TEDGlobal 2011
Todd Kuiken: A prosthetic arm that "feels"
Todd Kuiken: Un brazo ortopédico que "siente"
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Todd Kuiken, fisiatra e ingeniero, construye un brazo ortopédico que se conecta con el sistema nervioso humano con lo que se mejora el movimiento y el control y hasta tiene sensaciones. Su paciente, Amanda Kitts, en escena, ayuda en la demostración de esta prótesis robótica de próxima generación.
Todd Kuiken - Biomedical engineer
A doctor and engineer, Todd Kuiken builds new prosthetics that connect with the human nervous system. Yes: bionics. Full bio
A doctor and engineer, Todd Kuiken builds new prosthetics that connect with the human nervous system. Yes: bionics. Full bio
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00:15
So today, I would like to talk with you
0
0
3000
Hoy quisiera hablarles
00:18
about bionics,
1
3000
2000
de la biónica,
00:20
which is the popular term
2
5000
2000
que es el término popular
00:22
for the science of replacing part of a living organism
3
7000
3000
para la ciencia de reemplazar una parte de un organismo humano
00:25
with a mechatronic device, or a robot.
4
10000
3000
por un aparato mecatrónico o un robot.
00:28
It is essentially
5
13000
2000
En esencia es
00:30
the stuff of life meets machine.
6
15000
3000
el encuentro de la vida con la máquina.
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And specifically, I'd like to talk with you
7
18000
2000
Específicamente, quiero contarles
00:35
about how bionics is evolving
8
20000
3000
la evolución de la biónica
00:38
for people with arm amputations.
9
23000
3000
para quienes han sufrido amputaciones de brazos.
00:41
This is our motivation.
10
26000
3000
Esta es nuestra motivación.
00:44
Arm amputation causes a huge disability.
11
29000
3000
La amputación del brazo es muy invalidante.
00:47
I mean, the functional impairment is clear.
12
32000
2000
Es decir, la dificultad funcional es muy clara.
00:49
Our hands are amazing instruments.
13
34000
2000
Las manos son instrumentos maravillosos.
00:51
And when you lose one, far less both,
14
36000
3000
Y cuando se pierde una o, peor aún, ambas,
00:54
it's a lot harder to do the things
15
39000
2000
es mucho más difícil hacer
00:56
we physically need to do.
16
41000
2000
las cosas cotidianas.
00:58
There's also a huge emotional impact.
17
43000
2000
Hay también un gran impacto emocional.
01:00
And actually, I spend as much of my time in clinic
18
45000
2000
En realidad, en la clínica paso tanto tiempo
01:02
dealing with the emotional adjustment of patients
19
47000
3000
tratando el reajuste emocional de los pacientes,
01:05
as with the physical disability.
20
50000
2000
como la disfunción física.
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And finally, there's a profound social impact.
21
52000
3000
Por último, hay un profundo impacto social.
01:10
We talk with our hands.
22
55000
2000
Hablamos con las manos.
01:12
We greet with our hands.
23
57000
2000
Con ellas saludamos.
01:14
And we interact with the physical world with our hands.
24
59000
3000
Interactuamos con el mundo físico, con las manos.
01:17
And when they're missing,
25
62000
2000
Y si no las tenemos,
01:19
it's a barrier.
26
64000
2000
hay una barrera.
01:21
Arm amputation is usually caused by trauma,
27
66000
3000
La amputación del brazo usualmente es consecuencia de un trauma,
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with things like industrial accidents,
28
69000
2000
de casos como accidentes industriales,
01:26
motor vehicle collisions
29
71000
2000
de choques de vehículos
01:28
or, very poignantly, war.
30
73000
2000
o, conmovedoramente, de la guerra.
01:30
There are also some children who are born without arms,
31
75000
3000
También hay algunos niños que nacen sin brazos,
01:33
called congenital limb deficiency.
32
78000
3000
algo llamado carencia congénita de extremidad.
01:36
Unfortunately, we don't do great
33
81000
2000
Desafortunadamente no podemos hacer mucho
01:38
with upper-limb prosthetics.
34
83000
2000
con prótesis de miembros superiores.
01:40
There are two general types.
35
85000
2000
Hay dos tipos generales.
01:42
They're called body-powered prostheses,
36
87000
2000
Las llamadas prótesis de control corporal,
01:44
which were invented just after the Civil War,
37
89000
2000
que se inventaron poco después de la Guerra Civil,
01:46
refined in World War I and World War II.
38
91000
3000
y se refinaron en las dos guerras mundiales.
01:49
Here you see a patent
39
94000
2000
Esta es la patente
01:51
for an arm in 1912.
40
96000
2000
de un brazo de 1912.
01:53
It's not a lot different
41
98000
2000
No es muy diferente
01:55
than the one you see on my patient.
42
100000
3000
de las que podemos ver en mis pacientes.
01:58
They work by harnessing shoulder power.
43
103000
2000
Aprovechan la energía de la espalda.
02:00
So when you squish your shoulders, they pull on a bicycle cable.
44
105000
3000
Al encoger la espalda se tira de un cable de bicicleta.
02:03
And that bicycle cable can open or close a hand or a hook
45
108000
3000
El cable puede hacer que se abra o cierre la mano, o un gancho,
02:06
or bend an elbow.
46
111000
2000
o se doble el codo.
02:08
And we still use them commonly,
47
113000
2000
Hoy todavía se usan
02:10
because they're very robust
48
115000
2000
porque son fuertes
02:12
and relatively simple devices.
49
117000
2000
y relativamente sencillas.
02:14
The state of the art
50
119000
2000
Las más modernas
02:16
is what we call myoelectric prostheses.
51
121000
2000
son las prótesis mioeléctricas.
02:18
These are motorized devices
52
123000
2000
Son aparatos motorizados
02:20
that are controlled
53
125000
2000
que se controlan
02:22
by little electrical signals from your muscle.
54
127000
2000
con pequeñas señales eléctricas desde el músculo.
02:24
Every time you contract a muscle,
55
129000
2000
Cada vez que se contrae el músculo,
02:26
it emits a little electricity
56
131000
2000
emite una pequeña corriente
02:28
that you can record with antennae or electrodes
57
133000
2000
que se puede captar con antenas o con electrodos,
02:30
and use that to operate the motorized prosthesis.
58
135000
3000
para el control de las prótesis motorizadas.
02:33
They work pretty well
59
138000
2000
Funcionan bien
02:35
for people who have just lost their hand,
60
140000
2000
para quienes han perdido la mano,
02:37
because your hand muscles are still there.
61
142000
2000
porque los músculos de la mano todavía están ahí.
02:39
You squeeze your hand, these muscles contract.
62
144000
2000
Si se aprieta la mano, estos músculos se contraen.
02:41
You open it, these muscles contract.
63
146000
2000
Si se abre, se contraen estos.
02:43
So it's intuitive, and it works pretty well.
64
148000
3000
Es intuitivo y funciona bastante bien.
02:46
Well how about with higher levels of amputation?
65
151000
2000
¿Y qué pasa con amputaciones mayores?
02:48
Now you've lost your arm above the elbow.
66
153000
2000
Si alguien pierde el brazo más arriba del codo,
02:50
You're missing not only these muscles,
67
155000
2000
desaparecen no sólo esos músculos
02:52
but your hand and your elbow too.
68
157000
2000
sino también la mano y el codo.
02:54
What do you do?
69
159000
2000
¿Qué se puede hacer?
02:56
Well our patients have to use
70
161000
2000
Nuestros pacientes tienen que usar
02:58
very code-y systems
71
163000
3000
sistemas bien codificados
03:01
of using just their arm muscles
72
166000
2000
que al activar los músculos del brazo
03:03
to operate robotic limbs.
73
168000
3000
operan miembros robóticos.
03:06
We have robotic limbs.
74
171000
2000
Tenemos miembros robóticos.
03:08
There are several available on the market, and here you see a few.
75
173000
3000
Hay varios disponibles en el mercado y aquí se ven algunos.
03:11
They contain just a hand that will open and close,
76
176000
3000
Incluyen una mano que se puede abrir y cerrar,
03:14
a wrist rotator and an elbow.
77
179000
2000
un sistema para girar muñeca y codo.
03:16
There's no other functions.
78
181000
2000
No hay más funciones.
03:18
If they did, how would we tell them what to do?
79
183000
2000
Si las hubiera, ¿cómo podríamos ordenar lo que deben hacer?
03:20
We built our own arm at the Rehab Institute of Chicago
80
185000
3000
Construimos un brazo en el Instituto de Rehabilitación de Chicago (RIC)
03:23
where we've added some wrist flexion and shoulder joints
81
188000
3000
al que pusimos alguna flexión de muñeca y articulaciones de espalda
03:26
to get up to six motors, or six degrees of freedom.
82
191000
3000
para mover hasta seis motores, o seis grados de libertad.
03:29
And we've had the opportunity to work with some very advanced arms
83
194000
3000
Hemos podido trabajar con algunos brazos bien avanzados
03:32
that were funded by the U.S. military, using these prototypes,
84
197000
3000
financiados por el ejército estadounidense, usando estos prototipos,
03:35
that had up to 10 different degrees of freedom
85
200000
3000
hasta con 10 grados de libertad diferentes
03:38
including movable hands.
86
203000
2000
incluyendo manos móviles.
03:40
But at the end of the day,
87
205000
2000
Pero, finalmente,
03:42
how do we tell these robotic arms what to do?
88
207000
2000
¿cómo le ordenamos a estos brazos robóticos qué hacer?
03:44
How do we control them?
89
209000
2000
¿Cómo los controlamos?
03:46
Well we need a neural interface,
90
211000
2000
Pues necesitamos una interfaz neural,
03:48
a way to connect to our nervous system
91
213000
2000
una manera de conectarnos al sistema nervioso
03:50
or our thought processes
92
215000
2000
o a los procesos mentales
03:52
so that it's intuitive, it's natural,
93
217000
2000
para que sea intuitiva, natural,
03:54
like for you and I.
94
219000
4000
como para todos nosotros.
03:58
Well the body works by starting a motor command in your brain,
95
223000
3000
La actividad corporal comienza con una orden de movimiento en el cerebro,
04:01
going down your spinal cord,
96
226000
2000
que baja por la médula espinal
04:03
out the nerves and to your periphery.
97
228000
2000
y sale por los nervios hacia la periferia.
04:05
And your sensation's the exact opposite.
98
230000
2000
Las sensaciones van en sentido opuesto.
04:07
You touch yourself, there's a stimulus
99
232000
2000
Al tocar algo aparece un estímulo
04:09
that comes up those very same nerves back up to your brain.
100
234000
3000
que viaja por esos mismos nervios hacia el cerebro.
04:13
When you lose your arm, that nervous system still works.
101
238000
3000
Cuando se pierde un brazo, el sistema nervioso sigue operando.
04:16
Those nerves can put out command signals.
102
241000
3000
Los nervios pueden producir órdenes.
04:19
And if I tap the nerve ending
103
244000
2000
Al tocar la terminación nerviosa
04:21
on a World War II vet,
104
246000
2000
de un veterano de la Segunda Guerra,
04:23
he'll still feel his missing hand.
105
248000
2000
él sigue sintiendo la mano que perdió.
04:25
So you might say,
106
250000
2000
Podría alguien decir
04:27
let's go to the brain
107
252000
2000
que hay que ir al cerebro
04:29
and put something in the brain to record signals,
108
254000
3000
y poner ahí algo para captar las señales,
04:32
or in the end of the peripheral nerve and record them there.
109
257000
3000
o en el extremo del nervio periférico, y captarlas allí.
04:35
And these are very exciting research areas,
110
260000
3000
Estas son estupendas áreas de investigación,
04:38
but it's really, really hard.
111
263000
2000
pero verdaderamente, muy difíciles.
04:40
You have to put in
112
265000
2000
Habría que colocar
04:42
hundreds of microscopic wires
113
267000
2000
centenares de alambres microscópicos
04:44
to record from little tiny individual neurons -- ordinary fibers
114
269000
4000
para registrar desde pequeñísimas neuronas, fibras comunes,
04:48
that put out tiny signals
115
273000
2000
unas señales mínimas emitidas
04:50
that are microvolts.
116
275000
2000
en microvoltios.
04:52
And it's just too hard
117
277000
2000
Esto es demasiado difícil
04:54
to use now and for my patients today.
118
279000
2000
para hacerlo con mis pacientes actuales.
04:56
So we developed a different approach.
119
281000
3000
Por eso desarrollamos un método diferente.
04:59
We're using a biological amplifier
120
284000
3000
Usamos un amplificador biológico
05:02
to amplify these nerve signals -- muscles.
121
287000
3000
para agrandar esas señales nerviosas; un músculo.
05:05
Muscles will amplify the nerve signals
122
290000
2000
Los músculos amplifican las señales
05:07
about a thousand-fold,
123
292000
2000
unas mil veces,
05:09
so that we can record them from on top of the skin,
124
294000
3000
de modo que las podemos tomar de la superficie de la piel,
05:12
like you saw earlier.
125
297000
2000
como vimos antes.
05:14
So our approach is something we call targeted reinnervation.
126
299000
3000
Este método se llama reinervación inducida.
05:17
Imagine, with somebody who's lost their whole arm,
127
302000
3000
Puede pensarse en alguien que perdió todo el brazo
05:20
we still have four major nerves
128
305000
2000
pero que conserva cuatro nervios principales
05:22
that go down your arm.
129
307000
2000
que van por el brazo.
05:24
And we take the nerve away from your chest muscle
130
309000
3000
Se extrae el nervio del músculo pectoral
05:27
and let these nerves grow into it.
131
312000
3000
y se hacen crecer esos nervios allí.
05:30
Now you think, "Close hand," and a little section of your chest contracts.
132
315000
3000
Al pensar, "cerrar la mano", se contrae una pequeña parte del pecho.
05:33
You think, "Bend elbow,"
133
318000
2000
Al pensar, "doblar el codo",
05:35
a different section contracts.
134
320000
2000
se contrae otra parte.
05:37
And we can use electrodes or antennae
135
322000
2000
Podemos usar electrodos o antenas
05:39
to pick that up and tell the arm to move.
136
324000
3000
para captarlas y ordenar al brazo que se mueva.
05:42
That's the idea.
137
327000
2000
Esa es la idea.
05:44
So this is the first man that we tried it on.
138
329000
3000
El primer ensayo fue con este hombre.
05:47
His name is Jesse Sullivan.
139
332000
2000
Su nombre es Jesse Sullivan.
05:49
He's just a saint of a man --
140
334000
2000
Más que un hombre, es un santo;
05:51
54-year-old lineman who touched the wrong wire
141
336000
2000
un electricista de 54 años que tocó el alambre equivocado
05:53
and had both of his arms burnt so badly
142
338000
3000
por lo que sus dos brazos se quemaron horriblemente
05:56
they had to be amputated at the shoulder.
143
341000
2000
y tuvieron que amputarlos desde la espalda.
05:58
Jesse came to us at the RIC
144
343000
2000
Jesse vino al centro RIC
06:00
to be fit with these state-of-the-art devices, and here you see them.
145
345000
3000
para que se le adaptaran estos modernos dispositivos que aquí ven.
06:03
I'm still using that old technology
146
348000
3000
Todavía estoy usando tecnología antigua
06:06
with a bicycle cable on his right side.
147
351000
2000
con un cable de bicicleta del lado derecho.
06:08
And he picks which joint he wants to move with those chin switches.
148
353000
3000
Él decide cuál articulación quiere mover, con esos interruptores en el mentón.
06:11
On the left side he's got a modern motorized prosthesis
149
356000
3000
A la izquierda tiene prótesis motorizadas más modernas
06:14
with those three joints,
150
359000
2000
en las tres articulaciones
06:16
and he operates little pads in his shoulder
151
361000
3000
y las controla con pequeñas almohadillas en la espalda
06:19
that he touches to make the arm go.
152
364000
2000
que hacen mover el brazo.
06:21
And Jesse's a good crane operator,
153
366000
2000
Como Jesse es un buen operario de grúa,
06:23
and he did okay by our standards.
154
368000
2000
lo hace muy bien para nuestros patrones.
06:25
He also required a revision surgery on his chest.
155
370000
3000
Como necesitaba una operación en el pecho, para revisarlo,
06:28
And that gave us the opportunity
156
373000
2000
esta fue una oportunidad
06:30
to do targeted reinnervation.
157
375000
2000
para hacer la reinervación inducida.
06:32
So my colleague, Dr. Greg Dumanian, did the surgery.
158
377000
3000
Mi colega, el Dr. Greg Dumanian, practicó la cirugía.
06:35
First, we cut away the nerve to his own muscle,
159
380000
3000
Primero cortamos el nervio de su propio músculo,
06:38
then we took the arm nerves
160
383000
2000
luego tomamos los nervios del brazo
06:40
and just kind of had them shift down onto his chest
161
385000
2000
y simplemente los insertamos en el pecho
06:42
and closed him up.
162
387000
2000
para finalmente cerrarlo.
06:44
And after about three months,
163
389000
2000
Luego de unos tres meses
06:46
the nerves grew in a little bit and we could get a twitch.
164
391000
2000
los nervios habían crecido un poco y pudimos tener una contracción.
06:48
And after six months, the nerves grew in well,
165
393000
3000
Después de seis meses los nervios habían crecido bien
06:51
and you could see strong contractions.
166
396000
2000
y se podían ver contracciones fuertes.
06:53
And this is what it looks like.
167
398000
2000
Así se ve.
06:55
This is what happens when Jesse thinks
168
400000
2000
Esto es lo que sucede cuando Jesse piensa
06:57
open and close his hand,
169
402000
2000
que se abra o cierre su mano
06:59
or bend or straighten your elbow.
170
404000
3000
o que se doble o enderece el codo.
07:02
You can see the movements on his chest,
171
407000
2000
Pueden ver ahora los movimientos del pecho.
07:04
and those little hash marks
172
409000
2000
Esas pequeñas marcas visibles
07:06
are where we put our antennae, or electrodes.
173
411000
2000
están donde colocamos las antenas o los electrodos.
07:08
And I challenge anybody in the room
174
413000
2000
Puedo desafiar a todos en este salón
07:10
to make their chest go like this.
175
415000
2000
para que muevan así el pecho.
07:12
His brain is thinking about his arm.
176
417000
2000
El cerebro piensa en el brazo.
07:14
He has not learned how to do this with the chest.
177
419000
3000
Él no tuvo que aprender a hacer así con el pecho.
07:17
There is not a learning process.
178
422000
2000
No hay un proceso de aprendizaje.
07:19
That's why it's intuitive.
179
424000
2000
Porque es algo intuitivo.
07:21
So here's Jesse in our first little test with him.
180
426000
3000
Aquí está Jesse en la primera prueba.
07:24
On the left-hand side, you see his original prosthesis,
181
429000
3000
A la izquierda se ve la prótesis original
07:27
and he's using those switches
182
432000
2000
y a él usando los controles
07:29
to move little blocks from one box to the other.
183
434000
2000
para pasar pequeños bloques de una caja a otra.
07:31
He's had that arm for about 20 months, so he's pretty good with it.
184
436000
3000
Ha tenido ese brazo por 20 meses, o sea que ya se siente bien con él.
07:34
On the right side,
185
439000
2000
A la derecha,
07:36
two months after we fit him with his targeted reinnervation prosthesis --
186
441000
3000
dos meses después de ajustarle la prótesis de reinervación inducida;
07:39
which, by the way, is the same physical arm,
187
444000
3000
que, dicho de paso, es el mismo brazo físico,
07:42
just programmed a little different --
188
447000
2000
aunque programado un poco diferente;
07:44
you can see that he's much faster
189
449000
2000
se ve mucho más rápido
07:46
and much smoother as he moves these little blocks.
190
451000
3000
y más suave al pasar esos pequeños bloques.
07:49
And we're only able to use three of the signals at this time.
191
454000
3000
En ese momento sólo estábamos usando tres de las señales.
07:52
Then we had one of those little surprises in science.
192
457000
5000
Luego tuvimos una de esas pequeñas sorpresas científicas.
07:57
So we're all motivated to get motor commands
193
462000
2000
Estábamos tratando de obtener las órdenes
07:59
to drive robotic arms.
194
464000
2000
para mover los brazos robóticos.
08:01
And after a few months,
195
466000
2000
Después de unos pocos meses,
08:03
you touch Jesse on his chest,
196
468000
2000
al tocar a Jesse en el pecho
08:05
and he felt his missing hand.
197
470000
3000
él sintió su mano perdida.
08:08
His hand sensation grew into his chest again
198
473000
2000
La sensación de la mano volvió a su pecho
08:10
probably because we had also taken away a lot of fat,
199
475000
3000
probablemente porque habíamos retirado una cantidad de grasa,
08:13
so the skin was right down to the muscle
200
478000
2000
de modo que la piel estaba pegada al músculo
08:15
and deinnervated, if you would, his skin.
201
480000
2000
y desnervó, si se quiere, su piel.
08:17
So you touch Jesse here, he feels his thumb;
202
482000
2000
Así, si tocas a Jesse aquí, él siente su dedo;
08:19
you touch it here, he feels his pinky.
203
484000
2000
y si lo tocas aquí, siente su meñique.
08:21
He feels light touch
204
486000
2000
Él siente pequeños toques
08:23
down to one gram of force.
205
488000
2000
hasta de un gramo de fuerza.
08:25
He feels hot, cold, sharp, dull,
206
490000
3000
Siente calor, frío, una punta, algo romo,
08:28
all in his missing hand,
207
493000
2000
todo eso, en la mano perdida
08:30
or both his hand and his chest,
208
495000
2000
o en la mano y en el pecho, pero
08:32
but he can attend to either.
209
497000
2000
puede sentirlo en uno u otro.
08:34
So this is really exciting for us,
210
499000
2000
Esto es verdaderamente emocionante
08:36
because now we have a portal,
211
501000
2000
porque ahora tenemos un portal,
08:38
a portal, or a way to potentially give back sensation,
212
503000
4000
o sea una manera posible de recuperar las sensaciones
08:42
so that he might feel what he touches
213
507000
2000
para que él pueda sentir lo que toca
08:44
with his prosthetic hand.
214
509000
2000
con su mano ortopédica.
08:46
Imagine sensors in the hand
215
511000
2000
Imagínense unos sensores en la mano
08:48
coming up and pressing on this new hand skin.
216
513000
3000
que tocan y presionan sobre la nueva piel.
08:51
So it was very exciting.
217
516000
2000
Es increíble.
08:53
We've also gone on
218
518000
2000
También volvimos
08:55
with what was initially our primary population
219
520000
2000
a la que inicialmente era nuestra población primaria;
08:57
of people with above-the-elbow amputations.
220
522000
2000
personas con amputación arriba del codo.
08:59
And here we deinnervate, or cut the nerve away,
221
524000
3000
Aquí desnervamos, o sea, cortamos un nervio
09:02
just from little segments of muscle
222
527000
2000
apenas con pequeños trozos de músculo
09:04
and leave others alone
223
529000
2000
y otros los dejamos intactos
09:06
that give us our up-down signals
224
531000
2000
para que nos den señales de arriba-abajo
09:08
and two others that will give us a hand open and close signal.
225
533000
3000
y otros dos que emitan señales de mano abierta y cerrada.
09:11
This was one of our first patients, Chris.
226
536000
2000
Hicimos esto en uno de nuestros primeros pacientes; Chris.
09:13
You see him with his original device
227
538000
2000
Pueden verlo con su dispositivo original
09:15
on the left there after eight months of use,
228
540000
2000
a la izquierda, después de 8 meses de usarlo,
09:17
and on the right, it is two months.
229
542000
2000
y a la derecha, con sólo 2 meses.
09:19
He's about four or five times as fast
230
544000
3000
Cuatro o cinco veces más rápido
09:22
with this simple little performance metric.
231
547000
3000
según este sencillo medidor de desempeño.
09:25
All right.
232
550000
2000
Bien.
09:27
So one of the best parts of my job
233
552000
3000
Una de mis mejores tareas
09:30
is working with really great patients
234
555000
2000
es trabajar con pacientes maravillosos
09:32
who are also our research collaborators.
235
557000
2000
que a la vez son colaboradores.
09:34
And we're fortunate today
236
559000
2000
Hoy tenemos la suerte de
09:36
to have Amanda Kitts come and join us.
237
561000
2000
contar con Amanda Kitts, que nos acompaña.
09:38
Please welcome Amanda Kitts.
238
563000
2000
Por favor, una bienvenida para Amanda Kitts.
09:40
(Applause)
239
565000
7000
(Aplausos)
09:47
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
240
572000
3000
Amanda, por favor, ¿quieres contar como perdiste el brazo?
09:50
Amanda Kitts: Sure. In 2006, I had a car accident.
241
575000
3000
AK: Claro. En el 2006 tuve un accidente automovilístico.
09:53
And I was driving home from work,
242
578000
3000
Yo iba manejando del trabajo a casa,
09:56
and a truck was coming the opposite direction,
243
581000
2000
y venía un camión en dirección opuesta,
09:58
came over into my lane,
244
583000
2000
que se pasó a mi carril,
10:00
ran over the top of my car and his axle tore my arm off.
245
585000
4000
se abalanzó sobre mi auto y con el eje me arrancó el brazo.
10:04
Todd Kuiken: Okay, so after your amputation, you healed up.
246
589000
3000
Todd Kuiken: Bueno, después de la amputación, se sanó
10:07
And you've got one of these conventional arms.
247
592000
2000
y conseguiste uno de estos brazos convencionales.
10:09
Can you tell us how it worked?
248
594000
3000
¿Puedes decir cómo funcionaba?
10:12
AK: Well, it was a little difficult,
249
597000
2000
AK: Bueno, era un poco difícil,
10:14
because all I had to work with was a bicep and a tricep.
250
599000
2000
porque tenía que operar con el bíceps y el tríceps.
10:16
So for the simple little things like picking something up,
251
601000
3000
Para las cosas simples como levantar algo,
10:19
I would have to bend my elbow,
252
604000
3000
tenía que doblar el codo,
10:22
and then I would have to cocontract
253
607000
2000
y luego volver a contraerlo para
10:24
to get it to change modes.
254
609000
2000
cambiar de modalidad.
10:26
When I did that,
255
611000
2000
Al hacerlo
10:28
I had to use my bicep
256
613000
3000
tenía que usar el bíceps
10:31
to get the hand to close,
257
616000
2000
para que la mano se cerrara,
10:33
use my tricep to get it to open,
258
618000
2000
y luego el tríceps para abrirla
10:35
cocontract again
259
620000
2000
y volver a contraer
10:37
to get the elbow to work again.
260
622000
2000
para que el codo actuara nuevamente.
10:39
TK: So it was a little slow?
261
624000
2000
TK: ¿Era un poco lento?
10:41
AK: A little slow, and it was just hard to work.
262
626000
3000
AK: Un poco lento y era difícil de manejar.
10:44
You had to concentrate a whole lot.
263
629000
2000
Había que concentrarse mucho.
10:46
TK: Okay, so I think about nine months later
264
631000
3000
TK: Bien. Pienso que unos 9 meses después,
10:49
that you had the targeted reinnervation surgery,
265
634000
2000
cuando tuviste la cirugía, llevó seis meses más
10:51
took six more months to have all the reinnervation.
266
636000
3000
para completar toda la reinervación.
10:54
Then we fit her with a prosthesis.
267
639000
3000
Luego le acoplamos una prótesis.
10:57
And how did that work for you?
268
642000
2000
¿Cómo te funciona eso?
10:59
AK: It works good.
269
644000
3000
AK: Funciona bien.
11:02
I was able to use my elbow
270
647000
4000
Puedo usar el codo
11:06
and my hand simultaneously.
271
651000
3000
y la mano simultáneamente.
11:09
I could work them just by my thoughts.
272
654000
2000
Puedo controlarlos con solo pensarlo.
11:11
So I didn't have to do any of the cocontracting and all that.
273
656000
3000
Ya no tengo que hacer todas esas contracciones.
11:14
TK: A little faster?
274
659000
2000
TK: ¿Algo más rápido?
11:16
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
275
661000
4000
AK: Algo más rápido. Y mucho más fácil, mucho más natural.
11:20
TK: Okay, this was my goal.
276
665000
3000
TK: Bueno. Ese es mi objetivo.
11:23
For 20 years, my goal was to let somebody
277
668000
3000
Durante 20 años mi propósito ha sido que alguien
11:26
[be] able to use their elbow and hand in an intuitive way
278
671000
3000
pueda usar el codo y la mano de manera intuitiva
11:29
and at the same time.
279
674000
2000
y simultánea.
11:31
And we now have over 50 patients around the world who have had this surgery,
280
676000
3000
Tenemos más de 50 pacientes por todo el mundo, que han tenido esta cirugía,
11:34
including over a dozen of our wounded warriors
281
679000
2000
incluyendo más de una docena de soldados heridos
11:36
in the U.S. armed services.
282
681000
2000
en las fuerzas armadas de Estados Unidos.
11:38
The success rate of the nerve transfers is very high.
283
683000
3000
La tasa de éxito de transferencias de nervios es muy alta.
11:41
It's like 96 percent.
284
686000
2000
Como del 96%.
11:43
Because we're putting a big fat nerve onto a little piece of muscle.
285
688000
3000
Porque ponemos un nervio grande y grueso en una pequeña porción de músculo.
11:46
And it provides intuitive control.
286
691000
4000
Y esto nos da el control intuitivo.
11:50
Our functional testing, those little tests,
287
695000
2000
Nuestras pequeñas pruebas de desempeño,
11:52
all show that they're a lot quicker and a lot easier.
288
697000
2000
siempre muestran más rapidez y mayor facilidad.
11:54
And the most important thing
289
699000
2000
Y lo más importante es que
11:56
is our patients have appreciated it.
290
701000
2000
a nuestros pacientes les encanta.
11:58
So that was all very exciting.
291
703000
2000
Todo esto es muy emocionante.
12:00
But we want to do better.
292
705000
3000
Pero tenemos que mejorar.
12:03
There's a lot of information in those nerve signals,
293
708000
4000
Hay una gran cantidad de información en las señales nerviosas
12:07
and we wanted to get more.
294
712000
2000
y queremos obtener algo más.
12:09
You can move each finger. You can move your thumb, your wrist.
295
714000
3000
Que uno pueda mover cada uno de los dedos, el pulgar, la muñeca.
12:12
Can we get more out of it?
296
717000
2000
¿Podremos obtener más?
12:14
So we did some experiments
297
719000
2000
Hicimos algunos experimentos
12:16
where we saturated our poor patients with zillions of electrodes
298
721000
3000
en los que saturamos a los pobres pacientes con millones de electrodos
12:19
and then had them try to do two dozen different tasks --
299
724000
3000
para que hicieran más de veinte tareas diferentes;
12:22
from wiggling a finger to moving a whole arm
300
727000
3000
desde encorvar un dedo hasta mover todo el brazo
12:25
to reaching for something --
301
730000
2000
para alcanzar algo;
12:27
and recorded this data.
302
732000
2000
y registramos la información.
12:29
And then we used some algorithms
303
734000
2000
Luego aplicamos unos algoritmos
12:31
that are a lot like speech recognition algorithms,
304
736000
2000
parecidos a los de reconocimiento de voz,
12:33
called pattern recognition.
305
738000
2000
llamados reconocimiento de patrones.
12:35
See.
306
740000
2000
Miren.
12:37
(Laughter)
307
742000
2000
(Risas)
12:39
And here you can see, on Jesse's chest,
308
744000
2000
Aquí puede verse el pecho de Jesse,
12:41
when he just tried to do three different things,
309
746000
2000
tratando de hacer tres cosas diferentes.
12:43
you can see three different patterns.
310
748000
2000
Pueden ver tres patrones diferentes.
12:45
But I can't put in an electrode
311
750000
2000
Pero no podemos poner un electrodo
12:47
and say, "Go there."
312
752000
2000
y decir: "Vaya allá".
12:49
So we collaborated with our colleagues in University of New Brunswick,
313
754000
3000
En colaboración con nuestros colegas de la Universidad de Nueva Brunswick,
12:52
came up with this algorithm control,
314
757000
2000
logramos este algoritmo de control
12:54
which Amanda can now demonstrate.
315
759000
2000
que Amanda puede mostrar ahora.
12:56
AK: So I have the elbow that goes up and down.
316
761000
5000
AK: Tengo un codo que puede subir y bajar.
13:01
I have the wrist rotation
317
766000
2000
Tengo rotación en la muñeca
13:03
that goes -- and it can go all the way around.
318
768000
3000
que se mueve; puede hacer giros completos.
13:06
And I have the wrist flexion and extension.
319
771000
4000
Y tengo flexión y extensión en la muñeca.
13:10
And I also have the hand closed and open.
320
775000
3000
También puedo abrir y cerrar la mano.
13:13
TK: Thank you, Amanda.
321
778000
2000
TK: Gracias, Amanda.
13:15
Now this is a research arm,
322
780000
2000
Este es un brazo experimental,
13:17
but it's made out of commercial components from here down
323
782000
3000
hecho de partes del comercio local
13:20
and a few that I've borrowed from around the world.
324
785000
3000
con algunas que traje de otros lugares del mundo.
13:23
It's about seven pounds,
325
788000
3000
Pesa como 3 kilos,
13:26
which is probably about what my arm would weigh
326
791000
2000
que es probablemente lo que pesaría mi brazo
13:28
if I lost it right here.
327
793000
2000
si lo cortara desde aquí.
13:30
Obviously, that's heavy for Amanda.
328
795000
3000
Obviamente, para Amanda es muy pesado.
13:33
And in fact, it feels even heavier,
329
798000
2000
Y parece más pesado aún
13:35
because it's not glued on the same.
330
800000
2000
porque no está integrado
13:37
She's carrying all the weight through harnesses.
331
802000
2000
sino que lleva todo ese peso colgado de arneses.
13:39
So the exciting part isn't so much the mechatronics,
332
804000
3000
La mejor parte no es tanto toda esa mecatrónica,
13:42
but the control.
333
807000
2000
sino el control.
13:44
So we've developed a small microcomputer
334
809000
3000
Hemos desarrollado un pequeño microcomputador
13:47
that is blinking somewhere behind her back
335
812000
3000
que está centelleando por ahí en su espalda,
13:50
and is operating this
336
815000
2000
que funciona
13:52
all by the way she trains it
337
817000
2000
como ella le enseña
13:54
to use her individual muscle signals.
338
819000
2000
para usar cada una de las señales musculares.
13:56
So Amanda, when you first started using this arm,
339
821000
2000
Amanda, cuando comenzaste a usar este brazo,
13:58
how long did it take to use it?
340
823000
3000
¿cuánto tiempo necesitaste para manejarlo?
14:01
AK: It took just about probably three to four hours
341
826000
2000
AK: Me llevó probablemente unas 3 o 4 horas
14:03
to get it to train.
342
828000
2000
enseñarle.
14:05
I had to hook it up to a computer,
343
830000
2000
Tuve que conectarlo a un computador,
14:07
so I couldn't just train it anywhere.
344
832000
2000
así que no podía entrenarlo en cualquier parte.
14:09
So if it stopped working, I just had to take it off.
345
834000
3000
Si dejaba de funcionar, tenía que quitármelo.
14:12
So now it's able to train
346
837000
2000
Ahora puedo entrenarlo
14:14
with just this little piece on the back.
347
839000
2000
con este pequeño aparato en la espalda
14:16
I can wear it around.
348
841000
2000
que puedo llevar conmigo.
14:18
If it stops working for some reason, I can retrain it.
349
843000
3000
Si deja de funcionar por alguna razón, lo vuelvo a entrenar.
14:21
Takes about a minute.
350
846000
2000
Como en un minuto.
14:23
TK: So we're really excited,
351
848000
2000
TK: Estamos encantados
14:25
because now we're getting to a clinically practical device.
352
850000
3000
porque estamos llegando a un dispositivo clínicamente práctico.
14:28
And that's where our goal is --
353
853000
2000
Esa es nuestra meta;
14:30
to have something clinically pragmatic to wear.
354
855000
4000
tener algo, clínicamente pragmático, que pueda usarse.
14:34
We've also had Amanda able to use
355
859000
3000
Amanda también ha podido usar
14:37
some of our more advanced arms that I showed you earlier.
356
862000
3000
algunos de los brazos más avanzados que mostré antes.
14:41
Here's Amanda using an arm made by DEKA Research Corporation.
357
866000
3000
Aquí está Amanda usando un brazo hecho por DEKA Research Corporation.
14:44
And I believe Dean Kamen presented it at TED a few years ago.
358
869000
4000
Creo que Dean Kamen lo presentó en TED hace unos años.
14:48
So Amanda, you can see,
359
873000
2000
Amanda, como puede verse,
14:50
has really good control.
360
875000
2000
tiene muy buen control.
14:52
It's all the pattern recognition.
361
877000
2000
Todo es reconocimiento de patrones.
14:54
And it now has a hand that can do different grasps.
362
879000
3000
Ahora se tiene una mano que puede agarrar de diversas formas.
14:57
What we do is have the patient go all the way open
363
882000
3000
Lo que hacemos es que el paciente la abra por completo
15:00
and think, "What hand grasp pattern do I want?"
364
885000
3000
y piense: "¿Qué clase de agarre quiero?"
15:03
It goes into that mode,
365
888000
2000
Y se pone en esa modalidad;
15:05
and then you can do up to five or six different hand grasps with this hand.
366
890000
2000
son hasta 5 o 6 formas de agarre diferentes con esta mano.
15:07
Amanda, how many were you able to do with the DEKA arm?
367
892000
3000
Amanda, ¿cuántas podías hacer con el brazo de DEKA?
15:10
AK: I was able to get four.
368
895000
2000
AK: Podía hacer 4.
15:12
I had the key grip, I had a chuck grip,
369
897000
3000
Tenía el de agarrar una llave, el de lanzar,
15:15
I had a power grasp
370
900000
2000
el de hacer fuerza
15:17
and I had a fine pinch.
371
902000
2000
y el de pellizco fino.
15:19
But my favorite one was just when the hand was open,
372
904000
2000
Pero mi favorito era simplemente la mano abierta
15:21
because I work with kids,
373
906000
2000
porque trabajo con chicos
15:23
and so all the time you're clapping and singing,
374
908000
3000
y todo el tiempo estás aplaudiendo y cantando,
15:26
so I was able to do that again, which was really good.
375
911000
3000
de modo que pude volver a hacerlo, y fue muy bueno.
15:29
TK: That hand's not so good for clapping.
376
914000
2000
TK: Pero esa mano no es buena para aplaudir.
15:31
AK: Can't clap with this one.
377
916000
2000
AK: No puedo aplaudir con esta.
15:33
TK: All right. So that's exciting
378
918000
2000
TK: Bien. Es emocionante pensar
15:35
on where we may go with the better mechatronics,
379
920000
2000
a dónde podremos llegar con mejor mecatrónica,
15:37
if we make them good enough
380
922000
2000
si le hacemos las mejoras
15:39
to put out on the market and use in a field trial.
381
924000
3000
para comercializarlo y hacer un ensayo de campo.
15:42
I want you to watch closely.
382
927000
2000
Miren con atención.
15:44
(Video) Claudia: Oooooh!
383
929000
2000
(Video) Claudia: ¡Ahh!
15:46
TK: That's Claudia,
384
931000
2000
TK: Esta es Claudia,
15:48
and that was the first time
385
933000
2000
era la primera vez
15:50
she got to feel sensation through her prosthetic.
386
935000
3000
que podía sentir con esa prótesis.
15:53
She had a little sensor at the end of her prosthesis
387
938000
3000
Tiene un pequeño sensor en el extremo
15:56
that then she rubbed over different surfaces,
388
941000
3000
que ella frota en superficies diferentes
15:59
and she could feel different textures
389
944000
2000
para sentir diversas texturas;
16:01
of sandpaper, different grits, ribbon cable,
390
946000
3000
de papel de lija, varios granos, cable,
16:04
as it pushed on her reinnervated hand skin.
391
949000
3000
al apoyarse en la piel de la mano reinervada.
16:07
She said that when she just ran it across the table,
392
952000
3000
Ella dijo que al pasarla sobre la mesa,
16:10
it felt like her finger was rocking.
393
955000
2000
sentía que el dedo se mecía.
16:12
So that's an exciting laboratory experiment
394
957000
2000
Este es un gran experimento de laboratorio
16:14
on how to give back, potentially, some skin sensation.
395
959000
3000
para devolver, posiblemente, alguna sensación de la piel.
16:17
But here's another video that shows some of our challenges.
396
962000
3000
Aquí hay otro video que muestra algunos retos.
16:20
This is Jesse, and he's squeezing a foam toy.
397
965000
3000
Este es Jesse apretando un juguete de espuma.
16:23
And the harder he squeezes -- you see a little black thing in the middle
398
968000
3000
Cuanto más oprime -en el centro se ve una cosa pequeña que hace fuerza
16:26
that's pushing on his skin proportional to how hard he squeezes.
399
971000
3000
sobre su piel en proporción a la presión que él ejerce.
16:29
But look at all the electrodes around it.
400
974000
2000
Fíjense en los electrodos.
16:31
I've got a real estate problem.
401
976000
2000
Tengo un problema de espacio.
16:33
You're supposed to put a bunch of these things on there,
402
978000
2000
Tenemos que poner muchas de estas cosas ahí,
16:35
but our little motor's making all kinds of noise
403
980000
3000
y el motorcito hace toda clase de ruidos
16:38
right next to my electrodes.
404
983000
2000
junto a los electrodos.
16:40
So we're really challenged on what we're doing there.
405
985000
3000
Ahí hay un serio desafío.
16:43
The future is bright.
406
988000
2000
El futuro es brillante.
16:45
We're excited about where we are and a lot of things we want to do.
407
990000
3000
Estamos muy interesados en hacer todas estas cosas.
16:48
So for example,
408
993000
2000
Por ejemplo,
16:50
one is to get rid of my real estate problem
409
995000
3000
queremos resolver el problema de espacio
16:53
and get better signals.
410
998000
2000
y obtener mejores señales.
16:55
We want to develop these little tiny capsules
411
1000000
3000
Hay que desarrollar pequeñas cápsulas
16:58
about the size of a piece of risotto
412
1003000
2000
del tamaño de granos de arroz
17:00
that we can put into the muscles
413
1005000
2000
para incrustarlas en los músculos
17:02
and telemeter out the EMG signals,
414
1007000
3000
y emitir a distancia señales electromiográficas,
17:05
so that it's not worrying about electrode contact.
415
1010000
3000
para no preocuparse por electrodos de contacto.
17:08
And we can have the real estate open
416
1013000
2000
Podemos tener el espacio abierto
17:10
to try more sensation feedback.
417
1015000
2000
para ensayar más reacciones sensoriales.
17:12
We want to build a better arm.
418
1017000
2000
Queremos hacer un mejor brazo.
17:14
This arm -- they're always made for the 50th percentile male --
419
1019000
4000
Este brazo -siempre se hacen para el percentil 50, masculino-
17:18
which means they're too big for five-eighths of the world.
420
1023000
4000
o sea que son demasiado grandes para 5/8 de la gente.
17:22
So rather than a super strong or super fast arm,
421
1027000
3000
Más que un brazo superfuerte y superrápido,
17:25
we're making an arm that is --
422
1030000
2000
estamos haciendo uno que sea,
17:27
we're starting with,
423
1032000
2000
partiendo del
17:29
the 25th percentile female --
424
1034000
3000
percentil 25, femenino,
17:32
that will have a hand that wraps around,
425
1037000
2000
que tenga una mano envolvente,
17:34
opens all the way,
426
1039000
2000
que se abra bien,
17:36
two degrees of freedom in the wrist and an elbow.
427
1041000
3000
con dos grados de libertad en muñeca y codo.
17:39
So it'll be the smallest and lightest
428
1044000
2000
Que sea el más pequeño, más liviano
17:41
and the smartest arm ever made.
429
1046000
2000
y más listo que jamás se haya hecho.
17:43
Once we can do it that small,
430
1048000
2000
Cuando logremos hacerlo así de pequeño
17:45
it's a lot easier making them bigger.
431
1050000
2000
será mucho más fácil ampliarlo.
17:47
So those are just some of our goals.
432
1052000
3000
Estas son algunas de nuestras metas.
17:50
And we really appreciate you all being here today.
433
1055000
4000
Me alegro que todos Uds. estén hoy aquí.
17:54
I'd like to tell you a little bit about the dark side,
434
1059000
2000
Me gustaría contar algo un poco negativo
17:56
with yesterday's theme.
435
1061000
2000
que sucedió ayer.
17:58
So Amanda came jet-lagged,
436
1063000
2000
Amanda llegó con un gran desfase horario
18:00
she's using the arm,
437
1065000
2000
usando su brazo
18:02
and everything goes wrong.
438
1067000
2000
y todo salió mal.
18:04
There was a computer spook,
439
1069000
2000
Apareció un fantasma en el computador,
18:06
a broken wire,
440
1071000
2000
un cable roto,
18:08
a converter that sparked.
441
1073000
2000
un convertidor que hacía chispas.
18:10
We took out a whole circuit in the hotel
442
1075000
2000
Desarmamos todos los circuitos en el hotel
18:12
and just about put on the fire alarm.
443
1077000
2000
y casi activamos la alarma de incendio.
18:14
And none of those problems could I have dealt with,
444
1079000
3000
Yo no podía resolver ninguno de esos problemas,
18:17
but I have a really bright research team.
445
1082000
2000
pero tengo un gran equipo de investigadores.
18:19
And thankfully Dr. Annie Simon was with us
446
1084000
3000
Doy gracias que la Dra. Annie Simon estaba ahí
18:22
and worked really hard yesterday to fix it.
447
1087000
2000
y trabajó ayer muchísimo para arreglarlos.
18:24
That's science.
448
1089000
2000
Así es la ciencia.
18:26
And fortunately, it worked today.
449
1091000
2000
Afortunadamente hoy funcionó bien.
18:28
So thank you very much.
450
1093000
2000
Muchas gracias.
18:30
(Applause)
451
1095000
14000
(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Todd Kuiken - Biomedical engineerA doctor and engineer, Todd Kuiken builds new prosthetics that connect with the human nervous system. Yes: bionics.
Why you should listen
As Dean Kamen said at TED2007, the design of the prosthetic arm hadn't really been updated since the Civil War -- basically "a stick and a hook." But at the Rehabilitation Institute of Chicago, physiatrist Todd Kuiken is building new arms and hands that are wired into the nervous system and can be controlled by the same impulses from the brain that once controlled flesh and blood.
Kuiken's training -- as both a physician and an engineer -- helps him see both sides of this complex problem. A technology called targeted muscle reinnervation uses nerves remaining after an amputation to control an artificial limb, linking brain impulses to a computer in the prosthesis that directs motors to move the limb. An unexpected effect in some patients: not only can they move their new limb, they can feel with it.
He said: "From an engineering standpoint, this is the greatest challenge one can imagine: trying to restore the most incredible machine in the universe."
Todd Kuiken | Speaker | TED.com