Předpokládá se, že na bezpečné a přesné zmapování mozkové aktivity budou potřeba ještě dvě desetiletí výzkumu.
Řeč strojů
Na druhé straně rozhraní jsou stroje. Musejí být schopny porozumět příkazům z mozku a vykonat je. Ze sond se valí doslova lavina informací. Pro jejich analýzu je důležitá práce Kypřana Apostolose Georgopoulose z Univerzity Johnse Hopkinse – již v 80. letech propočítal vzory signalizace neuronů při jednotlivých pohybech, například při otáčení ramen. Softwarové algoritmy přeloží biologické signály do digitálních povelů o síle a směru pohybu. Ty se přenášejí do mikroprocesorů umístěných v kloubech exoskeletonu.
O vývoj hardwaru se postarala americká armáda. Od začátku 60. let touží po robotických oblecích, které znásobí fyzický potenciál. Snaha přinesla ovoce po nástupu miniaturizace. Dnešní exoskelety umožňují zdravému člověku udělat práci za tři, boxovat, plazit se, zdvihat činky, dělat dřepy i kliky. Fungují díky inteligentním senzorům, které bleskově přečtou smršťování svalstva a okamžitě zesílí pohyby člověka.
Mechanika v kyborgovi nenahrazuje jen svaly, ale i chybějící nervy. Senzory replikuje pocity rovnováhy i dotyků a posílá je do mozku. Pouze tak si mozek začlení umělé končetiny do svého mentálního obrazu těla. Naštěstí, mozek je plastický orgán a informace ze senzorů si dokáže osvojit, pouze je zapotřebí delšího tréninku.
Myšlenky na dálku
Profesor Nicolelis se zřejmě s výsledkem z fotbalového šampionátu nespokojí. Kyborg by se mohl „v plné kráse“ představit za dva roky na zahajovacím ceremoniálu olympijských anebo paraolympijských her, které se budou opět konat v jeho vlasti.
Brazilský profesor však ví, že technologie člověk-stroj dovolí uskutečnit i jiné odvážné představy. Už dříve si například ověřil, že dokáže poslat myšlenky daleko od biologického těla. V roce 2007 naučil jeho tým opici Idoya vzpřímeně kráčet po běžícím pásu. Informace o aktivitě jejích neuronů poslali rychlou internetovou linkou z amerického Durhamu na druhou stranu zeměkoule – do ATR laboratoří inteligentní robotiky a komunikace v japonském Kjótu. Signály o pohybu samičky rozhýbaly humanoidní robot CB1, a dokonce, když se Idoya zastavila a pohyb si už jen představovala, robot kráčel poslušně dál. „Časem bude lidská mysl řídit na dálku složité stroje. Můžeme je poslat do prostředí, kam člověk nemá šanci vstoupit – manipulovat s mikrochirurgickými nástroji uvnitř těla anebo řídit humanoida při opravách netěsností v jaderných reaktorech,“ napsal M. Nicolelis v časopisu American Scientific.
Vloni Nicolelis získal další prvenství – uskutečnil „přenos myšlenek“ mezi živými tvory. Dva potkani si vzájemně posílali instrukce, která páčka je správná, aby se dostali k potravě. Jeden byl v USA a druhý v Brazílii. Možná, že jednou budeme schopni sdílet myšlenky a vyměňovat si pocity i složité emoce. Ale to už je jiný příběh. Nesouvisí sice s vývojem pomůcek pro tělesně postižené a nemocné lidi, ale může mít pro medicínu stejně tak průlomový význam.
Ľubomír Jurina
Foto: Duke University, Brown University, Össur, Lucasfilm a archiv autora