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.
امروز می خواهم در مورد علم فرآیندهای زیستی (بیونیک) با شما سخن بگویم، نامی آشنا برای علم جایگزین کردن بخشی از یک اندام زنده با یک وسیلۀ مکانیکی، یا یک رُبات. این در اصل، ارتباط جوهرۀ حیات با ماشین است. و به بیان دقیق تر، می خواهم با شما دربارۀ چگونگی تحول و تکامل علم بیونیک در افرادی با قطع عضو بازو، سخن بگویم.
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.
این انگیزۀ ماست. قطع عضو بازو باعث ناتوانائی های بیشماری می شود. بدین منظور که کاهش عملکرد واضح و آشکار است. دستهای ما ابزار شگفت انگیزی هستند. و وقتی شما یکی، به ندرت هر دو، را از دست می دهید، انجام کارهای فیزیکی به مراتب سخت تر می شود. تاثیر عاطفی بزرگی نیز در میان است. و در حقیقت، مقدار زمانی که در مطب برای تعادل روحی بیماران صرف می کنم ، همان اندازه است که برای ناتوانی جسمی آنها صرف می کنم. و در نهایت، یک تأثیر عمیق اجتماعی وجود دارد. ما با دستانمان حرف می زنیم. با دستانمان سلام و خوشامد می گوییم. و با کمک دستانمان با دنیای مادی در ارتباط هستیم. و وقتی آنها نباشند، مانعی بر سر راه است. قطع عضو دست معمولا" در اثر حادثه بوجود می آید، چیزهایی مثل حوادث محیط کار، تصادفات اتومبیل یا، خیلی دردناک، در جنگ. همچنین بعضی کودکان بدون دست متولد می شوند، که آنرا نقص عضو مادرزادی می نامند.
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.
متاسفانه، ما آنچنان عالی متاسفانه ما هنوز به آن درجه عالی از بازوی مصنوعی نرسیده ایم دو نوع کلی وجود دارد. پروتزهایی که با قدرت بدنی کار می کردند، که درست بعد از جنگ داخلی اختراع شد، در جنگ جهانی اول و دوم ، بهتر و ظریف تر شد. در اینجا شما اختراعی از یک بازو مربوط به سال 1912 را مشاهده می کنید. خیلی با آنچه شما روی بدن بیمار من می بینید، تفاوتی ندارد. آنها با در اختیار گرفتن قدرت شانه، کار می کنند. بدین صورت که وقتی شما شانۀ خود را جمع می کنید، آنها یک تسمه دوچرخه را می کشند. و آن تسمۀ دوچرخه می تواند یک دست یا یک قلاب را باز و بسته کند یا یک بازو را خم کند. و ماهنوز بطور رایج از آنها استفاده می کنیم، چون آنها دستگاهی خیلی مقاوم و به نسبت ساده هستند.
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.
نوع هنری آن چیزی است که ما آنرا پروتز " میوالکترونیک-myoelectric " می نامیم. آنها دستگاههای موتور داری هستند که توسط سیگنالهای کوچک الکترونیکی ماهیچه های شما کنترل می شوند. هر بار که ماهیچه ای را منقبض می کنید، یک جریان الکتریکی کوچکی صادر می شود که شما می توانید توسط آنتن یا الکترود ضبط کنید و آنرا برای حرکت دادن پروتز موتور دار بکار برید. آنها برای افرادی که به تازگی دست خود را از دست دادند بخوبی کار می کنند، چون ماهیچه های دست شما هنوز آنجاست. شما دستتان را جمع می کنید، این ماهیچه ها منقبض می شوند. شما آنرا باز می کنید، این ماهیچه ها منقبض می شوند. بدین ترتیب، این یک چیز حسی است و بخوبی کار می کند.
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?
خوب در مورد قطع عضو قسمتهای بالاتر دست به چه صورت است؟ حال شما بازوی خود را از بالای آرنج از دست دادید. شما نه تنها این ماهیچه ها را از دست دادید، بلکه دست و آرنج تان را هم از دست دادید. چه کار می کنید؟ بیماران ما باید با استفاده از یک سیستم پیچیدۀ کُدی ( code-y ) ماهیچه های بازوی خود را برای حرکت دادن اندام های مکانیکی بکار برند. ما دست و پا های مصنوعی موجود داریم. چندین مدل در بازار موجود است که در اینجا شما تعدادی را مشاهده می کنید. آنها متشکل هستند از یک دست که باز و بسته می شود، یک مچ گردان و یک آرنج. هیچ عملکرد دیگری ندارند. اگر هم داشته باشند، چطوربه آنها بگوییم که چه کار کنند؟
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.
ما در مرکز توان بخشی شیکاگو، دست خودمان را ساختیم چندین خمیدگی در مچ و مفصل در شانه به آن اضافه کردیم تا آزادی حرکت آنرا تا 6 درجه افزایش دادیم. و ما این موقعیت را داشتیم که با یکسری دستهای مصنوعی که تحت بودجۀ ارتش آمریکا ساخته شدند، کار کنیم. با استفاده از این مدلهای اولیه، آزادی حرکت تا 10 درجه وجود دارد که شامل دستهای متحرک نیز می باشد. ولی در نهایت، چطور به این بازوهای مکانیکی بگوییم که چه کار انجام دهند؟ چطور آنها را کنترل کنیم؟ ما یک واسطۀ خنثی لازم داریم، راهی که سیستم عصبی ما را به فرآیندهای فکری مان ارتباط دهد طوری که طبیعی و بی واسطه باشد، مثل حالت من و شما.
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.
کارکرد بدن بدین صورت است که یک فرمان حرکتی در مغز شما ایجاد شده، و از طریق نخاع به پایین حرکت کرده، و از رشته های عصبی به اطراف بدن شما پخش می شود. و حس لامسۀ شما درست در جهت خلاف آن است. خودتان را لمس می کنید، یک محرکی از طریق همان رشته های عصبی به سمت مغز شما باز می گردد. وقتی دستتان را از دست می دهید، آن سیستم عصبی هنوز کار می کند. رشته های عصبی سیگنالهای فرمان را ارسال می کنند. و اگر من ضربۀ کوچکی به انتهای عصب دریک سرباز جنگ جهانی دوم وارد کنم، او هنوز دست قطع شده اش را حس می کند. بدین ترتیب احتمالا" می گویید ، که یا در مغز چیزی بگذاریم که سیگنالها را ضبط کند، و یا در انتهای رشته های عصبی چیزی برای ضبط سیگنالها قرار دهیم. و اینها حوزه های تحقیقاتی خیلی جالبی هستند، اما در عین حال کار خیلی خیلی سختی است. شما می بایست صدها سیم میکروسکوپی جایگذاری کنید تا ریزترین سیگنالها بنام پرتوهای کوچک که هر یک نرونهای کوچک و ریز-- یا رشته های عصبی معمولی صاتع می شوند، را ضبط کند. و این در حال حاضر برای بیماران من کار بسیار دشواری است.
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.
بنابراین ما یک روش دیگری را ایجاد کردیم. ما با استفاده از یک دستگاه تقویت کنندۀ بیولوژیکی این سیگنالهای عصبی -- یا همان عضلات را تقویت می کنیم. عضلات، سیگنالهای عصبی را هزاران برابر تقویت می کنند، بدین صورت ما می توانیم از سطح بیرونی پوست، آنها را ضبط کنیم، همانطور که در ابتدا مشاهده کردید. بنابراین روش ما چیزی است که ما آنرا "" رشد هدفمند اعصاب"-targeted reinnervation " می نامیم. تصور کنید، در کسی که کل دستش را از بازو از دست داده است، ما هنوز چهار عصب اصلی داریم که که از بازو به پایین کشیده شده اند. و ما یک عصب را از ماهیچۀ قفسه سینه شما بیرون می کشیم و می گذاریم این عصبها در آن عصب رشد کنند. حال شما فکر می کنید، " دست را ببند" ، و یک بخش کوچک سینۀ شما منقبض می شود. شما فکر می کنید، " آرنج را خم کن" ، یک قسمت دیگر منقبض می شود. و ما می توانیم با استفاده از الکترود ها یا آنتن به دست فرمان حرکت بدهیم. این ایدۀ ما است.
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.
بدین ترتیب این اولین کسی است که روی او آزمایش کردیم. نام او " جسی سالیون" است. او واقعا" یک فرشته است-- یک مأمور برق 54 ساله ای که سیم اشتباهی را لمس کرد و هر دو دستش آنچنان شدید سوخت که ناچار به قطع آنها از ناحیۀ شانه شدند. "جسی" از طریق " RIC " به آمریکا آمد تا ببیند کدامیک از این دستگاه های هنرمندانه، مناسب شرایط اوست، و در اینجا آنها را می بینید. من هنوز همان تکنولوژی قدیمی با تسمۀ دوچرخه را روی سمت راست او بکار می برم. او مفصلی را که میخواهد حرکت دهد با سویجهای چانهای انتخاب می کند. در سمت چپ او یک پروتز مکانیکی مدرن دارای سه مفصل قراردارد، و او سه صفحۀ کوچک در شانه اش را بکار گرفته و باعث حرکت بازواش می شود. و " جسی" یک گردانندۀ خوب جرثقیل است، و بخوبی با استانداردهای ما پیش رفت.
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.
او همچنین به یک عمل جراحی مجدد روی سینه اش نیاز داشت. و این به ما این شانس را داد که شیوۀ " رشد هدفمند اعصاب - targeted reinnervation " را انجام دهیم. بنابراین همکار من، دکتر " گرِگ دمانیان"، عمل جراحی را انجام داد. ابتدا، ما عصب متصل به ماهیچه اش را قطع کردیم، سپس اعصاب بازو را گرفته و به طریقی به سمت سینۀ او هدایت کردیم و محل عمل را بستیم. و بعد از حدود سه ماه، عصبها تا حدودی رشد کردند و توانستیم یک کشیدگی عصب داشته باشیم. و بعد از 6 ماه، عصبها بخوبی رشد کردند، و می توانستید انقباضهای قوی داشته باشید. و این شکل آن است. زمانی که حسی به نباز یا بسته کردن دستش و یا خم و راست کردن آرنجش فکر میکند ، این اتفاق میافتد. زمانی که حسی به نباز یا بسته کردن دستش و یا خم و راست کردن آرنجش فکر میکند ، این اتفاق میافتد. زمانی که حسی به نباز یا بسته کردن دستش و یا خم و راست کردن آرنجش فکر میکند ، این اتفاق میافتد. شما می توانید تکان ها را در سینۀ او مشاهده کنید، و آن علائم کوچک، جایی است که ما الکترودها یا آنتن را جایگذاری کردیم. و من از همه افراد در این اتاق می خواهم که سینه شان را مثل این تکان دهند. مغز او دربارۀ بازویش فکر می کند. او روش انجام این کار با بازویش را یاد نگرفته است. شیوۀ یادگیری در اینکار وجود ندارد. به همین دلیل است که این کاری ذاتی است.
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.
خُب "جسی" است که در اولین آزمایش کوچک ما با او است. شما در سمت چپ، پروتز اولیۀ او را می بینید، و او با استفاده از آن دکمه ها بلوکهای کوچک را از جعبه ای به جعبۀ دیگر می گذارد. او آن دست را برای مدت 20 ماه داشته ، بنابراین بخوبی با آن کار می کند. در سمت راست، دو ماه پس از آنکه ما پروتزی به شیوۀ " رشد هدفمند اعصاب -targeted reinnervation " برایش درست و جایگذاری کردیم-- که البته ،همان دست متحرک است، فقط با برنامه ریزی کمی متفاوت -- شما مشاهده می کنید که خیلی تند تر و راحت تر این بلوکهای کوچک را جابجا می کند. و ما در این لحظه قادریم فقط از سه سیگنال استفاده کنیم.
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.
در آن وقت ما یکی از شگفتیهای کوچک در علم را داشتیم. بدین ترتیب ما همه تشویق شدیم که با فرمانهای فیزیکی بازوهای مکانیکی را حرکت دهیم. و پس از چند ماه، شما سینۀ "جسی" را لمس می کنید، و او دست قطع شده اش را حس می کند. حسِ دست او در سینه اش رشد کرده است احتمالا" به این دلیل که ما مقدار زیادی چربی نیز خارج کردیم، بنابراین پوست درست روی عضله است و رشته های عصبی را تحریک می کند. لذا شما این محل را لمس می کنید، "جسی" شست دستش را حس می کند، این جا را لمس می کنید، انگشت کوچکش را حس می کند. او تماس های خیلی ملایم به اندازۀ کمتر از یک گرم را حس می کند. او گرما، سرما، تیزی، کُندی را تماما" در دست قطع شده اش ، یا هر دو دست و شانه اش حس می کند، ولی می تواند به هریک واکنش دهد. لذا، این برای ما واقعا" هیجان انگیز بود، از آنجائیکه ما در حال حاضر یک مدخل یا یک راهی برای منعکس کردن حس داریم، تا شاید او بتواند آنچه را که با دست مصنوعی اش لمس می کند، حس کند. تصور کنید سنسورهای دست به سمت بالا آمده و بر روی این پوست جدید دست فشار بیاورند. بدین ترتیب اینکار خیلی هیجان انگیز بود.
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.
ما همچنین به سمت آنچه هدف اولیۀ ما در مورد جمعیت افرادی که قطعی دست از ناحیۀ بالای آرنج دارند، پیش رفته ایم. و ما در اینجا عصب را تنها از ناحیۀ کوچکی از عضله بریده و جدا کردیم، و بقیه را که به ما سیگنالهای بالا و پایین را می دهند، و دو تای دیگر که به ما سیگنال باز و بسته شدن دست را می دهند ، بحال خودشان گذاشتیم. این " کریس" یکی از اولین بیماران ما بود. شما او را با دستگاه اولیه اش در سمت چپ پس از 8 ماه استفاده مشاهده می کنید، و در سمت راست ، این دو ماه است. او با این عملکرد متریک کوچک ساده حدود چهار یا پنج برابر سریعتر است.
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.
بسیار خوب. بدین ترتیب یکی از بهترین بخشهای کار من سر و کار داشتن با بیماران واقعا" خوب است کسانیکه همکاران تحقیقاتی ما نیز هستند. و امروز مفتخریم که " آماندا کیتز" در این جمع به ما می پیوندد. لطفا" به " آماندا کیتز" خوشامد بگویید.
(Applause)
( تشویق حاضرین)
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
خوب "آماندا" ، می شه لطفا" به ما بگی که چطور دستت را از دست دادی؟
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.
"آماندا کیتز " : البته. در سال 2006 ، من یک سانحۀ رانندگی داشتم. و داشتم از سر کار به سمت خانه رانندگی می کردم، و یک کامیون در جهت مخالف می آمد، وارد خط من شد، روی ماشین من آمد و میلۀ بین چرخهایش، دست مرا تکه پاره کرد.
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?
تاد کیوکن: خوب، پس بعد از قطع دستت، تو بهبود پیدا کردی. و یکی از این دستهای متداول را در اختیار داری. می تونی به ما بگی که چطور کار می کند؟
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.
آماندا: خوب، کمی سخت بود، چون من می بایست فقط با یک ماهیچۀ دوسر و یک ماهیچۀ سه سر کار می کردم. از اینرو برای چیزهای کوچک ساده مثل بلند کردن چیزی، باید آرنج خود را خم می کردم، و سپس باید انقباضی ایجاد می کردم تا به کمک آن وضعیت دستگاه را عوض کنم. وقتی اینکار را می کردم، باید ماهیچۀ دوسر را بکار می گرفتم تا تا با آن، دست بسته شود، ماهیچۀ سه سر را بکار گرفته تا با آن دست باز شود، مجدد منقبض کنم تا آرنج را مجدد به کار وا دارم.
TK: So it was a little slow?
تاد: بدین ترتیب روند کندی بود؟
AK: A little slow, and it was just hard to work. You had to concentrate a whole lot.
آماندا: کمی کُند، و کار با آن بسیار دشوار بود. می بایست تمرکز خیلی زیادی داشته باشید.
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?
تاد: بسیار خوب، من به 9 ماه بعد فکر می کنم که تو عمل جراحی " رشد هدفمند اعصاب- targeted reinnervation " را داشتی، شش ماه دیگر طول کشید تا تمام جایگذاری عصبها انجام شود. سپس ما پروتز مناسب او را جایگذاری کردیم. و تأثیر آن چطور بود؟
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.
آماندا: بخوبی کار می کند. قادر بودم دست و آرنجم را بطور همزمان بکار ببرم. می توانستم تنها با افکارم آنها را به کار بیندازم. بنابراین دیگر لازم نبود تمام آن انقباضها را انجام دهم.
TK: A little faster?
تاد: کمی سریعتر؟
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
آماندا: کمی سریعتر. و خیلی راحت تر، خیلی طبیعی تر.
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.
تاد: بسیار خوب، این هدف من بود. برای مدت 20 سال، هدف من این بود که کاری کنم کسی بتواند بطور غیر ارادی و همزمان از هر دو دست و آرنجش استفاده کند. و هم اکنون ما بیش از 50 بیمار در سراسر دنیا داریم که این عمل جراحی را انجام دادند، و این شامل بیش از ده ها تن از سربازان مجروح جنگی خودمان در ارتش آمریکا می باشد. میزان موفقیت انتقال عصب خیلی بالا است. حدود 96 درصد است. چون ما یک عصب بزرگِ فربه را در داخل بخش کوچکی از عضله قرار می دهیم. و آن، یک کنترل غیر ارادی فراهم می کند. آزمایشهای عملی ما، آن آزمایشهای کوچک، همه نشان می دهند که آنها خیلی سریع تر و آسان تر هستند. و مهم ترین مسئله این است که بیماران ما قدر و ارزش آنرا می دادند.
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.
بنابراین بطور کلی خیلی جالب بود. اما ما می خواهیم کار بهتری انجام دهیم. در آن سیگنالهای عصبی ، اطلاعات فراوانی نهفته است، و ما می خواهیم اطلاعات بیشتری دریافت کنیم. شما می توانید تک تک انگشتان را تکان دهید. می توانید شست و مچ خود را حرکت دهید. آیا می توانیم کار بیشتری انجام دهیم؟ بدین ترتیب ما آزمایشهایی انجام دادیم و در آن، بیماران بیچارۀ خود را با میلیونها الکترود اشباع کردیم و آنها را به انجام ده ها کار متفاوت وا داشتیم از جنباندن یک انگشت گرفته تا حرکت کل بازو تا به چیزی رسیده و آنرا بگیرند-- و این اطلاعات را ثبت کردیم. و سپس ما چندین الگوریتم بکار بردیم که شباهت زیادی به الگوریتم های تشخیص گفتارهستند، و نامشان تشخیص طرح است. ملاحظه کنید.
(Laughter)
( خندۀ حاضرین)
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.
و شما در اینجا روی سینۀ "جسی" مشاهده می کنید هنگامیکه او سعی در انجام سه کار متفاوت دارد، شما میتوانید سه طرح متفاوت ببینید. اما من نمی توانم یک الکترود جایگذاری کرده و بگویم: " آنجا برو." بنابراین ما با همکارانمان در دانشگاه "نیوبرانزویک New Brunswick" همکاری کرده و به این نتیجۀ کنترل الگوریتمی رسیدیم، که هم اکنون آماندا آنرا به نمایش می گذارد.
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.
آماندا: بدین طریق من آرنجی دارم که بالا و پایین می رود. مچی دارم که می چرخد آنقدر ادامه می یابد تا تا جائی که چرخش کامل دارد. و من انحنا و کشش مچ دارم. و دست را باز و بسته نیز می کنم.
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.
تاد: مرسی، آماندا. این یک دست تحقیقاتی است، اما ازاین قسمت به پایین از قطعات مقرون به صرفه ساخته شده و یک تعدادی که من از اقصی نقاط دنیا تهیه کردم حدود هفت پوند وزن دارد، که احتمالا" حدود وزن دست من است اگر از این ناحیه آنرا از دست بدهم. بدیهی است که برای آماندا سنگین است. و در حقیقت حتی سنگین تر نیز هست چرا که در جای طبیعی وصل نشده است. او از طریق تسمه ها تمام این وزن را تحمل می کند.
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?
خُب قسمت جالب کار، بخش مکانیکی آن نیست بلکه بخش کنترل آن است. خُب قسمت جالب کار، بخش مکانیکی آن نیست بلکه بخش کنترل آن است. بدین ترتیب ما یک میکروکامپیوتر طراحی کردیم که در جایی در پشت او چشمک می زند و عملکرد آن بصورتی است که او آنرا تنظیم کرده تا تک تک سیگنالهای عضله خود را بکار برد. آماندا، وقتی شروع به استفاده از این دست کردی، چقدر طول کشید تا آنرا به کار ببری؟
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.
آماندا: فقط حدود 3 یا 4 ساعت طول می کشید تا آنرا تحت تعلیم در بیاورم. باید آنرا به شبکۀ کامپیوتری وصل می کردم، بنابراین هر جایی نمی توانستم آنرا آماده کنم. لذا اگر از کار می افتاد، باید آنرا در می آوردم. در حال حاضر تنها با این قطعۀ کوچک در پشت من، قابل راه اندازی است. همه جا می توانم آنراهمراه داشته باشم. اگر به دلیلی از کار بایستد، می توانم آنرا مجدد راه اندازی کنم. حدود یک دقیقه زمان می برد.
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?
تاد: خُب ما بسیار هیجان زده ایم، زیرا در مسیر رسیدن به یک وسیلۀ بالینی عَملی هستیم. و این جایگاه هدف ماست-- داشتن چیزی که از لحاظ بالینی قابل حمل باشد . آماندا همچنین قادر به استفاده از برخی از دستهای پیشرفته تری که در ابتدا به شما نشان دادم، بود. آماندا در اینجا،از دستی استفاده می کند که ساخت انجمن تحقیقDEKA است . و من معتقدم که " دین کامن" چند سال پیش آنرا در TED معرفی کرد. بنابراین همانطور که مشاهده می کنید، آماندا کنترل واقعا" خوبی دارد. و این تماما" تشخیص الگو هاست. و هم اکنون دستی دارد که گیرشهای متفاوتی دارد. کاری که انجام می دهیم این است که بیمار خیلی واضح فکر می کند، " من چه نوع گرفتنی لازم دارم؟" و به آن وضعیت می رود ، و سپس شما می توانید با این دست، تا 5 یا 6 نوع مختلف گرفتن را داشته باشید. آماندا، چند نوع گرفتن با دست DEKA داشتی؟
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.
آماندا: من چهار نوع گرفتن داشتم. گرفتن در حالت کاملا" باز، نیمه باز، محکم و سفت و نیشگون مانند گرفتن در حالت کاملا" باز، نیمه باز، محکم و سفت و نیشگون مانند گرفتن در حالت کاملا" باز، نیمه باز، محکم و سفت و نیشگون مانند اما نوع مورد علاقۀ من وقتی بود که دست باز بود، چون من با کودکان کار می کنم، و بنابراین شما تمام وقت مشغول تشویق و آواز خواندن هستید ، بدین ترتیب توانستم دوباره اینکار راانجام دهم که واقعا" عالی بود.
TK: That hand's not so good for clapping.
تاد: آن دست آنقدر برای تشویق خوب نیست.
AK: Can't clap with this one.
آماندا: با این یکی نمی توانم تشویق کنم.
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.
تاد: بسیار خوب. بدین ترتیب این شگفت انگیزه خُب جایی که ما احتمالا با مکا الکترونیکِ بهتر خواهیم رفت، هیجان انگیز خواهد بود، در صورتیکه آنها را آنقدر خوب بسازیم که وارد بازار کرده و به مرحلۀ آزمایش بگذاریم. از شما می خواهم با دقت نگاه کنید.
(Video) Claudia: Oooooh!
(ویدئو) "کلادیا" : اوه ه ه ه !
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.
تاد: آن "کلادیا" است، و آن اولین باری بود که او از طریق پروتزش، قادر به حس کردن شد. او یک سنسور کوچک در انتهای پروتزش داشت که هنگامیکه سطوح مختلف را لمس می کرد، می توانست بافتهای مختلف از قبیل کاغذ سنباده، سنگ ریزه، روبان را حس کند، چون آنها به عصبهای دستی پوست او فشار می آوردند. او گفت وقتی که آنرا روی میز حرکت داد، حس کرد که انگار انگشتش تکان می خورد. بنابراین این یک تجربۀ آزمایشگاهی جالبی است در مورد چگونگی بازگرداندن بالقوۀ برخی حسهای موجود در پوست.
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.
اما در اینجا فیلم دیگری است که برخی از مشکلات ما را نشان می دهد. این "جسی" است، و او یک اسباب بازی اسفنجی را فشار می دهد. شما یک چیز سیاه کوچک در وسط می بینید که هرچه بیشتر آنرا فشار می دهد، به اندازۀ فشاری که او می آورد، به پوست او فشار وارد می کند. اما به تمام الکترودهای اطراف آن نگاه کنید. من مشکل مقدار جا و فضا دارم. قرار است تعداد زیادی از این چیزها در اینجا بگذاریم، ولی موتور کوچک ما انواع صداهای مختلف را درست کنار الکترودها من ایجاد می کند. بنابراین برای کار در این قسمت، واقعا" دچار مشکل هستیم.
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.
آینده روشن است. ما در مورد جایگاه خود و کلی چیزهایی که می خواهیم انجام دهیم، هیجان زده ایم. لذا بعنوان مثال، یکی این است که از مشکل جا و مکان خلاص شویم و سیگنالهای بهتری دریافت کنیم. ما قصد داریم چنین کپسولهای ریز کوچکی که به اندازۀ یک دانه برنج ایتالیایی است، درست کنیم و در داخل عضله ها کار بگذاریم و سیگنالهای EMG را از دور بسنجیم، بطوریکه دیگر نگران تماس الکترودها نباشیم. و می توانیم فضای خالی برای آزمایش بیشتر انعکاس حس داشته باشیم. ما قصد داریم دست بهتری بسازیم. این دست-- اکثرا" برای 50 درصد مردان ساخته می شوند بدین معنی که برای پنج هشتم دنیا خیلی بزرگ است. بنابراین بجای یک دست فوق العاده قوی یا فوق العاده پر سرعت، ما دستی می سازیم که در ابتدای کار 25 درصد زنانه باشد-- دستی که دور چیزی بسته می شود، کاملا" باز می شود، دو درجۀ مانور در مچ و آرنج دارد. بدین ترتیب آن کوچک ترین و سبک ترین و هوشمند ترین دستی خواهد بود که تا بحال ساخته شده. زمانیکه بتوانیم به آن کوچکی بسازیم، بزرگتر ساختن آن به مراتب راحت تر خواهد بود.
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.
خِب آنها تنها برخی از اهداف ماست. و از همه شما بخاطر حضورتان در اینجا واقعا" ممنونیم. می خواهم کمی در مورد جنبۀ منفی موضوع دیروز بگویم. آماندا با خستگی ناشی از پرواز آمد، او از دست استفاده می کرد، و همه چیز اشتباه پیش می رفت. کامپوتر قاطی کرده بود، یک سیم پاره، یک مبدلی که جرقه می زد. ما کل مدار را در داخل هتل بیرون کشیدیم نزدیک بود زنگ خطر آتش روشن شود. و هیچ یک از آن مشکلها را نمی توانستم به تنهایی حل کنم، ولی من یک تیم تحقیقاتی واقعا" باهوشی دارم. و خدا را شکر دکتر "آنی سیمون" با ما بود و دیروز را به سختی کار کرد تا آنرا درست کند. این علم است. و خوشبختانه، این امروز کار کرد.
So thank you very much.
خوب از شما بسیار متشکرم.
(Applause)
(تشویق حاضرین)