Σήμερα θα ήθελα να σας μιλήσω για τη βιονική, που είναι ο λαϊκός όρος για την επιστήμη αντικατάστασης των μελών ενός ζωντανού οργανισμού με μια μηχατρονική συσκευή ή με ένα ρομπότ. Στην ουσία πρόκειται για την περίπτωση όπου η ζωή συναντά τη μηχανή. Και συγκεκριμένα, θα ήθελα να σας μιλήσω σχετικά με το πώς εξελίσσεται η βιονική για ανθρώπους με ακρωτηριασμένα χέρια.
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.
Αυτό είναι το κίνητρό μας. Ο ακρωτηριασμός του χεριού προκαλεί μεγάλη αναπηρία. Εννοώ, ότι η λειτουργική ανεπάρκεια είναι εμφανής. Τα χέρια μας είναι εκπληκτικά όργανα. Και όταν χάσεις το ένα, πόσο μάλιστα και τα δύο, είναι πολύ πιο δύσκολο να κάνεις τα πράγματα που σωματικά χρειάζεται να κάνουμε. Υπάρχει επίσης τεράστιος συναισθηματικός αντίκτυπος. Και στην πραγματικότητα, όσο χρόνο αφιερώνω στην κλινική για την αντιμετώπιση της συναισθηματικής προσαρμογής των ασθενών, άλλο τόσο αφιερώνω και για τη σωματική αναπηρία. Και τελικά, υπάρχει κι ένας βαθύς κοινωνικός αντίκτυπος. Μιλάμε με τα χέρια μας. Χαιρετάμε με τα χέρια μας. Και αλληλεπιδρούμε με το φυσικό κόσμο με τα χέρια μας. Και όταν αυτά απουσιάζουν, είναι ένα εμπόδιο. Ο ακρωτηριασμός του χεριού προκαλείται συνήθως από τραυματισμό, από περιπτώσεις όπως βιομηχανικά ατυχήματα, συγκρούσεις οχημάτων, ή, στην ακραία περίπτωση, πόλεμος. Υπάρχουν επίσης μερικά παιδιά που γεννιούνται χωρίς χέρια, αυτό ονομάζεται σύμφυτη ανεπάρκεια άκρων.
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.
Δυστυχώς, δεν έχουμε μεγάλη πρόοδο με την προσθετική άνω άκρων. Υπάρχουν δύο γενικοί τύποι. Ονομάζονται μηχανικές προθέσεις, οι οποίες ανακαλύφθηκαν μετά τον Εμφύλιο Πόλεμο και τελειοποιήθηκαν στον Α' και Β' Παγκόσμιο Πόλεμο. Εδώ βλέπετε μια πατέντα για χέρι το 1912. Δεν έχει και μεγάλη διαφορά από αυτή που βλέπετε στον ασθενή μου. Λειτουργούν εκμεταλλευόμενα τη δύναμη του ώμου. Επομένως όταν πιέζετε τους ώμους σας, τραβούν μια αλυσίδα ποδηλάτου. Και αυτή η αλυσίδα μπορεί να ανοίξει ή να κλείσει ένα χέρι, ένα γάντζο ή να λυγίσει τον αγκώνα. Και τις χρησιμοποιούμε ακόμα ευρέως, επειδή είναι πολύ εύρωστες και σχετικά απλές συσκευές.
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.
Η τελευταία λέξη της τεχνολογίας είναι αυτό που ονομάζουμε μυοηλεκτρικές προθέσεις. Πρόκειται για μηχανοκίνητες συσκευές οι οποίες ελέγχονται από μικρά ηλεκτρικά σήματα από τους μύες. Κάθε φορά που συστέλλεται ένας μυς, εκπέμπει λίγο ηλεκτρισμό τον οποίο μπορείτε να καταγράψετε με κεραίες ή ηλεκτρόδια και να τον χρησιμοποιήσετε για τη λειτουργία της μηχανοκίνητης πρόθεσης. Λειτουργούν αρκετά καλά για ανθρώπους που μόλις έχουν χάσει το χέρι τους, επειδή οι μύες των χεριών υπάρχουν ακόμα. Πιέζετε το χέρι σας και αυτοί οι μύες συστέλλονται. Το ανοίγετε και αυτοί οι μύες συστέλλονται. Είναι ενστικτώδες και λειτουργεί αρκετά καλά.
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.
Τι γίνεται όμως με τα υψηλότερα επίπεδα ακρωτηριασμού; Έχετε χάσει το χέρι σας πάνω από τον αγκώνα. Σας λείπουν όχι μόνο αυτοί οι μύες, αλλά το χέρι και ο αγκώνας σας. Τι κάνετε; Οι ασθενείς μας πρέπει να χρησιμοποιούν πολύπλοκα συστήματα ή να χρησιμοποιούν απλά τους μύες των χεριών τους για να λειτουργήσουν τα ρομποτικά άκρα. Έχουμε ρομποτικά άκρα. Υπάρχουν αρκετά διαθέσιμα στην αγορά και εδώ βλέπετε μερικά. Περιέχουν μόνο ένα χέρι που ανοίγει και κλείνει, έναν περιστροφέα καρπού και έναν αγκώνα. Δεν υπάρχουν άλλες λειτουργίες. Αν υπήρχαν, πώς θα τους λέγαμε τι να κάνουν;
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?
Κατασκευάσαμε το δικό μας χέρι στο Ινστιτούτο Αποκατάστασης του Σικάγο, όπου προσθέσαμε μια κάμψη του καρπού και αρθρώσεις του ώμου, για να φτάσουμε μέχρι 6 κινητικούς μύες ή 6 βαθμούς ελευθερίας. Και είχαμε την ευκαιρία να δουλέψουμε με κάποια πολύ εξελιγμένα χέρια, τα οποία χρηματοδοτήθηκαν από το στρατό των ΗΠΑ, με τη χρήση αυτών των πρωτοτύπων, τα οποία είχαν μέχρι και 10 διαφορετικούς βαθμούς ελευθερίας, συμπεριλαμβανομένων και κινητών χεριών. Αλλά τελικά, πώς λέμε σε αυτά τα ρομποτικά χέρια τι να κάνουν; Πώς τα ελέγχουμε; Χρειαζόμαστε μια νευρική διεπαφή, έναν τρόπο σύνδεσης στο νευρικό μας σύστημα ή στις διαδικασίες της σκέψης μας, επομένως είναι ενστικτώδες, είναι φυσικό, όπως για εσάς και για εμένα.
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.
Το σώμα λειτουργεί ενεργοποιώντας μια κινητική εντολή στον εγκέφαλο, κατεβαίνοντας στη σπονδυλική στήλη, στα νεύρα και την περιφέρεια. Και η αίσθηση είναι το ακριβώς αντίθετο. Αγγίζετε τον εαυτό σας, υπάρχει ένα ερέθισμα το οποίο ανεβαίνει στα ίδια νεύρα στον εγκέφαλο. Όταν χάνετε το χέρι σας, το νευρικό σύστημα συνεχίζει να λειτουργεί. Τα νεύρα μπορούν να δημιουργήσουν σήματα εντολών. Και αν χτυπήσω το άκρο του νεύρου ενός βετεράνου του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, θα νιώσει ακόμα το χέρι που λείπει. Μπορεί να πείτε ας πάμε στον εγκέφαλο και ας βάλουμε κάτι στον εγκέφαλο για να καταγράφει σήματα, ή στο άκρο του περιφερειακού νεύρου και ας τα καταγράψουμε εκεί. Αυτά είναι πολύ ενδιαφέροντα ερευνητικά πεδία, αλλά είναι πολύ, πολύ δύσκολο. Πρέπει να τοποθετήσουμε εκατοντάδες μικροσκοπικά καλώδια για να καταγράφουν δεδομένα από μικροσκοπικούς ξεχωριστούς νευρώνες - κοινές ίνες που εκπέμπουν σήματα που στην ουσία είναι μικροβόλτ. Και είναι πολύ δύσκολο να τα χρησιμοποιήσω τώρα για τους σημερινούς ασθενείς μου.
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.
Έτσι, αναπτύξαμε μια διαφορετική προσέγγιση. Χρησιμοποιούμε έναν βιολογικό ενισχυτή, για να ενισχύσει αυτά τα νευρικά σήματα - τους μύες. Οι μύες θα ενισχύσουν τα νευρικά σήματα περίπου χίλιες φορές, έτσι θα μπορούμε να τα καταγράψουμε πάνω από το δέρμα, όπως είδατε προηγουμένως. Επομένως η προσέγγισή μας είναι κάτι που ονομάζεται στοχευμένη επανανεύρωση. Φανταστείτε κάποιον που έχει χάσει ολόκληρο το χέρι του, έχουμε τέσσερα κύρια νεύρα που καταλήγουν στο χέρι. Και παίρνουμε το νεύρο από το μυ του στήθους και αφήνουμε αυτά τα νεύρα να αναπτυχθούν μέσα σε αυτόν. Τώρα σκέφτεστε: «Κλείνω το χέρι μου» και ένα μέρος του στήθους σας συστέλλεται. Σκέφτεστε: «Λυγίζω τον αγκώνα μου» και συστέλλεται ένα διαφορετικό μέρος. Και μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ηλεκτρόδια ή κεραίες, για να συλλέξουμε αυτά και να πούμε στο χέρι να κινηθεί. Αυτή είναι η ιδέα.
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.
Αυτός είναι ο πρώτος άντρας στον οποίο το δοκιμάσαμε. Ονομάζεται Τζέσι Σάλιβαν. Είναι άγιος άνθρωπος - ένας 54χρονος εναερίτης που άγγιξε το λάθος καλώδιο και τα δύο του χέρια κάηκαν τόσο άσχημα που έπρεπε να ακρωτηριαστούν από το ύψος του ώμου. Ο Τζέσι ήρθε σε εμάς στο RIC για να εξοπλιστεί με αυτές τις υπερσύγχρονες συσκευές, τις βλέπετε εδώ. Χρησιμοποιώ ακόμα αυτή την παλιά τεχνολογία με μια αλυσίδα ποδηλάτου στη δεξιά πλευρά. Και επιλέγει ποιό σύνδεσμο θέλει να κινήσει με αυτoύς τους διακόπτες στο σαγόνι. Στην αριστερή πλευρά έχει μια σύγχρονη μηχανοκίνητη πρόθεση με αυτούς τους τρεις συνδέσμους και χειρίζεται μικρά επιθέματα στον ώμο του τα οποία αγγίζει για να κάνει το χέρι να κινηθεί. Και ο Τζέσι είναι καλός χειριστής γερανού και ανταποκρίθηκε στα πρότυπά μας.
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.
Επίσης απαίτησε μια επανεγχείρηση στο στήθος του. Και αυτό μας έδωσε την ευκαιρία να κάνουμε στοχευμένη επανανεύρωση. Ο συνάδελφός μου, Δρ. Γκρεγκ Ντουμάνιαν, έκανε την εγχείρηση. Πρώτα, αφαιρέσαμε το νεύρο από το δικό του μυ, μετά πήραμε τα νεύρα του χεριού και κατά κάποιον τρόπο τα μεταφέραμε στο στήθος του και τον κλείσαμε. Μετά από περίπου τρεις μήνες, τα νεύρα μεγάλωσαν λίγο και μπορούσαμε να πάρουμε συσπάσεις. Μετά από έξι μήνες, τα νεύρα μεγάλωσαν αρκετά και μπορούσαμε να δούμε έντονες συσπάσεις. Και μοιάζουν κάπως έτσι. Αυτό συμβαίνει όταν ο Τζέσι σκέφτεται να ανοίξει και να κλείσει το χέρι του ή να λυγίσει ή να ισιώσει τον αγκώνα του. Μπορείτε να δείτε τις κινήσεις στο στήθος του, και αυτά τα μικρά σημάδια είναι τα σημεία που βάλαμε τις κεραίες ή τα ηλεκτρόδια. Προκαλώ οποιονδήποτε σε αυτή την αίθουσα να κάνει το στήθος του να κινηθεί έτσι. Ο εγκέφαλός του σκέφτεται για το χέρι του, Δεν έχει μάθει πώς να το κάνει αυτό με το στήθος. Δεν υπάρχει διαδικασία εκμάθησης. Γιατί είναι ενστικτώδες.
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.
Εδώ είναι ο Τζέσι στο πρώτο μας τεστ. Στη μεριά του αριστερού χεριού, βλέπετε την αρχική πρόθεση και χρησιμοποιεί αυτούς τους διακόπτες για να κινεί μικρά τουβλάκια από το ένα κουτί στο άλλο. Είχε αυτό το χέρι για περίπου 20 μήνες, επομένως το χειρίζεται καλά. Στη δεξιά πλευρά, δύο μήνες αφότου του βάλαμε τις προθέσεις στοχευμένης επανανεύρωσης. το οποίο, παρεμπιπτόντως, είναι το ίδιο φυσικό χέρι, απλά προγραμματισμένο λίγο διαφορετικά -- μπορείτε να δείτε ότι είναι πολύ πιο γρήγορος και κάνει πιο ομαλές κινήσεις ενώ μετακινεί αυτά τα τουβλάκια. Και μπορούσαμε να χρησιμοποιούμε μόνο τρία από τα σήματα εκείνη τη στιγμή.
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.
Μετά είχαμε μια από εκείνες τις μικρές εκπλήξεις της επιστήμης. Όλοι βρήκαμε το κίνητρο να παίρνουμε μηχανοκίνητες εντολές για να καθοδηγούμε ρομποτικά χέρια. Και μετά από λίγους μήνες. αγγίζεις τον Τζέσι στο στήθος και αισθάνθηκε το χέρι που έλειπε. Η αίσθηση της παλάμης δημιουργήθηκε ξανά στο στήθος του ίσως επειδή είχαμε αφαιρέσει πολύ λίπος, επομένως το δέρμα ακουμπούσε στο μυ και απονευρώσαμε το δέρμα του. Επομένως, αγγίζουμε τον Τζέσι εδώ κι αισθάνεται τον αντίχειρά του, αν τον αγγίξουμε εδώ, αισθάνεται το μικρό του δαχτυλάκι. Αισθάνεται ένα ελαφρύ άγγιγμα, λιγότερο από ένα γραμμάριο δύναμης. Αισθάνεται κάτι ζεστό, κρύο, αιχμηρό, αμβλύ και στο χέρι που λείπει ή και στα δυο χέρια και στο στήθος, αλλά μπορεί να ανταποκριθεί σε όλα. Αυτό είναι πολύ συναρπαστικό για εμάς, γιατί τώρα έχουμε μια πύλη, μια πύλη ή έναν τρόπο να δώσουμε πίσω την αίσθηση δυνητικά ώστε να αισθάνεται ό,τι αγγίζει με το προσθετικό του χέρι. Φανταστείτε αισθητήρες στο χέρι να έρχονται και να πιέζουν στο δέρμα του νέου χεριού. Ήταν πολύ συναρπαστικό.
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.
Επίσης σημειώσαμε πρόοδο και με τον αρχικά μεγαλύτερο αριθμό ανθρώπων με ακρωτηριασμένα χέρια πάνω από τον αγκώνα. Και εδώ απονευρώνουμε ή αφαιρούμε το νεύρο μόνο από μικρά μέρη του μυός και τα άλλα τα αφήνουμε ως έχουν και μας δίνουν τα σήματα για κίνηση προς τα πάνω ή κάτω και άλλα δύο που μας δίνουν σήματα για άνοιγμα και κλείσιμο. Αυτός ήταν ένας από τους πρώτους μας ασθενείς, ο Κρις. Τον βλέπετε με την αρχική του συσκευή στα αριστερά μετά από οκτώ μήνες χρήσης, και δεξιά, μετά από δύο μήνες. Είναι περίπου τέσσερις ή πέντε φορές ταχύτερος με αυτό το απλό σύστημα μέτρησης απόδοσης.
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.
Εντάξει. Ένα από τα καλύτερα πράγματα στη δουλειά μου είναι να δουλεύω με πραγματικά υπέροχους ασθενείς που είναι επίσης και συν-ερευνητές. Και είμαστε πολύ τυχεροί σήμερα να έχουμε την Αμάντα Κιτς μαζί μας. Παρακαλώ καλωσορίστε την Αμάντα Κιτς.
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.
(Χειροκροτήματα)
(Applause)
Λοιπόν Αμάντα, μπορείς να μας πεις πώς έχασες το χέρι σου;
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
Αμάντα Κιτς: Βέβαια. Το 2006 είχα ένα αυτοκινητιστικό ατύχημα. Γυρνούσα σπίτι από τη δουλειά και ένα φορτηγό ερχόταν από την αντίθετη κατεύθυνση, ήρθε στη λωρίδα μου πέρασε πάνω από το αυτοκίνητό μου και ο άξονας έκοψε το χέρι μου.
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.
Τοντ Κούικεν: Μετά από τον ακρωτηριασμό σου, έγινες καλά. Και έχεις ένα από αυτά τα συμβατικά χέρια. Μπορείς να μας πεις πώς λειτούργησε;
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?
ΑΚ: Λοιπόν, ήταν λίγο δύσκολα, επειδή έπρεπε να δουλέψω μόνο με ένα δικέφαλο κι έναν τρικέφαλο. Έτσι για τα πιο απλά πράγματα, όπως να σηκώσω κάτι, έπρεπε να λυγίσω τον αγκώνα μου και μετά έπρεπε να συ-συσταλλεί για να αλλάξει λειτουργία. Όταν έκανα αυτό, έπρεπε να χρησιμοποιήσω το δικέφαλό μου για να κλείσει το χέρι να χρησιμοποιήσω τον τρικέφαλό μου για να ανοίξει, να συ-συσταλεί ξανά για να λειτουργήσει και πάλι ο αγκώνας.
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.
ΤΚ: Άρα ήταν λίγο αργό;
TK: So it was a little slow?
ΑΚ: Ήταν λίγο αργό και δύσκολο στη χρήση. Απαιτούσε πάρα πολύ μεγάλη συγκέντρωση.
AK: A little slow, and it was just hard to work. You had to concentrate a whole lot.
ΤΚ: Εντάξει, σκέφτομαι εννιά περίπου μήνες αργότερα που είχες την εγχείρηση στοχευμένης επανανεύρωσης, χρειάστηκαν ακόμα έξι μήνες να ολοκληρωθεί η επανανεύρωση. Μετά της βάλαμε καινούρια πρόθεση. Και πως λειτούργησε αυτό για σένα;
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?
ΑΚ: Λειτουργεί καλά. Μπορούσα να χρησιμοποιήσω τον αγκώνα και την παλάμη μου ταυτόχρονα. Μπορούσα να τα λειτουργήσω μόνο με τη σκέψη μου. Έτσι δεν έπρεπε να κάνω τη συ-συστολή και όλα αυτά.
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.
ΤΚ: Ήταν λίγο πιο γρήγορο;
TK: A little faster?
ΑΚ: Λίγο πιο γρήγορο. Και πολύ πιο εύκολο, πιο φυσικό.
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
ΤΚ: Εντάξει, αυτός ήταν ο στόχος μου. Για 20 χρόνια, ο στόχος μου ήταν να καταστήσω κάποιον ικανό να χρησιμοποιεί τον αγκώνα και την παλάμη του ενστικτωδώς και ταυτόχρονα. Και τώρα έχουμε περισσότερους από 50 ασθενείς σε ολόκληρο τον κόσμο που έκαναν αυτή την εγχείρηση, συμπεριλαμβανομένων περισσότερους από 10 τραυματισμένους στρατιώτες των ενόπλων δυνάμεων των ΗΠΑ. Το ποσοστό επιτυχίας της μεταφοράς νεύρων είναι πολύ υψηλό. Είναι περίπου 96%. Επειδή βάζουμε ένα μεγάλο νεύρο πάνω σε ένα μικρό κομμάτι μυός. Και αυτό προσφέρει ενστικτώδη έλεγχο. Η λειτουργική δοκιμασία, αυτά τα μικρά τεστ δείχνουν ότι είναι πολύ πιο γρήγορο και πολύ πιο εύκολο. Και το πιο σημαντικό είναι ότι οι ασθενείς μας το έχουν εκτιμήσει.
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.
Επομένως ήταν πολύ συναρπαστικό. Αλλά θέλουμε να τα πάμε ακόμα καλύτερα. Υπάρχει μεγάλη πληροφόρηση για αυτά τα νευρικά σήματα και θέλαμε να αποκτήσουμε περισσότερη. Μπορείς να κουνήσεις κάθε δάχτυλο. Μπορείς να κουνήσεις τον αντίχειρα, τον καρπό. Μπορούμε να κάνουμε περισσότερα; Έτσι κάναμε κάποια πειράματα όπου γεμίσαμε τους κακόμοιρους τους ασθενείς μας με άπειρα ηλεκτρόδια και μετά τους βάλαμε να προσπαθήσουν να περάσουν πολλές διαφορετικές δοκιμασίες -- από το να λυγίσουν ένα δάχτυλο, μέχρι να κινήσουν ένα ολόκληρο χέρι και να φτάσουν κάτι -- και καταγράψαμε αυτά τα δεδομένα. Μετά χρησιμοποιήσαμε κάποιους αλγόριθμους που μοιάζουν με τους αλγόριθμους αναγνώρισης φωνής και ονομάζονται αναγνώριση σχημάτων. Κοιτάξτε.
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.
(Γέλια)
(Laughter)
Εδώ μπορείτε να δείτε, στο στήθος του Τζέσι, όταν είχε μόλις προσπαθήσει να κάνει τρία διαφορετικά πράγματα, μπορείτε να δείτε τρία διαφορετικά σχήματα. Αλλά δε μπορώ να βάλω ένα ηλεκτρόδιο και να πω «Πήγαινε εκεί». Έτσι συνεργαστήκαμε με τους συναδέλφους μας το Πανεπιστήμιο του Νιου Μπράνσγουικ και σκεφτήκαμε αυτό τον έλεγχο αλγορίθμου, το οποίο μπορεί τώρα να μας δείξει η Αμάντα.
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.
ΑΚ: Έτσι ο αγκώνας μου κινείται πάνω κάτω. Έχω την περιστροφή του καρπού που γυρίζει - και μπορεί να γυρίσει εντελώς. Και έχω κάμψη και έκταση καρπού. Επίσης μπορώ να ανοίξω και να κλείσω την παλάμη.
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.
ΤΚ: Σε ευχαριστώ, Αμάντα. Αυτό είναι ένα ερευνητικό χέρι, αλλά έχει κατασκευαστεί από εμπορικά μέρη από εδώ και μερικά που δανείστηκα από όλον τον κόσμο. Είναι γύρω στα 3 κιλά, όσο δηλαδή θα ζύγιζε και το χέρι μου αν το έχανα από αυτό το σημείο. Προφανώς, είναι βαρύ για την Αμάντα. Και στην πραγματικότητα το νιώθει ακόμα πιο βαρύ γιατί δεν είναι κολλημένο Μεταφέρει όλο το βάρος με εξαρτήσεις.
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.
Επομένως το συναρπαστικό μέρος δεν είναι τόσο η μηχατρονική, όσο ο έλεγχος. Έτσι αναπτύξαμε ένα μικροϋπολογιστή που αναβοσβήνει κάπου πίσω από την πλάτη της και το χειρίζεται και παρεμπιπτόντως το εκπαιδεύει να χρησιμοποιεί τα ξεχωριστά μυϊκά σήματα. Αμάντα, όταν πρωτοξεκίνησες να χρησιμοποιείς αυτό το χέρι, πόσο καιρό σου πήρε να το χρησιμοποιήσεις;
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?
ΑΚ: Χρειάστηκαν περίπου τρεις με τέσσερις ώρες για να αρχίσω να το εκπαιδεύω. Έπρεπε να το εφαρμόζω σε έναν υπολογιστή, επομένως δε μπορούσα να το εκπαιδεύω παντού. Αν σταματούσε να λειτουργεί, έπρεπε απλά να το βγάλω. Τώρα μπορεί να εκπαιδευθεί με αυτό το μικρό κομματάκι στην πλάτη. Μπορώ να το φοράω παντού. Αν σταματήσει να λειτουργεί για κάποιο λόγο, μπορώ να το εκπαιδεύσω ξανά. Χρειάζεται περίπου ένα λεπτό.
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.
ΤΚ: Είναι πράγματι συναρπαστικό, επειδή τώρα οδηγούμαστε σε μια κλινικά πρακτική συσκευή. Και αυτός είναι ο στόχος μας -- να έχουμε κάτι κλινικά πρακτικό. Επίσης, επιτρέψαμε στην Αμάντα να χρησιμοποιεί μερικά από τα πιο προηγμένα χέρια που σας έδειξα νωρίτερα. Εδώ η Αμάντα χρησιμοποιεί ένα χέρι από τον Ερευνητικό Οργανισμό DEKA. Και πιστεύω ότι ο Ντιν Κάμεν το παρουσίασε στο TED πριν από μερικά χρόνια. Η Αμάντα, όπως μπορείτε να δείτε, έχει πολύ καλό έλεγχο. Είναι η αναγνώριση σχημάτων. Και τώρα έχει ένα χέρι που μπορεί να κάνει διαφορετικές λαβές. Αυτό που κάνουμε είναι να βάλουμε τον ασθενή να σκεφθεί: «Τι σχήμα λαβής στην παλάμη θέλω;» Μπαίνει σε αυτή τη λειτουργία και μετά μπορεί να κάνει πέντε ή έξι διαφορετικές λαβές με αυτό το χέρι. Αμάντα, πόσες λαβές μπορούσες να κάνεις με το χέρι του 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?
ΑΚ: Μπορούσα να κάνω τέσσερις. Τη γροθιά, το μισόκλειστο χέρι. τη σφιχτή γροθιά και να ενώσω τον αντίχειρα με το δείχτη. Το αγαπημένο μου όμως ήταν όταν το χέρι ήταν ανοιχτό, γιατί δουλεύω με παιδιά και όλη την ώρα χειροκροτούμε και τραγουδάμε, έτσι μπορούσα να το ξανακάνω και ήταν πολύ καλό.
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.
ΤΚ: Αυτό το χέρι δεν είναι τόσο καλό για χειροκρότημα.
TK: That hand's not so good for clapping.
ΑΚ: Δε μπορώ να χειροκροτήσω με αυτό.
AK: Can't clap with this one.
ΤΚ: Εντάξει. Είναι λοιπόν συναρπαστικό το που μπορούμε να φτάσουμε με καλύτερη μηχατρονική, αν τα κάνουμε αρκετά καλά, ώστε να κυκλοφορήσουν στην αγορά και να χρησιμοποιηθούν για δοκιμές. Θέλω να παρακολουθήσετε προσεκτικά.
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.
(Βίντεο) Κλόντια: Ωωωω!
(Video) Claudia: Oooooh!
ΤΚ: Αυτή είναι η Κλόντια, κι αυτή ήταν η πρώτη φορά που αισθάνθηκε κάτι μέσω της πρόθεσης. Είχε έναν μικρό αισθητήρα στο άκρο της πρόθεσης τον οποίο μετά έτριψε σε διαφορετικές επιφάνειες και μπορούσε να αισθανθεί διαφορετικές υφές όπως γυαλόχαρτο, διαφορετικά αμμοχάλικα, καλωδιοταινίες καθώς πίεζε το επανανευρωμένο δέρμα της παλάμης της. Είπε ότι καθώς το περνούσε κατά πλάτος του τραπεζιού αισθανόταν ότι το δάχτυλό της τρανταζόταν. Είναι ένα πολύ ενδιαφέρον εργαστηριακό πείραμα του πώς μπορούμε να δώσουμε πίσω, δυνητικά, την αίσθηση του δέρματος.
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.
Αυτό είναι άλλο ένα βίντεο που δείχνει κάποιες ακόμα από τις προκλήσεις μας. Αυτός είναι ο Τζέσι και πιέζει ένα παιχνίδι από αφρολέξ. Όσο πιο δυνατά πιέζει - βλέπετε ένα μικρό μαύρο πραγματάκι στη μέση που πιέζει το δέρμα ανάλογα με το πόσο σκληρά πιέζει. Κοιτάξτε τα ηλεκτρόδια γύρω του. Έχω ένα χωροταξικό πρόβλημα. Ας υποθέσουμε ότι πρέπει να βάλετε μερικά από αυτά τα πράγματα εκεί, αλλά ο κινητήρας βγάζει πολλούς ήχους ακριβώς δίπλα στα ηλεκτρόδια. Αποτελεί μεγάλη πρόκληση το τι πρέπει να κάνουμε εκεί.
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.
Το μέλλον προδιαγράφεται λαμπρό. Είμαστε ενθουσιασμένοι με το ποιοι είμαστε και με πολλά πράγματα που πρέπει να κάνουμε. Για παράδειγμα, το ένα είναι να ξεφορτωθώ το χωροταξικό μου πρόβλημα και να πάρω καλύτερα σήματα. Θέλουμε να αναπτύξουμε αυτές τις μικροσκοπικές κάψουλες στο μέγεθος ενός κόκκου ρυζιού για να τις τοποθετήσουμε στους μύες και να τηλεμετρήσουμε τα σήματα EMG, ώστε να μην είναι ανησυχητικά για την επαφή των ηλεκτροδίων. Μπορούμε να έχουμε το σημείο ανοιχτό για να δοκιμάσουμε περισσότερες πληροφορίες για την αίσθηση. Θέλουμε να κατασκευάσουμε ένα καλύτερο χέρι. Αυτό το χέρι -- πάντα κατασκευάζονται για αρσενικά κατά 50%, που σημαίνει ότι είναι πολύ μεγάλα για τα 5/8 των ανθρώπων. Έτσι αντί για ένα πολύ ισχυρό ή πολύ γρήγορα χέρι, κατασκευάζουμε ένα χέρι, το οποίο είναι -- ξεκινάμε με αυτό, θηλυκό κατά 25% - και θα έχουμε ένα χέρι που ανοίγει ολόκληρο, δύο βαθμούς ελευθερίας στον καρπό και τον αγκώνα. Έτσι θα είναι το μικρότερο και ελαφρύτερο και εξυπνότερο χέρι που έχει κατασκευαστεί ποτέ. Αφού μπορούμε να το κάνουμε μικρό, είναι πολύ πιο εύκολο να το κάνουμε μεγαλύτερο.
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.
Αυτοί είναι μερικοί από τους στόχους μας. Και ειλικρινά εκτιμούμε την παρουσία σας σήμερα εδώ. Θα ήθελα να σας πω και λίγα πράγματα για τη σκοτεινή πλευρά, σχετικά με το χθεσινό ζήτημα. Η Αμάντα ήρθε με τζετ λαγκ, χρησιμοποιεί το χέρι και όλα πηγαίνουν στραβά. Ο υπολογιστής είχε πρόβλημα, είχαμε ένα σπασμένο καλώδιο, έναν μετατροπέα που έβγαζε φλόγες. Βγάλαμε ένα ολόκληρο κύκλωμα στο ξενοδοχείο και ενεργοποιήσαμε τον συναγερμό πυρκαϊάς. Δε θα μπορούσα να αντιμετωπίσω μόνος μου κανένα από αυτά τα προβλήματα, αλλά έχω μια υπέροχη ερευνητική ομάδα. Και ευτυχώς ήταν μαζί μας η Δρ. Άννι Σάιμον και δούλεψε πολύ σκληρά χθες για να τα διορθώσει. Αυτό είναι επιστήμη, Και ευτυχώς, λειτούργησε σήμερα.
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.
Σας ευχαριστώ πάρα πολύ.
So thank you very much.
(Χειροκροτήματα)
(Applause)