اليوم ، أود أن أحدثكم عن الأعضاء الآلية ، وهو المسمى الذي يطلق على علم زراعة جزء من عضو حي بجهاز ميكاإلكتروني ، أو إنسان آلي فهو ببساطة عندما تلتقي الإحتياجات اليومية مع الآلات. بالتحديد ، أود أن أتحدث عن تطور أجهزة الأعضاء الآلية للأشخاص المصابين ببتر في عضو الذراع.
So today, I would like to talk with you about bionics, which is the popular term for the science of replacing part of a living organism with a mechatronic device, or a robot. It is essentially the stuff of life meets machine. And specifically, I'd like to talk with you about how bionics is evolving for people with arm amputations.
وذلك هو دافعنا. البتر في الذراع يسبب إعاقةَ كبيرة. أعني ، أن العجز الحاصل بسبب الإعاقة واضح. فأذرعنا عبارة عن آلات مدهشة. وإذا فقدت ذراعاَ ، ناهيك عن فقد الذراعين سويةً ، سيكون من الصعب عليك جداَ القيام بأي وظيفة من الوظائف الطبيعية التي نقوم بها. وهناك أيضاَ تأثيرٌ نفسيٌ واضح. وفي الحقيقة ، أقضي معظم أوقاتي في العيادة في التعامل مع التحضير النفسي للمرضى الموازي للإعاقة الجسدية. وأخيراً أيضاَ ، هناك تأثيراتٌ إجتماعيةٌ معقدة. فنحن نتحدث باستخدام أيدينا. ونحيي بعضنا باستخدام اليد. بل نتفاعل مع البيئة المحيطة بنا باستخدام اليدين. وعندما نفقدهما ، يكون هناك حاجز يفصلنا عن كل هذا . تنتج معظم عمليات البتر بسبب حوادث ، مثل الحوادث الصناعية ، أو حوادث اصطدام المركبات أو بشكلِ مؤسف ، في الحروب. وهناك أيضاَ بعض الأطفال الذين يولدون بدون ذراعين ، بما يسمى "النقص الخلقي في الأطراف".
This is our motivation. Arm amputation causes a huge disability. I mean, the functional impairment is clear. Our hands are amazing instruments. And when you lose one, far less both, it's a lot harder to do the things we physically need to do. There's also a huge emotional impact. And actually, I spend as much of my time in clinic dealing with the emotional adjustment of patients as with the physical disability. And finally, there's a profound social impact. We talk with our hands. We greet with our hands. And we interact with the physical world with our hands. And when they're missing, it's a barrier. Arm amputation is usually caused by trauma, with things like industrial accidents, motor vehicle collisions or, very poignantly, war. There are also some children who are born without arms, called congenital limb deficiency.
ولسوء الحظ ، فإننا لانبلي جيداً في صناعة الأطراف العلوية. وهناك نوعان رئيسيان. وهي الأطراف الإصطناعية التي يتم السيطرة عليها بواسطة العضلات ، والتي تم اختراعها بعد الحرب الأهلية ، وتم إعادة تطويرها في الحرب العالمية الأولى والثانية. وهنا ترون براءة اختراع لذراع في عام 1912. وهي لا تختلف كثيراً عن التي ترونها لدى المرضى لدي. فهي تعمل باستخدام طاقة الكتف فعندما تضغط على كتفيك ، فأنت تسحب وتراً سلكياً. وذلك الوتر السلكي بإمكانه فتح أو غلق اليد أو الخطاف أو حتى ثني المرفق. ولانزال نستخدمها بكثرة ، لأنها متينةٌ جداً وهي آلات صغيرةٌ نسبياً.
Unfortunately, we don't do great with upper-limb prosthetics. There are two general types. They're called body-powered prostheses, which were invented just after the Civil War, refined in World War I and World War II. Here you see a patent for an arm in 1912. It's not a lot different than the one you see on my patient. They work by harnessing shoulder power. So when you squish your shoulders, they pull on a bicycle cable. And that bicycle cable can open or close a hand or a hook or bend an elbow. And we still use them commonly, because they're very robust and relatively simple devices.
ولكن التقنية الحديثة هي الأذرع الإصطناعية التي تعمل بالكهرباء. وهي أجهزة تحمل محركات صغيرة والتي يتم التحكم بها بواسطة إشارات كهربائية من عضلات الذراع. ففي كل مرة تنقبض فيها العضلات ، ترسل إشارات كهربائية صغيرة جداً بإمكاننا إلتقاطها بواسطة هوائي أو أقطاب كهربائية وبالتالي إستعمالها في تشغيل محركات الطرف الإصطناعي. وهي تعمل بشكلِ ممتاز للأشخاص الذين فقدوا للتو أيديهم ، لأن عضلات اليدين لاتزال تعمل. وإذا أردت ضم اليد ، تنقبض تلك العضلات. وعند فتحها ، ترتخي العضلات فتفتح اليدين. لذا فهي طبيعيةٌ ، وتعمل بشكلِ جيد.
The state of the art is what we call myoelectric prostheses. These are motorized devices that are controlled by little electrical signals from your muscle. Every time you contract a muscle, it emits a little electricity that you can record with antennae or electrodes and use that to operate the motorized prosthesis. They work pretty well for people who have just lost their hand, because your hand muscles are still there. You squeeze your hand, these muscles contract. You open it, these muscles contract. So it's intuitive, and it works pretty well.
ولكن ماذا عن البتر في الأجزاء العليا من الأطراف ؟ إذا فقدت الذراع في جزء ِ أعلى من المرفق. فأنت لاتفتقد لتلك العضلات فقط ، بل أنت تفتقد المرفق واليد أيضاً. ماذا ستفعل ؟ حسناً على المرضى أن يستعملوا أنظمةً تتعامل بمتغيرين بدلاً من استخدام العضلات فقط لتشغيل الأذرع الآلية. فلدينا أذرع آلية متكاملة. وهناك العديد منها في السوق ، وترون هنا البعض منها. وهي تحتوي على يد بإمكانها الفتح والغلق ، محرك للرسغ والمرفق. ولكن ليس هناك وظائف أخرى. وإذا كانت هناك وظائف أخرى ، فكيف سيتم التحكم بها ؟
Well how about with higher levels of amputation? Now you've lost your arm above the elbow. You're missing not only these muscles, but your hand and your elbow too. What do you do? Well our patients have to use very code-y systems of using just their arm muscles to operate robotic limbs. We have robotic limbs. There are several available on the market, and here you see a few. They contain just a hand that will open and close, a wrist rotator and an elbow. There's no other functions. If they did, how would we tell them what to do?
لذا بنينا ذراعاً خاصةً بنا في معهد إعادة التأهيل في شيكاغو بحيث أضفنا إنثناءً للمعصم و مفاصل الكتف لنحصل على ستة محركات ، أو ست درجات من حرية الحركة. وحصلنا على فرصة للعمل على أحد أحدث الأذرع الإصطناعية والتي مولت من الجيش الأمريكي ، باستخدام تلك النماذج ، والتي كان بإمكانها التحرك إلى حد 10 درجات من حرية الحركة بما فيها حركات اليد. ولكن ما يهم حقاً هو ... كيف يمكننا أن نخبر تلك الأذرع الآلية كيف تتحرك ؟ كيف يمكننا التحكم بها ؟ حسناً إننا بحاجة إلى واجهة عصبية ، علينا إيجاد طريقة للربط بالجهاز العصبي أو طريقة تفكيرنا لكي تكون الحركة طبيعية ، وبديهية و عفوية ، مثلما هي الحال لديكم ولدي.
We built our own arm at the Rehab Institute of Chicago where we've added some wrist flexion and shoulder joints to get up to six motors, or six degrees of freedom. And we've had the opportunity to work with some very advanced arms that were funded by the U.S. military, using these prototypes, that had up to 10 different degrees of freedom including movable hands. But at the end of the day, how do we tell these robotic arms what to do? How do we control them? Well we need a neural interface, a way to connect to our nervous system or our thought processes so that it's intuitive, it's natural, like for you and I.
حسنا فإن الجسم يعمل بإرسال أوامر التحريك من الدماغ ، منتقلةً عن طريق الحبل الشوكي ، ومن ثم لنهايات الأعصاب ثم إلى الأطراف. ويعمل الإحساس بطريقةِ معاكسة تماماً. فعندما تلمس يدك ، هناك تنبيه يرسل عبر تلك الأعصاب نفسها متجهاً إلى الدماغ. وعندما تفقد ذراعك ، ذلك الجهاز العصبي يكون لايزال يعمل. بإمكان تلك الأعصاب إرسال تلك الإشارات. وإذا لمست نهاية ذلك العصب لدى جندي من الحرب العالمية الثانية ، سيشعر بلمس يده المفقودة. لذا قد تقولون ، إذاً لنتجه إلى الدماغ ولنضع شيئاً ما فيه لنلتقط الإشارات القادمة ، أو في طرف الأعصاب ، وتلك مواضيع بحوثِ مثيرة جداً ، ولكنها صعبة ، صعبةٌ جداً. علينا زرع المئات من الأسلاك الدقيقة لإلتقاط إشارة من خلايا عصبية صغيرة محددة -- بواسطة الألياف العادية التي تصدر إشاراتِ صغيرة بمقدار جزءِ من المليون جزء من الفولت. وهذا من الصعب جداً إجراءه على المرضى في أيامنا هذه.
Well the body works by starting a motor command in your brain, going down your spinal cord, out the nerves and to your periphery. And your sensation's the exact opposite. You touch yourself, there's a stimulus that comes up those very same nerves back up to your brain. When you lose your arm, that nervous system still works. Those nerves can put out command signals. And if I tap the nerve ending on a World War II vet, he'll still feel his missing hand. So you might say, let's go to the brain and put something in the brain to record signals, or in the end of the peripheral nerve and record them there. And these are very exciting research areas, but it's really, really hard. You have to put in hundreds of microscopic wires to record from little tiny individual neurons -- ordinary fibers that put out tiny signals that are microvolts. And it's just too hard to use now and for my patients today.
لذا أخذنا بتطوير أسلوبِ آخر. إننا نستخدم مكبراً بيولوجياً لتكبير تلك الإشارات العصبية -- العضلات. العضلات بإمكانها تكبير الإشارات العصبية بما يقارب الألف ضعف ، حتى نتمكن من إلتقاط الإشارة من على سطح الجلد ، كما شاهدتم مسبقاً. لذا فأسلوبنا يدعى بـ"Targeted reinnervation" إعادة توزيع الأعصاب الموجه. تخيلوا أن أحدهم فقد كامل ذراعه ، لازلنا نملك أربع أعصاب رئيسية التي تمتد إلى الذراع. سنزيل الأعصاب التي في الصدر. ونبدلها بأعصاب الذراع لتنموا هناك. والآن ، قد ترغب في "إغلاق اليد" وتلاحظ بإنقباض في جزءِ من الصدر. أو قد ترغب في "ثني المرفق" فينقبض جزءٌ آخر من الصدر. ومن الممكن أن نستخدم الأقطاب أو الهوائي لإلتقاط تلك الإشارات والتحكم بالذراع الآلي. وهذه هي الفكرة.
So we developed a different approach. We're using a biological amplifier to amplify these nerve signals -- muscles. Muscles will amplify the nerve signals about a thousand-fold, so that we can record them from on top of the skin, like you saw earlier. So our approach is something we call targeted reinnervation. Imagine, with somebody who's lost their whole arm, we still have four major nerves that go down your arm. And we take the nerve away from your chest muscle and let these nerves grow into it. Now you think, "Close hand," and a little section of your chest contracts. You think, "Bend elbow," a different section contracts. And we can use electrodes or antennae to pick that up and tell the arm to move. That's the idea.
وهذا أول رجلِ قمنا بتجربتها عليه. واسمه "جيسي سوليفان". وهو شخصٌ رائعٌ جداً -- إنه بعمر 54 وهو عامل في أسلاكِ الضغط العالي وقد لمس السلك الخطأ فاحترقت كلتا يديه بالكامل وكان عليهم بترها من الكتف. وقدم إلينا جيسي في معهد إعادة التأهيل لنزرع له تلك الأذرع الآلية المتطورة ، وتشاهدونه هنا. لازلت أستخدم هنا تلك التقنية القديمة باستخدام الأوتار السلكية في طرفه الأيمن. وهو يختار أي المفصلين يريد أن يستخدم بواسطة تلك الأزرار في الذقن. وفي الجهة اليسرى لديه الذراع الآلية الحديثة مع المفاصل الثلاثة ، وهو يُشغل تلك الأوتاد الصغيرة في كتفه والتي عليه لمسها لجعل الذراع تعمل. وجيسي قائد رافعةِ جيد ، وكان بالفعل جيداً بحسب مقاييسنا ،
So this is the first man that we tried it on. His name is Jesse Sullivan. He's just a saint of a man -- 54-year-old lineman who touched the wrong wire and had both of his arms burnt so badly they had to be amputated at the shoulder. Jesse came to us at the RIC to be fit with these state-of-the-art devices, and here you see them. I'm still using that old technology with a bicycle cable on his right side. And he picks which joint he wants to move with those chin switches. On the left side he's got a modern motorized prosthesis with those three joints, and he operates little pads in his shoulder that he touches to make the arm go. And Jesse's a good crane operator, and he did okay by our standards.
وكان يحتاج إلى جراحةِ تجميليةِ في الصدر. وهذا وفر لنا الفرصة المناسبة لعمل الـ"targeted reinnervation" إعادة توزيع الأعصاب الموجهة. لذا قام زميلي الدكتور "جريج دومانيان" بعمل الجراحة. أولاً قمنا بإزالة الأعصاب في عضلات صدره ، ثم أخذنا أعصاب الذراعين ونقلناها إلى عضلات الصدر وأقفلنا الصدر. وبعد نحو ثلاثة أشهر ، نمت الأعصاب وحصلنا على انقباضات ضعيفة جداً. وبعد ستة أشهر ، نمت الأعصاب جيداً ، وكان بإمكاننا رؤية انقباضات قوية. وكانت تبدوا هكذا. هذا ما يحدث عندما يرغب جيسي في فتح أو غلق يده ، أو ثني المرفق أو مده. بإمكانكم رؤية الحركة في صدره ، وتلك العلامات المخططة هي أماكن زرع الأقطاب أو الهوائيات. وأتحدى أي شخص في هذه الغرفة أن يتمكن من تحريك صدره هكذا. ولكن دماغه يفكر بذراعه. لم يتم تعليمه كيفية عمل ذلك بصدره. ليس هناك من طريقة لفعل ذلك. ولذلك فإن هذه الطريقة طبيعيةٌ جداً.
He also required a revision surgery on his chest. And that gave us the opportunity to do targeted reinnervation. So my colleague, Dr. Greg Dumanian, did the surgery. First, we cut away the nerve to his own muscle, then we took the arm nerves and just kind of had them shift down onto his chest and closed him up. And after about three months, the nerves grew in a little bit and we could get a twitch. And after six months, the nerves grew in well, and you could see strong contractions. And this is what it looks like. This is what happens when Jesse thinks open and close his hand, or bend or straighten your elbow. You can see the movements on his chest, and those little hash marks are where we put our antennae, or electrodes. And I challenge anybody in the room to make their chest go like this. His brain is thinking about his arm. He has not learned how to do this with the chest. There is not a learning process. That's why it's intuitive.
إذاً هذا هو جيسي في أول تجربةِ له. في الجهة اليسرى ، ترون ذراعه التقليدية ، ولايزال يستخدم تلك الأزرار ليحرك بعضاً من تلك المكعبات من صندوقِ إلى آخر. لديه تلك الذراع منذ عشرون شهراً ، فهو معتادٌ عليها. أما في الجهة اليمنى ، وبعد شهرين من زرع الذراع الآلية بطريقة إعادة توزيع الأعصاب والتي هي بالمناسبة نفس الذراع ولكن تمت برمجتها بطريقةِ مختلفة ترون بأنه أسرع بكثير و يحرك تلك المكعبات بسلاسةِ أكثر. ونحن الآن نستخدم ثلاثةً من الإشارات فقط.
So here's Jesse in our first little test with him. On the left-hand side, you see his original prosthesis, and he's using those switches to move little blocks from one box to the other. He's had that arm for about 20 months, so he's pretty good with it. On the right side, two months after we fit him with his targeted reinnervation prosthesis -- which, by the way, is the same physical arm, just programmed a little different -- you can see that he's much faster and much smoother as he moves these little blocks. And we're only able to use three of the signals at this time.
ثم حدثت تلك إحدى المفاجآت العلمية. كنا متحمسين للحصول على إشاراتِ للأوامر لتحريك الأذرع الآلية. وبعد عدة أشهر ، كلما لمسنا جيسي في صدره ، شعر بلمسةِ في يده المفقودة. فإحساس اليدين نما في صدره مجدداً ربما لأننا أزلنا الكثير من الدهون ، لذا فإن جلده كان قريباً جداً من عضلات صدره فتغلبت أعصاب الذراع على إحساس الجلد. لذا إذا لمست جيسي هنا ، يشعر بالإبهام ، وإذا لمسته هناك ، يشعر بالخنصر. إنه يشعر باللمس الخفيف لدرجة قوةِ بمقدار جرامِ واحد. يشعر بالحرارة ، والبرودة ، بالأطراف الحادة والملساء ، يشعر بكل ذلك وكأنه في يده المبتورة ، أو في كليهما ، في يده وصدره ، بل يستطيع الإحساس بأيِ منهما. لذا فإن هذا مثيرٌ للإهتمام بالنسبة لنا ، لأننا الآن فتحنا أفقاً جديداً ، أفقاً ، أو طريقةً جديدة لإعادة الشعور بالإحساس مرةً أخرى ، كي يشعر بالشيء الذي يلمسه بذراعه الآلية. تخيلوا لو أن هناك حساسات صناعية في اليد تنقل الإشارة إلى الصدر وتضغط حيث تلك الماسحات العصبية. هذا مثيرٌ للإهتمام جداً.
Then we had one of those little surprises in science. So we're all motivated to get motor commands to drive robotic arms. And after a few months, you touch Jesse on his chest, and he felt his missing hand. His hand sensation grew into his chest again probably because we had also taken away a lot of fat, so the skin was right down to the muscle and deinnervated, if you would, his skin. So you touch Jesse here, he feels his thumb; you touch it here, he feels his pinky. He feels light touch down to one gram of force. He feels hot, cold, sharp, dull, all in his missing hand, or both his hand and his chest, but he can attend to either. So this is really exciting for us, because now we have a portal, a portal, or a way to potentially give back sensation, so that he might feel what he touches with his prosthetic hand. Imagine sensors in the hand coming up and pressing on this new hand skin. So it was very exciting.
لذا اتجهنا أيضاً إلى الأشخاص الذين كانوا في الأصل محور بحثنا الأشخاص الذين يعانون من بتر في أعلى المرفق. وهنا أعدنا توزيع الأعصاب ، أو قطعنا تلك الأعصاب ، من أجزاء صغيرة من العضلات وتركنا باقي الأعصاب على حالها تلك التي تنقل الإشارات من الأسفل إلى الأعلى وبالعكس ومجموعتين أخريين تغلقان وتفتحان اليدين. وهذا كان مريضنا الأول ، "كريس". ترونه بذراعه التقليدية في الجهة اليسرى بعد ثمانية أشهر من الإستخدام وفي الجهة اليمنى ، بعد شهرين. إنه أسرع بحوالي أربع أو خمس أضعاف بمقياس هذه التجربة البسيطة.
We've also gone on with what was initially our primary population of people with above-the-elbow amputations. And here we deinnervate, or cut the nerve away, just from little segments of muscle and leave others alone that give us our up-down signals and two others that will give us a hand open and close signal. This was one of our first patients, Chris. You see him with his original device on the left there after eight months of use, and on the right, it is two months. He's about four or five times as fast with this simple little performance metric.
حسناً. أحد أفضل اللحظات في عملي هو العمل مع بعض المرضى الرائعين جداً وهم بالفعل معاوني البحوث لدينا. ونحن محظوظين اليوم بحضور "أماندا كيتس" معنا اليوم. الرجاء الترحيب بأماندا كيتس.
All right. So one of the best parts of my job is working with really great patients who are also our research collaborators. And we're fortunate today to have Amanda Kitts come and join us. Please welcome Amanda Kitts.
(تصفيق)
(Applause)
إذاً أماندا ، هلا أخبرتنا كيف فقدت ذراعك ؟
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
أماندا كيتس: بالتأكيد. تعرضت لحادث سيارة في عام 2006. وكنت عائدةً إلى المنزل بعد العمل ، وكانت هناك شاحنة بالإتجاه المعاكس ، واتجهت مباشرةً نحو مساري ، ودهست سيارتي تماماً ومزَق محور عجلاتها ذراعي.
Amanda Kitts: Sure. In 2006, I had a car accident. And I was driving home from work, and a truck was coming the opposite direction, came over into my lane, ran over the top of my car and his axle tore my arm off.
تود كويكان: حسناً ، وبعد بتر الذراع شُفيت تماماً. وتحصلت على واحدة من تلك الأذرع التقليدية. هل تحدثينا عن كيفية عملها ؟
Todd Kuiken: Okay, so after your amputation, you healed up. And you've got one of these conventional arms. Can you tell us how it worked?
أ.ك.: حسناً ، كانت صعبةً نوعاً ما. إذ كان علي العمل بجهد مع عضلتي المرفق. إذ حتى التعامل مع الأشياء البسيطة مثل إلتقاط شيءِ ما ، كان علي أن أثني المرفق ، ومن ثم علي أن أقلص العضلات لأغير من وضعِ إلى آخر. ولتحقيق ذلك ، كان علي استخدام العضلات العلوية للمرفق لجعل اليدين في وضع الإغلاق ، و استخدام العضلات السفلية لجعلها في وضع الفتح ، ومن ثم تقليص العضلات لتهيئة المرفق للعمل مرةً أخرى.
AK: Well, it was a little difficult, because all I had to work with was a bicep and a tricep. So for the simple little things like picking something up, I would have to bend my elbow, and then I would have to cocontract to get it to change modes. When I did that, I had to use my bicep to get the hand to close, use my tricep to get it to open, cocontract again to get the elbow to work again.
ت.ك.: إذاً كانت عمليةً بطيئةً نوعاً ما ؟
TK: So it was a little slow?
أ.ك.: بطيئةً نوعاً ما ، وكانت عمليةً مجهدة. كان علي التركيز أكثر.
AK: A little slow, and it was just hard to work. You had to concentrate a whole lot.
ت.ك.: حسناً ، أعتقد أنه بعد تسعة أشهر حصلت على عملية "targeted reinnervation" أو إعادة توزيع الأعصاب الموجه ، واستغرقنا ستة أشهر إضافية لإتمام كل عمليات إعادة التوزيع. ومن ثم زرعنا لها الذراع الآلية. اشرحي لنا كيف كانت تجربتك ؟
TK: Okay, so I think about nine months later that you had the targeted reinnervation surgery, took six more months to have all the reinnervation. Then we fit her with a prosthesis. And how did that work for you?
أ.ك.: عملت بشكلِ جيد. أصبحت قادرةً على استخدام مرفقي ويدي في نفس الوقت. واستطعت التحكم بها فقط بواسطة تفكيري. ولم يكن علي استخدام كل تلك الإنقباضات العضلية.
AK: It works good. I was able to use my elbow and my hand simultaneously. I could work them just by my thoughts. So I didn't have to do any of the cocontracting and all that.
ت.ك.: أسرع نوعاً ما ؟
TK: A little faster?
أ.ك.: أسرع نوعاً ما ، وأسهل بكثير ، وطبيعيةً أكثر.
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
ت.ك.: حسناً ، كان ذلك هو هدفي. لمدة عشرين عاماً ، كان هدفي أن أجعل شخصاً ما قادراً على استخدام مرفقه ويده بطريقةِ طبيعيةِ جداً وفي نفس الوقت. والآن لدينا مايزيد عن الخمسين مريضاً حول العالم أجروا تلك العملية ، بمن فيهم مايزيد عن الإثني عشر من جنودنا المصابين في الجيش الأمريكي. ونسبة نجاح عمليات نقل الأعصاب مرتفعةٌ جداً. إنها تقارب الـ 96 بالمائة. لأننا نزرع عصباً كبيراً في جزءِ صغيرِ من العضلات. وذلك يوفر تحكماً طبيعياً. وتلك التجارب الوظيفية البسيطة التي نقوم بها ، جميعها تثبت بأن تلك الطريقة أسرع بكثير ، وأسهل بكثير. وأهم شيءِ في ذلك أن مرضانا قد أُعجبوا بها.
TK: Okay, this was my goal. For 20 years, my goal was to let somebody [be] able to use their elbow and hand in an intuitive way and at the same time. And we now have over 50 patients around the world who have had this surgery, including over a dozen of our wounded warriors in the U.S. armed services. The success rate of the nerve transfers is very high. It's like 96 percent. Because we're putting a big fat nerve onto a little piece of muscle. And it provides intuitive control. Our functional testing, those little tests, all show that they're a lot quicker and a lot easier. And the most important thing is our patients have appreciated it.
لذلك فإن كل هذا مثيرٌ للإهتمام. ولكننا نطمح في المزيد. هناك الكثير من المعلومات في إشارات تلك الأعصاب ، ونريد أن نحصل على المزيد. بإمكانكم تحريك كل إصبع ، بإمكانكم تحريك الإبهام ، ومفصل المعصم. هل بإمكاننا الحصول على المزيد ؟ لذا قمنا ببعض التجارب حيث أغرقنا مرضانا المساكين بعددِ هائلِ من الأقطاب الكهربائية ومن ثم طلبنا منهم القيام بالكثير من المهام -- من ثني إصبع إلى تحريك ذراعِ كامل للوصول إلى شيءِ ما -- وقمنا بالتقاط الإشارات. ومن ثم استخدمنا بعضاً من الخوارزميات والتي تشبه خوارزميات التعرف على النطق ، والتي تدعى بـ"pattern recognition" أو التعرف على النمط. شاهدوا.
So that was all very exciting. But we want to do better. There's a lot of information in those nerve signals, and we wanted to get more. You can move each finger. You can move your thumb, your wrist. Can we get more out of it? So we did some experiments where we saturated our poor patients with zillions of electrodes and then had them try to do two dozen different tasks -- from wiggling a finger to moving a whole arm to reaching for something -- and recorded this data. And then we used some algorithms that are a lot like speech recognition algorithms, called pattern recognition. See.
(ضحك)
(Laughter)
هنا يمكنكم رؤية ، على صدر جيسي ، عندما كان يحاول القيام بثلاث مهام مختلفة ، بإمكانكم ملاحظة ثلاثة أنماط مختلفة. ولكن لا يمكنني وضع قطبِ كهربائي وأطلب منه التحكم به. لذلك تعاونا مع الزملاء في جامعة "New Brunswick" و خلصنا إلى خوارزميات التحكم تلك ، والتي تستطيع أماندا توضيحها الآن.
And here you can see, on Jesse's chest, when he just tried to do three different things, you can see three different patterns. But I can't put in an electrode and say, "Go there." So we collaborated with our colleagues in University of New Brunswick, came up with this algorithm control, which Amanda can now demonstrate.
أ.ك.: إذاً لدي المرفق الذي بإمكانه التحرك إلى الأعلى والأسفل. وأستطيع أيضاً تدوير المعصم الذي بإمكانه -- ويستطيع أيضاً أن يدور دورةً كاملة. وأستطيع أيضاً ثني المعصم أو بسطه. وأستطيع أيضاً غلق أو فتح اليد.
AK: So I have the elbow that goes up and down. I have the wrist rotation that goes -- and it can go all the way around. And I have the wrist flexion and extension. And I also have the hand closed and open.
ت.ك.: شكراً لكِ ، أماندا. والآن هذه عبارة عن ذراع في طور البحوث ، ولكنها مصنوعة من مواد متوفرة في كل مكان وبعضاً من المواد القليلة التي استعرتها من انحاء مختلفة من العالم. إنها تزن حوالي سبع باوندات ، وذلك مايقارب وزن ذراعي إذا بُترت من هنا. ومن الواضح ، أن هذا ثقيلٌ على أماندا. وفي الحقيقة ، إنها تبدوا أثقل ، لأنها ليست ملتصقةً تماماً. بل إنها تحمل مجمل الثقل من خلال تطويع كتفها.
TK: Thank you, Amanda. Now this is a research arm, but it's made out of commercial components from here down and a few that I've borrowed from around the world. It's about seven pounds, which is probably about what my arm would weigh if I lost it right here. Obviously, that's heavy for Amanda. And in fact, it feels even heavier, because it's not glued on the same. She's carrying all the weight through harnesses.
لذا فإن الجزء المُدهش فيها ليست الأجزاء الميكاإلكترونية ، ولكن أسلوب التحكم. إذ أننا طورنا جهاز كمبيوتر صغيرِ جداً والذي يُومض في مكانِ ما خلف ظهرها وهو يشغل هذه الذراع وبالطريقة التي تدربه هي عليها لتستخدم إشارات عضلاتها. إذاً أماندا ، عندما بدأت باستخدام هذه الذراع ، كم استغرقت من الوقت لإستخدامها ؟
So the exciting part isn't so much the mechatronics, but the control. So we've developed a small microcomputer that is blinking somewhere behind her back and is operating this all by the way she trains it to use her individual muscle signals. So Amanda, when you first started using this arm, how long did it take to use it?
أ.ك.: استغرق ذلك حوالى ثلاث إلى أربع ساعات لتدريب الذراع. كان علي توصيلها بالكمبيوتر ، إذ لا يمكن تدريبها في أي مكان. لذا فإذا توقفت عن العمل ، علي فصلها. أما الآن فيمكن تدريبها بوجود ذلك الجهاز الصغير في الخلف. بإمكاني إرتداءه في كل مكان. وإذا توقف عن العمل لسببِ ما ، يمكنني إعادة تدريبه. يستغرق ذلك حوالي دقيقة واحدة.
AK: It took just about probably three to four hours to get it to train. I had to hook it up to a computer, so I couldn't just train it anywhere. So if it stopped working, I just had to take it off. So now it's able to train with just this little piece on the back. I can wear it around. If it stops working for some reason, I can retrain it. Takes about a minute.
ت.ك.: لذا فنحن متحمسون جداً ، لأنه بإمكاننا الآن الحصول على جهازِ طبي عملي. وهذه هو محور هدفنا -- الحصول على جهازِ طبي يمكن برمجته وارتداءه. وسمحنا لأماندا أيضاً تجربة بعضاّ من الأذرعة الآلية المتطورة والتي شاهدتموها مسبقاً. ها هي أماندا تستخدم ذراعاً من صناعة شركة "DEKA" للبحوث. وأعتقد بأن "دين كامين" قدمها إليكم في TED قبل بضعة سنوات. وكما ترون ، لدى أماندا سيطرةٌ جيدة في التحكم. كل ذلك باستخدام تقنية التعرف على الأنماط. والآن إنها تملك يداً بإمكانها الإمساك بطرق مختلفة. ما نفعله هو أننا نتيح للمريض التفكير بحرية "بأيَ طريقةِ يريد الإمساك ؟" ومن ثم يتم الربط بين ذلك النمط وطريقة الإمساك ، ثم يمكنكم القيام بخمس أو حتى ستة طرق مختلفة للإمساك بالأشياء. أماندا ، كم من الطرق أمكنك القيام بالمسك بواسطة ذراع DEKA ؟
TK: So we're really excited, because now we're getting to a clinically practical device. And that's where our goal is -- to have something clinically pragmatic to wear. We've also had Amanda able to use some of our more advanced arms that I showed you earlier. Here's Amanda using an arm made by DEKA Research Corporation. And I believe Dean Kamen presented it at TED a few years ago. So Amanda, you can see, has really good control. It's all the pattern recognition. And it now has a hand that can do different grasps. What we do is have the patient go all the way open and think, "What hand grasp pattern do I want?" It goes into that mode, and then you can do up to five or six different hand grasps with this hand. Amanda, how many were you able to do with the DEKA arm?
أ.ك.: كنت قادرةً على عمل أربع طرق مختلفة. استطعت الإمساك بالمفاتيح ، والإفلات ، والقبض بقوة والضغط بخفة. ولكن الجزء المفضل لدي هو فتح اليد ، لأنني أتعامل مع الأطفال ، وعلي أن أصفق وأغني طوال الوقت. وتمكنت من عمل ذلك مجدداً ، وكان ذلك رائعاً.
AK: I was able to get four. I had the key grip, I had a chuck grip, I had a power grasp and I had a fine pinch. But my favorite one was just when the hand was open, because I work with kids, and so all the time you're clapping and singing, so I was able to do that again, which was really good.
ت.ك.: هذه اليد ليست جيدةً للتصفيق.
TK: That hand's not so good for clapping.
أ.ك.: لا يمكنني التصفيق مع هذه.
AK: Can't clap with this one.
ت.ك.: حسناً ، إذاً هذا مثيرُ للإهتمام جداً ولكن إلى أين يمكننا التقدم بواسطة تقنية ميكاإلكترونيك أفضل من هذه ، إذا تمكنا من تطويرها بشكلِ كافِ لعرضها في الأسواق وتجربتها عملياً. أريد منكم متابعة المشهد بتركيز.
TK: All right. So that's exciting on where we may go with the better mechatronics, if we make them good enough to put out on the market and use in a field trial. I want you to watch closely.
(مشهد) "كلوديا": أووووه !
(Video) Claudia: Oooooh!
ت.ك.: إنها كلوديا ، وهذه أول مرةِ أمكنها الإحساس بواسطة ذراعها الآلية. لديها حساساتِ صغيرة في أطراف ذراعها الإصطناعية وقامت بلمس أسطح مختلفة ، وبإمكانها الإحساس بأنسجةِ مختلفة من أوراق السنفرة ، و أنواع مختلفة من الرمل ، وشريط من الوشاح ، في كل مرة ضغطت براحة يدها المعدّلة. قالت بأنها عندما مررتها على الطاولة ، أحسَت بإصبعها المفقود يعود من جديد. لذا فإن تلك تجربةٌ مختبرية مثية جداً إذاً بإمكاننا أن نَهَبَ الإحساس باللمس مجدداً.
TK: That's Claudia, and that was the first time she got to feel sensation through her prosthetic. She had a little sensor at the end of her prosthesis that then she rubbed over different surfaces, and she could feel different textures of sandpaper, different grits, ribbon cable, as it pushed on her reinnervated hand skin. She said that when she just ran it across the table, it felt like her finger was rocking. So that's an exciting laboratory experiment on how to give back, potentially, some skin sensation.
ولكن هناك مشهدٌ آخر يظهر أحد التحديات التي نواجهها. هذا جيسي ، وهو يحاول الضغط على لعبةِ مرنة. وكلما ضغط بشدة -- ترون شيئاً ما أسود اللون في الوسط إن ذلك يضغط على جلده بقوةِ متناسبة مع قوة ضغطه. ولكن انظروا إلى الأقطاب التي حولها. لدي مشكلة في إيجاد المساحات. من المفترض أن نضع كميةً كبيرةً منها هناك. ولكن المحركات الصغيرة تصدر ضجةً بالقرب من تلك الأقطاب. لذا فنحن في تحدِ فيما نفعله هنا.
But here's another video that shows some of our challenges. This is Jesse, and he's squeezing a foam toy. And the harder he squeezes -- you see a little black thing in the middle that's pushing on his skin proportional to how hard he squeezes. But look at all the electrodes around it. I've got a real estate problem. You're supposed to put a bunch of these things on there, but our little motor's making all kinds of noise right next to my electrodes. So we're really challenged on what we're doing there.
المستقبل مشرق. ونحن متحمسون لما وصلنا له و نطمح أن نصل إلى المزيد. على سبيل المثال ، أحد التحديات هو أن نتخلص من مشكلة المساحة والحصول على إشاراتِ أفضل. نريد أن نطور تلك الكبسولات الصغيرة التي في حجم حبة الأرز والتي نستطيع زرعها في العضلات ومقياسأً عن بعد للإشارات العصبية ، بحيث لانحتاج إلى كل تلك الأقطاب. ونوفر مساحاتِ أكثر لتجربة المزيد من أحاسيس اللمس. نريد صنع ذراعِ آلي أفضل. هذه الذراع -- والتي غالباً ما تصنع لتناسب الـ 50 بالمائة من الرجال -- وهذا يعني أنها ثقيلةٌ على خمسة أثمانِ من سكان الأرض. لذا بدلاً من أن نصنع ذراعاً قويةً وسريعة ، إننا نصنع ذراعاً -- إننا نعمل مع نسبة الـ 25 بالمائة من الإناث -- اللواتي سيتمكًنً من لف أذرعهن ، ويكن قادرين على مد الذراع بالكامل ، ويحصلن على درجتين من حرية الحركة في المعصم والمرفق. لذلك ستكون تلك الذراع هي الأصغر والأخف والأذكى على الإطلاق. وعندما نتمكن من جعلها صغيرةً بذلك الحجم ، سيكون من الأسهل علينا جعلها بأحجام أكبر.
The future is bright. We're excited about where we are and a lot of things we want to do. So for example, one is to get rid of my real estate problem and get better signals. We want to develop these little tiny capsules about the size of a piece of risotto that we can put into the muscles and telemeter out the EMG signals, so that it's not worrying about electrode contact. And we can have the real estate open to try more sensation feedback. We want to build a better arm. This arm -- they're always made for the 50th percentile male -- which means they're too big for five-eighths of the world. So rather than a super strong or super fast arm, we're making an arm that is -- we're starting with, the 25th percentile female -- that will have a hand that wraps around, opens all the way, two degrees of freedom in the wrist and an elbow. So it'll be the smallest and lightest and the smartest arm ever made. Once we can do it that small, it's a lot easier making them bigger.
تلك هي بعض الأهداف التي نطمح لها. ونقدر لكم جميعكم حضوركم اليوم هنا. ولكن دعوني أحدثكم عن بعض الجوانب المظلمة لهذا الموضوع ، مع الأحداث التي مرت بنا بالأمس. إذا أن أماندا حضرت متأخرة بسبب الطيران ، وكانت تستخدم الذراع ، وفجأةً أصبح كل شيءِ لا يعمل. كانت هناك مشاكل في الكمبيوتر ، سلكٌ مفصولٌ هنا ، ومحوَلٌ لا يعمل هناك. فاضطررنا إلى إخراج الدائرة الإلكترونية في الفندق وكنا على وشك التسبب في إطلاق إنذار الحريق. وماكنت لأستطيع التعامل مع كل تلك المشاكل ، لولا وجود ذلك الفريق المتألق معي. والحمدلله على أن الدكتور "آني سيمون" كان متواجداً معنا وعمل بجهدِ شديد لحل المشكلة. وتلك هي فوائد العلم. ولحسن الحظ ، أنها عملت معنا اليوم بشكلِ جيد.
So those are just some of our goals. And we really appreciate you all being here today. I'd like to tell you a little bit about the dark side, with yesterday's theme. So Amanda came jet-lagged, she's using the arm, and everything goes wrong. There was a computer spook, a broken wire, a converter that sparked. We took out a whole circuit in the hotel and just about put on the fire alarm. And none of those problems could I have dealt with, but I have a really bright research team. And thankfully Dr. Annie Simon was with us and worked really hard yesterday to fix it. That's science. And fortunately, it worked today.
لذا أشكركم شكراً جزيلاً.
So thank you very much.
(تصفيق)
(Applause)