TEDGlobal 2011
Todd Kuiken: A prosthetic arm that "feels"
Todd Kuiken: een armprothese die 'voelt'
Filmed:
Readability: 3.6
964,029 views
Physiater en ingenieur Todd Kuiken bouwt een armprothese die verbonden is met het menselijke zenuwstelsel, waardoor beweging, controle en zelfs gevoel verbeteren. Op het podium helpt patiënte Amanda Kitts om deze robotarm van de volgende generatie te demonstreren.
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
So today, I would like to talk with you
0
0
3000
Ik wil het vandaag hebben
00:18
about bionics,
1
3000
2000
over wat in de volksmond
00:20
which is the popular term
2
5000
2000
'bionica' heet,
00:22
for the science of replacing part of a living organism
3
7000
3000
de wetenschap van de vervanging van een deel van een levend organisme
00:25
with a mechatronic device, or a robot.
4
10000
3000
door een mechanisch toestel, een robot.
00:28
It is essentially
5
13000
2000
Het komt neer op een kruising van
00:30
the stuff of life meets machine.
6
15000
3000
'the stuff of life' en de machine.
00:33
And specifically, I'd like to talk with you
7
18000
2000
Ik wil het meer bepaald hebben
00:35
about how bionics is evolving
8
20000
3000
over de evolutie van de bionica
00:38
for people with arm amputations.
9
23000
3000
voor mensen met armamputaties.
00:41
This is our motivation.
10
26000
3000
Onze motivatie is als volgt.
00:44
Arm amputation causes a huge disability.
11
29000
3000
Armamputaties leiden tot een zware handicap.
00:47
I mean, the functional impairment is clear.
12
32000
2000
Het functionele verlies is duidelijk.
00:49
Our hands are amazing instruments.
13
34000
2000
Onze handen zijn verbluffende instrumenten.
00:51
And when you lose one, far less both,
14
36000
3000
Als je er één, laat staan twee verliest,
00:54
it's a lot harder to do the things
15
39000
2000
wordt het veel moeilijker
00:56
we physically need to do.
16
41000
2000
om de fysiek noodzakelijke dingen te doen.
00:58
There's also a huge emotional impact.
17
43000
2000
Er is ook een enorme emotionele impact.
01:00
And actually, I spend as much of my time in clinic
18
45000
2000
Ik besteed net zoveel tijd in mijn werk
01:02
dealing with the emotional adjustment of patients
19
47000
3000
aan de emotionele aanpassing van de patiënten
01:05
as with the physical disability.
20
50000
2000
als aan hun fysieke handicap.
01:07
And finally, there's a profound social impact.
21
52000
3000
Tenslotte is er een diepe sociale impact.
01:10
We talk with our hands.
22
55000
2000
We praten met onze handen.
01:12
We greet with our hands.
23
57000
2000
We begroeten mensen met onze handen.
01:14
And we interact with the physical world with our hands.
24
59000
3000
We zijn met de fysieke wereld in contact via onze handen.
01:17
And when they're missing,
25
62000
2000
Als we die niet hebben,
01:19
it's a barrier.
26
64000
2000
is dat een drempel.
01:21
Arm amputation is usually caused by trauma,
27
66000
3000
Armputatie is meestal een gevolg van een trauma,
01:24
with things like industrial accidents,
28
69000
2000
bijvoorbeeld door arbeidsongevallen,
01:26
motor vehicle collisions
29
71000
2000
auto-ongevallen,
01:28
or, very poignantly, war.
30
73000
2000
of, zeer uitgesproken, oorlog.
01:30
There are also some children who are born without arms,
31
75000
3000
Er zijn ook kinderen die zonder armen worden geboren.
01:33
called congenital limb deficiency.
32
78000
3000
Dat heet congenitale deficiëntie van de ledematen.
01:36
Unfortunately, we don't do great
33
81000
2000
Helaas zijn we niet zo goed
01:38
with upper-limb prosthetics.
34
83000
2000
in prothesen van de bovenste ledematen.
01:40
There are two general types.
35
85000
2000
Er zijn twee algemene types.
01:42
They're called body-powered prostheses,
36
87000
2000
Dit zijn lichaamsgestuurde prothesen,
01:44
which were invented just after the Civil War,
37
89000
2000
uitgevonden vlak na de Burgeroorlog,
01:46
refined in World War I and World War II.
38
91000
3000
en verfijnd tijdens de twee Wereldoorlogen.
01:49
Here you see a patent
39
94000
2000
Hier zie je een patent
01:51
for an arm in 1912.
40
96000
2000
voor een arm uit 1912.
01:53
It's not a lot different
41
98000
2000
Het verschilt nauwelijks
01:55
than the one you see on my patient.
42
100000
3000
van wat je bij mijn patiënt ziet.
01:58
They work by harnessing shoulder power.
43
103000
2000
Ze maken gebruik van de schouderkracht.
02:00
So when you squish your shoulders, they pull on a bicycle cable.
44
105000
3000
Als je je schouders naar voren trekt, trekken ze aan een fietskabel.
02:03
And that bicycle cable can open or close a hand or a hook
45
108000
3000
Die fietskabel kan een hand of een haak openen,
02:06
or bend an elbow.
46
111000
2000
of een elleboog plooien.
02:08
And we still use them commonly,
47
113000
2000
We gebruiken ze nog vaak,
02:10
because they're very robust
48
115000
2000
omdat het zeer robuuste
02:12
and relatively simple devices.
49
117000
2000
en relatief eenvoudige toestellen zijn.
02:14
The state of the art
50
119000
2000
Het neusje van de zalm
02:16
is what we call myoelectric prostheses.
51
121000
2000
zijn de zogenaamde myoelektrische prothesen.
02:18
These are motorized devices
52
123000
2000
Het zijn toestellen met een motor
02:20
that are controlled
53
125000
2000
die gestuurd worden
02:22
by little electrical signals from your muscle.
54
127000
2000
door kleine elektrische signalen van je spier.
02:24
Every time you contract a muscle,
55
129000
2000
Telkens als je een spier samentrekt,
02:26
it emits a little electricity
56
131000
2000
geeft het wat elektriciteit vrij
02:28
that you can record with antennae or electrodes
57
133000
2000
die je kan opvangen met antennes of elektroden
02:30
and use that to operate the motorized prosthesis.
58
135000
3000
waarmee je de gemotoriseerde prothese aanstuurt.
02:33
They work pretty well
59
138000
2000
Ze werken vrij goed
02:35
for people who have just lost their hand,
60
140000
2000
voor mensen die hun hand pas kwijt zijn,
02:37
because your hand muscles are still there.
61
142000
2000
omdat je handspieren er nog zitten.
02:39
You squeeze your hand, these muscles contract.
62
144000
2000
Als je je vuist balt, trekken deze spieren samen.
02:41
You open it, these muscles contract.
63
146000
2000
Als je ze opent, trekken deze spieren samen.
02:43
So it's intuitive, and it works pretty well.
64
148000
3000
Het is intuïtief, en het werkt vrij goed.
02:46
Well how about with higher levels of amputation?
65
151000
2000
Wat met hogere niveaus van amputatie?
02:48
Now you've lost your arm above the elbow.
66
153000
2000
Hier ben je je arm kwijt boven de elleboog
02:50
You're missing not only these muscles,
67
155000
2000
Je mist niet alleen deze spieren,
02:52
but your hand and your elbow too.
68
157000
2000
maar ook je hand en je elleboog.
02:54
What do you do?
69
159000
2000
Wat doe je?
02:56
Well our patients have to use
70
161000
2000
Onze patiënten moeten gebruik maken
02:58
very code-y systems
71
163000
3000
van code-achtige-systemen,
03:01
of using just their arm muscles
72
166000
2000
waarbij ze enkel hun armspieren gebruiken
03:03
to operate robotic limbs.
73
168000
3000
om robot-ledematen aan te sturen.
03:06
We have robotic limbs.
74
171000
2000
We hebben robot-ledematen.
03:08
There are several available on the market, and here you see a few.
75
173000
3000
Er zijn er verschillende op de markt. Hier zie je er een paar.
03:11
They contain just a hand that will open and close,
76
176000
3000
Ze bestaan uit een hand die opent en sluit,
03:14
a wrist rotator and an elbow.
77
179000
2000
een polsrotator en een elleboog.
03:16
There's no other functions.
78
181000
2000
Ze hebben geen andere functies.
03:18
If they did, how would we tell them what to do?
79
183000
2000
Als die er waren, hoe zouden we ze dan aansturen?
03:20
We built our own arm at the Rehab Institute of Chicago
80
185000
3000
We hebben onze eigen arm gebouwd in het Revalidatie-instituut van Chicago.
03:23
where we've added some wrist flexion and shoulder joints
81
188000
3000
We hebben een paar polsbuigings- en schoudergewrichten toegevoegd,
03:26
to get up to six motors, or six degrees of freedom.
82
191000
3000
tot zes motoren, of zes vrijheidsgraden.
03:29
And we've had the opportunity to work with some very advanced arms
83
194000
3000
We kregen de kans om met een paar zeer geavanceerde armen te werken,
03:32
that were funded by the U.S. military, using these prototypes,
84
197000
3000
met financiering van het Amerikaanse leger.
03:35
that had up to 10 different degrees of freedom
85
200000
3000
Deze prototypes hadden tot 10 vrijheidsgraden,
03:38
including movable hands.
86
203000
2000
met inbegrip van beweegbare handen.
03:40
But at the end of the day,
87
205000
2000
Maar als puntje bij paaltje komt,
03:42
how do we tell these robotic arms what to do?
88
207000
2000
hoe zeggen we deze robotarmen dan wat ze moeten doen?
03:44
How do we control them?
89
209000
2000
Hoe controleren we ze?
03:46
Well we need a neural interface,
90
211000
2000
We hebben een neurale interface nodig,
03:48
a way to connect to our nervous system
91
213000
2000
een manier om ons zenuwstelsel te verbinden,
03:50
or our thought processes
92
215000
2000
of onze denkprocessen,
03:52
so that it's intuitive, it's natural,
93
217000
2000
op een intuïtieve, natuurlijke manier,
03:54
like for you and I.
94
219000
4000
zoals voor jou en mij.
03:58
Well the body works by starting a motor command in your brain,
95
223000
3000
Het lichaam begint met een bewegingscommando in je brein,
04:01
going down your spinal cord,
96
226000
2000
dat naar beneden gaat langs je ruggengraat,
04:03
out the nerves and to your periphery.
97
228000
2000
tot aan de zenuwen en je periferie.
04:05
And your sensation's the exact opposite.
98
230000
2000
Wat jij aanvoelt, is precies het omgekeerde.
04:07
You touch yourself, there's a stimulus
99
232000
2000
Je raakt jezelf aan. Er is een stimulus
04:09
that comes up those very same nerves back up to your brain.
100
234000
3000
die vanuit diezelfde zenuwen terug naar je brein gaat.
04:13
When you lose your arm, that nervous system still works.
101
238000
3000
Als je je arm verliest, dan werkt dat zenuwstelsel nog.
04:16
Those nerves can put out command signals.
102
241000
3000
Die zenuwen kunnen signalen uitzenden.
04:19
And if I tap the nerve ending
103
244000
2000
Als ik klop op het zenuwuiteinde
04:21
on a World War II vet,
104
246000
2000
van een veteraan uit de Tweede Wereldoorlog,
04:23
he'll still feel his missing hand.
105
248000
2000
dan voelt hij zijn ontbrekende hand nog steeds.
04:25
So you might say,
106
250000
2000
Dus zou je kunnen zeggen:
04:27
let's go to the brain
107
252000
2000
laten we in het brein
04:29
and put something in the brain to record signals,
108
254000
3000
iets inplanten om signalen op te slaan,
04:32
or in the end of the peripheral nerve and record them there.
109
257000
3000
of in het uiteinde van de perifere zenuw.
04:35
And these are very exciting research areas,
110
260000
3000
Dit zijn zeer spannende onderzoeksdomeinen,
04:38
but it's really, really hard.
111
263000
2000
maar het is erg, erg moeilijk.
04:40
You have to put in
112
265000
2000
Je moet honderden
04:42
hundreds of microscopic wires
113
267000
2000
microscopische draadjes inplanten
04:44
to record from little tiny individual neurons -- ordinary fibers
114
269000
4000
om piepkleine individuele neuronen op te nemen -- gewone vezels
04:48
that put out tiny signals
115
273000
2000
die minuscule signalen uitzenden,
04:50
that are microvolts.
116
275000
2000
van microvolts.
04:52
And it's just too hard
117
277000
2000
Het is vandaag de dag te moeilijk
04:54
to use now and for my patients today.
118
279000
2000
te gebruiken voor mijn patiënten.
04:56
So we developed a different approach.
119
281000
3000
Dus hebben we een andere aanpak ontwikkeld.
04:59
We're using a biological amplifier
120
284000
3000
We gebruiken een biologische versterker
05:02
to amplify these nerve signals -- muscles.
121
287000
3000
om deze zenuwsignalen te versterken -- spieren.
05:05
Muscles will amplify the nerve signals
122
290000
2000
Spieren versterken de zenuwsignalen
05:07
about a thousand-fold,
123
292000
2000
met ongeveer een factor duizend,
05:09
so that we can record them from on top of the skin,
124
294000
3000
zodat we ze kunnen opnemen bovenop de huid,
05:12
like you saw earlier.
125
297000
2000
zoals je al eerder zag.
05:14
So our approach is something we call targeted reinnervation.
126
299000
3000
We noemen onze aanpak 'gerichte herzenuwing'.
05:17
Imagine, with somebody who's lost their whole arm,
127
302000
3000
Bedenk dat iemand die zijn hele arm kwijt is,
05:20
we still have four major nerves
128
305000
2000
nog steeds vier hoofdzenuwen
05:22
that go down your arm.
129
307000
2000
langs zijn arm heeft lopen.
05:24
And we take the nerve away from your chest muscle
130
309000
3000
We nemen de zenuw weg van je borstspier
05:27
and let these nerves grow into it.
131
312000
3000
en laten deze zenuwen erin groeien.
05:30
Now you think, "Close hand," and a little section of your chest contracts.
132
315000
3000
Nu denk je 'Sluit hand', en een klein deel van je borst trekt samen.
05:33
You think, "Bend elbow,"
133
318000
2000
Je denkt 'Buig elleboog',
05:35
a different section contracts.
134
320000
2000
en een ander deel trekt samen.
05:37
And we can use electrodes or antennae
135
322000
2000
We gebruiken elektroden of antennes
05:39
to pick that up and tell the arm to move.
136
324000
3000
om dat op te pikken en de arm te doen bewegen.
05:42
That's the idea.
137
327000
2000
Dat is het idee.
05:44
So this is the first man that we tried it on.
138
329000
3000
Dit is de eerste man bij wie we het probeerden.
05:47
His name is Jesse Sullivan.
139
332000
2000
Hij heet Jesse Sullivan.
05:49
He's just a saint of a man --
140
334000
2000
Het is een heilige --
05:51
54-year-old lineman who touched the wrong wire
141
336000
2000
een lijnwerker van 54 die de verkeerde draad aanraakte,
05:53
and had both of his arms burnt so badly
142
338000
3000
en wiens beide armen zo zwaar verbrand waren
05:56
they had to be amputated at the shoulder.
143
341000
2000
dat ze moesten worden geamputeerd aan de schouder.
05:58
Jesse came to us at the RIC
144
343000
2000
Jesse kwam naar ons Revalidatiecentrum
06:00
to be fit with these state-of-the-art devices, and here you see them.
145
345000
3000
om deze ultramoderne toestellen aangemeten te krijgen. Hier zie je ze.
06:03
I'm still using that old technology
146
348000
3000
Ik gebruik nog steeds de oude technologie
06:06
with a bicycle cable on his right side.
147
351000
2000
met een fietskabel aan zijn rechterkant.
06:08
And he picks which joint he wants to move with those chin switches.
148
353000
3000
Hij kiest welk gewricht hij wil bewegen met die kinschakelaars.
06:11
On the left side he's got a modern motorized prosthesis
149
356000
3000
Links heeft hij een moderne gemotoriseerde prothese
06:14
with those three joints,
150
359000
2000
met drie gewrichten.
06:16
and he operates little pads in his shoulder
151
361000
3000
Hij bestuurt kleine pads in zijn schouder
06:19
that he touches to make the arm go.
152
364000
2000
die hij aanraakt om de arm aan te sturen.
06:21
And Jesse's a good crane operator,
153
366000
2000
Jesse is een goede kraanbestuurder.
06:23
and he did okay by our standards.
154
368000
2000
Hij deed het goed, naar onze normen.
06:25
He also required a revision surgery on his chest.
155
370000
3000
Hij had ook een controle-operatie aan zijn borst nodig.
06:28
And that gave us the opportunity
156
373000
2000
Daardoor kregen wij de kans
06:30
to do targeted reinnervation.
157
375000
2000
om gerichte herzenuwing uit te voeren.
06:32
So my colleague, Dr. Greg Dumanian, did the surgery.
158
377000
3000
Mijn collega, Dr. Greg Dumanian, voerde de operatie uit.
06:35
First, we cut away the nerve to his own muscle,
159
380000
3000
Eerst sneden we de zenuw naar zijn eigen spier weg.
06:38
then we took the arm nerves
160
383000
2000
Dan namen we de armzenuwen
06:40
and just kind of had them shift down onto his chest
161
385000
2000
en verplaatsten ze naar zijn borst.
06:42
and closed him up.
162
387000
2000
Dan naaiden we hem weer dicht.
06:44
And after about three months,
163
389000
2000
Na ongeveer drie maanden
06:46
the nerves grew in a little bit and we could get a twitch.
164
391000
2000
groeiden de zenuwen er een beetje in, en kregen we een krampje.
06:48
And after six months, the nerves grew in well,
165
393000
3000
Na zes maanden groeiden ze er stevig in,
06:51
and you could see strong contractions.
166
396000
2000
en zag je stevige contracties.
06:53
And this is what it looks like.
167
398000
2000
Het ziet er zo uit.
06:55
This is what happens when Jesse thinks
168
400000
2000
Dit is wat er gebeurt als Jesse denkt
06:57
open and close his hand,
169
402000
2000
'open en sluit hand',
06:59
or bend or straighten your elbow.
170
404000
3000
of 'buig en strek ellebog'.
07:02
You can see the movements on his chest,
171
407000
2000
Je ziet de bewegingen op zijn borst.
07:04
and those little hash marks
172
409000
2000
Die kleine markeringen
07:06
are where we put our antennae, or electrodes.
173
411000
2000
geven aan waar we onze antennes of elektroden plaatsten.
07:08
And I challenge anybody in the room
174
413000
2000
Ik daag iedereen hier in de zaal uit
07:10
to make their chest go like this.
175
415000
2000
om hun borst zo te laten bewegen.
07:12
His brain is thinking about his arm.
176
417000
2000
Zijn brein denkt aan zijn arm.
07:14
He has not learned how to do this with the chest.
177
419000
3000
Hij heeft niet geleerd om dit met zijn borst te doen.
07:17
There is not a learning process.
178
422000
2000
Er is geen leerproces.
07:19
That's why it's intuitive.
179
424000
2000
Daarom is het intuïtief.
07:21
So here's Jesse in our first little test with him.
180
426000
3000
Dit is Jesse bij onze eerste test met hem.
07:24
On the left-hand side, you see his original prosthesis,
181
429000
3000
Links zie je zijn originele prothese.
07:27
and he's using those switches
182
432000
2000
Hij gebruikt de schakelaars
07:29
to move little blocks from one box to the other.
183
434000
2000
om kleine blokjes van één doos naar een andere te verplaatsen.
07:31
He's had that arm for about 20 months, so he's pretty good with it.
184
436000
3000
Hij heeft die arm al een maand of 20, dus hij is er goed in.
07:34
On the right side,
185
439000
2000
Aan de rechterkant,
07:36
two months after we fit him with his targeted reinnervation prosthesis --
186
441000
3000
twee maanden nadat we hem een gerichte herzenuwingsprothese aanmaten --
07:39
which, by the way, is the same physical arm,
187
444000
3000
en dat is trouwens fysiek dezelfde arm,
07:42
just programmed a little different --
188
447000
2000
gewoon wat anders geprogrammeerd --
07:44
you can see that he's much faster
189
449000
2000
zie je dat hij veel sneller is
07:46
and much smoother as he moves these little blocks.
190
451000
3000
en veel vlotter bij het verplaatsen van deze kleine blokjes.
07:49
And we're only able to use three of the signals at this time.
191
454000
3000
We kunnen momenteel nog maar drie signalen gebruiken.
07:52
Then we had one of those little surprises in science.
192
457000
5000
En toen kwam één van die kleine verrassingen in de wetenschap.
07:57
So we're all motivated to get motor commands
193
462000
2000
We waren dus zeer gemotiveerd om bewegingscommando's
07:59
to drive robotic arms.
194
464000
2000
robotarmen te laten besturen.
08:01
And after a few months,
195
466000
2000
Na enkele maanden
08:03
you touch Jesse on his chest,
196
468000
2000
voelde Jesse, als je zijn borst aanraakte,
08:05
and he felt his missing hand.
197
470000
3000
zijn ontbrekende hand.
08:08
His hand sensation grew into his chest again
198
473000
2000
Zijn handgevoel groeide terug in zijn borst,
08:10
probably because we had also taken away a lot of fat,
199
475000
3000
wellicht omdat we ook veel vet hadden weggenomen,
08:13
so the skin was right down to the muscle
200
478000
2000
zodat zijn huid vlak bij de spier zat,
08:15
and deinnervated, if you would, his skin.
201
480000
2000
en zijn huid als het ware ontzenuwde.
08:17
So you touch Jesse here, he feels his thumb;
202
482000
2000
Als je Jesse hier aanraakt, voelt hij zijn duim.
08:19
you touch it here, he feels his pinky.
203
484000
2000
Raak hem hier en hij voelt zijn pink.
08:21
He feels light touch
204
486000
2000
Hij voelt een zachte aanraking
08:23
down to one gram of force.
205
488000
2000
tot een kracht van één gram.
08:25
He feels hot, cold, sharp, dull,
206
490000
3000
Hij voelt heet, koud, scherp, stomp,
08:28
all in his missing hand,
207
493000
2000
allemaal in zijn ontbrekende hand,
08:30
or both his hand and his chest,
208
495000
2000
of tegelijk in zijn hand en zijn borst,
08:32
but he can attend to either.
209
497000
2000
maar hij kan aan beide gevolg geven.
08:34
So this is really exciting for us,
210
499000
2000
Dit is echt spannend voor ons,
08:36
because now we have a portal,
211
501000
2000
omdat we nu een portaal hebben,
08:38
a portal, or a way to potentially give back sensation,
212
503000
4000
een weg om misschien het gevoel terug te geven,
08:42
so that he might feel what he touches
213
507000
2000
zodat hij voelt wat hij aanraakt
08:44
with his prosthetic hand.
214
509000
2000
met zijn handprothese.
08:46
Imagine sensors in the hand
215
511000
2000
Stel je in die hand sensoren voor
08:48
coming up and pressing on this new hand skin.
216
513000
3000
die op deze nieuwe handhuid duwen.
08:51
So it was very exciting.
217
516000
2000
Dit was dus erg spannend.
08:53
We've also gone on
218
518000
2000
We hebben ook verdergewerkt
08:55
with what was initially our primary population
219
520000
2000
met wat initieel onze primaire doelgroep was,
08:57
of people with above-the-elbow amputations.
220
522000
2000
mensen met amputaties boven de elleboog.
08:59
And here we deinnervate, or cut the nerve away,
221
524000
3000
Hier ontzenuwen we, of snijden we de zenuw weg
09:02
just from little segments of muscle
222
527000
2000
van kleine stukjes spier,
09:04
and leave others alone
223
529000
2000
terwijl we andere laten zitten
09:06
that give us our up-down signals
224
531000
2000
die ons op-en-neer-signalen geven,
09:08
and two others that will give us a hand open and close signal.
225
533000
3000
en nog twee die ons de signalen 'hand open en dicht' geven.
09:11
This was one of our first patients, Chris.
226
536000
2000
Dit was één van onze eerste patiënten, Chris.
09:13
You see him with his original device
227
538000
2000
Je ziet hem met zijn oorspronkelijke toestel
09:15
on the left there after eight months of use,
228
540000
2000
links, na acht maanden gebruik,
09:17
and on the right, it is two months.
229
542000
2000
en rechts na twee maanden.
09:19
He's about four or five times as fast
230
544000
3000
Hij is ongeveer 4 of 5 keer sneller
09:22
with this simple little performance metric.
231
547000
3000
op deze eenvoudige kleine prestatietest.
09:25
All right.
232
550000
2000
Oké.
09:27
So one of the best parts of my job
233
552000
3000
Eén van de leukste dingen aan mijn job
09:30
is working with really great patients
234
555000
2000
is het werken met geweldige patiënten
09:32
who are also our research collaborators.
235
557000
2000
die tegelijk onze onderzoeksmedewerkers zijn.
09:34
And we're fortunate today
236
559000
2000
We hebben vandaag het geluk
09:36
to have Amanda Kitts come and join us.
237
561000
2000
dat Amanda Kitts ons komt vervoegen.
09:38
Please welcome Amanda Kitts.
238
563000
2000
Graag een welkomstapplaus voor Amanda Kitts.
09:40
(Applause)
239
565000
7000
(Applaus)
09:47
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
240
572000
3000
Amanda, kan je ons vertellen hoe je je arm kwijtraakte?
09:50
Amanda Kitts: Sure. In 2006, I had a car accident.
241
575000
3000
Amanda Kitts: Zeker. In 2006 had ik een auto-ongeval.
09:53
And I was driving home from work,
242
578000
3000
Ik reed naar huis van het werk.
09:56
and a truck was coming the opposite direction,
243
581000
2000
Er kwam een vrachtwagen van de andere kant
09:58
came over into my lane,
244
583000
2000
op mijn rijvak terecht.
10:00
ran over the top of my car and his axle tore my arm off.
245
585000
4000
Hij reed over mijn auto, en zijn as rukte mijn arm af.
10:04
Todd Kuiken: Okay, so after your amputation, you healed up.
246
589000
3000
Todd Kuiken: Na je amputatie revalideerde je.
10:07
And you've got one of these conventional arms.
247
592000
2000
Je hebt zo'n conventionele arm.
10:09
Can you tell us how it worked?
248
594000
3000
Kan je ons vertellen hoe het werkte?
10:12
AK: Well, it was a little difficult,
249
597000
2000
AK: Het was niet zo gemakkelijk,
10:14
because all I had to work with was a bicep and a tricep.
250
599000
2000
want ik had alleen maar een biceps en een triceps.
10:16
So for the simple little things like picking something up,
251
601000
3000
Voor kleine dingetjes, zoals om iets op te pikken,
10:19
I would have to bend my elbow,
252
604000
3000
moest ik mijn elleboog buigen
10:22
and then I would have to cocontract
253
607000
2000
en dan tegelijk samentrekken
10:24
to get it to change modes.
254
609000
2000
om de modus te veranderen.
10:26
When I did that,
255
611000
2000
Als ik dat had gedaan,
10:28
I had to use my bicep
256
613000
3000
moest ik mijn biceps gebruiken
10:31
to get the hand to close,
257
616000
2000
om de hand te laten sluiten,
10:33
use my tricep to get it to open,
258
618000
2000
mijn triceps om ze te laten openen,
10:35
cocontract again
259
620000
2000
en opnieuw tegelijk samentrekken
10:37
to get the elbow to work again.
260
622000
2000
om de elleboog weer in werking te stellen.
10:39
TK: So it was a little slow?
261
624000
2000
TK: Dat was dus nogal traag?
10:41
AK: A little slow, and it was just hard to work.
262
626000
3000
AK: Nogal traag, en gewoon lastig werken.
10:44
You had to concentrate a whole lot.
263
629000
2000
Je moest je heel erg concentreren.
10:46
TK: Okay, so I think about nine months later
264
631000
3000
TK: Ongeveer negen maanden later
10:49
that you had the targeted reinnervation surgery,
265
634000
2000
onderging je de operatie voor de gerichte herzenuwing.
10:51
took six more months to have all the reinnervation.
266
636000
3000
Het duurde nog zes maanden om de herzenuwing te voltooien.
10:54
Then we fit her with a prosthesis.
267
639000
3000
Dan maten we haar een prothese aan.
10:57
And how did that work for you?
268
642000
2000
Hoe draaide dat uit voor jou?
10:59
AK: It works good.
269
644000
3000
AK: Het werkt prima.
11:02
I was able to use my elbow
270
647000
4000
Ik kon mijn elleboog
11:06
and my hand simultaneously.
271
651000
3000
en mijn hand tegelijk gebruiken.
11:09
I could work them just by my thoughts.
272
654000
2000
Ik kon ze hanteren louter door te denken.
11:11
So I didn't have to do any of the cocontracting and all that.
273
656000
3000
Geen nood meer aan tegelijk samentrekken en zo.
11:14
TK: A little faster?
274
659000
2000
TK: Wat sneller?
11:16
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
275
661000
4000
AK: Wat sneller, en veel, veel natuurlijker.
11:20
TK: Okay, this was my goal.
276
665000
3000
TK: Daar was het me om te doen.
11:23
For 20 years, my goal was to let somebody
277
668000
3000
Al 20 jaar stel ik me tot doel om iemand
11:26
[be] able to use their elbow and hand in an intuitive way
278
671000
3000
zijn elleboog en hand intuïtief te laten gebruiken,
11:29
and at the same time.
279
674000
2000
tegelijk.
11:31
And we now have over 50 patients around the world who have had this surgery,
280
676000
3000
Nu hebben we wereldwijd ongeveer 50 patiënten die deze operatie ondergingen,
11:34
including over a dozen of our wounded warriors
281
679000
2000
met inbegrip van meer dan een dozijn gewonde strijders
11:36
in the U.S. armed services.
282
681000
2000
uit het Amerikaanse leger.
11:38
The success rate of the nerve transfers is very high.
283
683000
3000
De succesratio van de zenuwoverdrachten is zeer groot.
11:41
It's like 96 percent.
284
686000
2000
Zowat 96 procent.
11:43
Because we're putting a big fat nerve onto a little piece of muscle.
285
688000
3000
Want we hechten een dikke vette zenuw aan een klein stukje spier.
11:46
And it provides intuitive control.
286
691000
4000
Het resultaat is intuïtieve controle.
11:50
Our functional testing, those little tests,
287
695000
2000
Onze functionele testen, die kleine testjes,
11:52
all show that they're a lot quicker and a lot easier.
288
697000
2000
geven allemaal aan dat ze veel sneller en gemakkelijker zijn.
11:54
And the most important thing
289
699000
2000
Het belangrijkste
11:56
is our patients have appreciated it.
290
701000
2000
is de appreciatie van onze patiënten.
11:58
So that was all very exciting.
291
703000
2000
Dat was dus allemaal heel spannend.
12:00
But we want to do better.
292
705000
3000
Maar we willen het nog beter doen.
12:03
There's a lot of information in those nerve signals,
293
708000
4000
Er zit veel informatie in die zenuwsignalen.
12:07
and we wanted to get more.
294
712000
2000
We wilden er meer uithalen.
12:09
You can move each finger. You can move your thumb, your wrist.
295
714000
3000
Je kan elke vinger bewegen. Je kan je duim en je pols bewegen.
12:12
Can we get more out of it?
296
717000
2000
Valt er meer uit te halen?
12:14
So we did some experiments
297
719000
2000
We deden een paar experimenten
12:16
where we saturated our poor patients with zillions of electrodes
298
721000
3000
waarbij we onze arme patiënten volplakten met ontelbare elektroden
12:19
and then had them try to do two dozen different tasks --
299
724000
3000
en hen vervolgens twee dozijn verschillende taken lieten doen --
12:22
from wiggling a finger to moving a whole arm
300
727000
3000
gaande van een vinger bewegen tot een hele arm uitsteken
12:25
to reaching for something --
301
730000
2000
om iets te pakken.
12:27
and recorded this data.
302
732000
2000
We noteerden deze gegevens.
12:29
And then we used some algorithms
303
734000
2000
Vervolgens gebruikten we algoritmes
12:31
that are a lot like speech recognition algorithms,
304
736000
2000
die erg lijken op spraakherkenningsalgoritmes,
12:33
called pattern recognition.
305
738000
2000
zogenaamde patroonherkenning.
12:35
See.
306
740000
2000
Kijk.
12:37
(Laughter)
307
742000
2000
(Gelach)
12:39
And here you can see, on Jesse's chest,
308
744000
2000
Je ziet op de borst van Jesse
12:41
when he just tried to do three different things,
309
746000
2000
dat als hij drie verschillende dingen heeft gedaan,
12:43
you can see three different patterns.
310
748000
2000
je drie verschillende patronen ziet.
12:45
But I can't put in an electrode
311
750000
2000
Maar ik kan er geen elektrode opzetten
12:47
and say, "Go there."
312
752000
2000
en zeggen "Daarheen."
12:49
So we collaborated with our colleagues in University of New Brunswick,
313
754000
3000
Dus werkten we samen met onze collega's van de universiteit van New Brunswick
12:52
came up with this algorithm control,
314
757000
2000
de algoritmecontrole uit
12:54
which Amanda can now demonstrate.
315
759000
2000
die Amanda nu kan demonstreren.
12:56
AK: So I have the elbow that goes up and down.
316
761000
5000
AK: Ik heb een elleboog die op en neer gaat,
13:01
I have the wrist rotation
317
766000
2000
ik heb polsrotatie,
13:03
that goes -- and it can go all the way around.
318
768000
3000
zo -- en het kan helemaal rond.
13:06
And I have the wrist flexion and extension.
319
771000
4000
Ik heb polsbuiging en polsstrekking.
13:10
And I also have the hand closed and open.
320
775000
3000
En de hand gaat open en dicht.
13:13
TK: Thank you, Amanda.
321
778000
2000
TK: Hartelijk dank, Amanda.
13:15
Now this is a research arm,
322
780000
2000
Dit is een onderzoeksarm,
13:17
but it's made out of commercial components from here down
323
782000
3000
maar hij bestaat van hier tot beneden uit commerciële onderdelen,
13:20
and a few that I've borrowed from around the world.
324
785000
3000
plus een paar dingen die ik van overal ter wereld heb geleend.
13:23
It's about seven pounds,
325
788000
3000
Hij weegt ongeveer 3,5 kg,
13:26
which is probably about what my arm would weigh
326
791000
2000
wat ongeveer het gewicht van mijn arm zou zijn
13:28
if I lost it right here.
327
793000
2000
als ik die nu zou verliezen.
13:30
Obviously, that's heavy for Amanda.
328
795000
3000
Dat is natuurlijk zwaar voor Amanda.
13:33
And in fact, it feels even heavier,
329
798000
2000
Het voelt zelfs nog zwaarder aan
13:35
because it's not glued on the same.
330
800000
2000
omdat het er niet op is vastgelijmd.
13:37
She's carrying all the weight through harnesses.
331
802000
2000
Ze draagt het hele gewicht via een harnas.
13:39
So the exciting part isn't so much the mechatronics,
332
804000
3000
Het spannende deel is dus niet zozeer de mechatronica,
13:42
but the control.
333
807000
2000
maar de controle.
13:44
So we've developed a small microcomputer
334
809000
3000
We hebben een kleine microcomputer ontwikkeld
13:47
that is blinking somewhere behind her back
335
812000
3000
die ergens op haar rug knippert.
13:50
and is operating this
336
815000
2000
Hij stuurt de arm aan
13:52
all by the way she trains it
337
817000
2000
op basis van hoe zij hem traint
13:54
to use her individual muscle signals.
338
819000
2000
om haar individuele spiersignalen te gebruiken.
13:56
So Amanda, when you first started using this arm,
339
821000
2000
Amanda, toen je deze arm begon te gebruiken,
13:58
how long did it take to use it?
340
823000
3000
hoe lang duurde het toen om hem te gebruiken?
14:01
AK: It took just about probably three to four hours
341
826000
2000
AK: Het duurde zo ongeveer 3 tot 4 uur
14:03
to get it to train.
342
828000
2000
om met de training te starten.
14:05
I had to hook it up to a computer,
343
830000
2000
Ik moest hem op een computer aansluiten,
14:07
so I couldn't just train it anywhere.
344
832000
2000
dus ik kon niet zomaar overal oefenen.
14:09
So if it stopped working, I just had to take it off.
345
834000
3000
Als hij niet meer werkte, moest ik hem eraf halen.
14:12
So now it's able to train
346
837000
2000
Nu volstaat dit kleine ding op de rug
14:14
with just this little piece on the back.
347
839000
2000
om te kunnen oefenen.
14:16
I can wear it around.
348
841000
2000
Ik kan het overal dragen.
14:18
If it stops working for some reason, I can retrain it.
349
843000
3000
Als het om één of andere reden niet meer werkt, train ik het opnieuw.
14:21
Takes about a minute.
350
846000
2000
Duurt ongeveer een minuutje.
14:23
TK: So we're really excited,
351
848000
2000
TK: We vinden dit heel spannend,
14:25
because now we're getting to a clinically practical device.
352
850000
3000
want nu krijgen we een toestel dat klinisch bruikbaar is.
14:28
And that's where our goal is --
353
853000
2000
Dat is ons doel --
14:30
to have something clinically pragmatic to wear.
354
855000
4000
iets hebben dat klinisch hanteerbaar is om te dragen.
14:34
We've also had Amanda able to use
355
859000
3000
Amanda is ook in staat geweest om een paar
14:37
some of our more advanced arms that I showed you earlier.
356
862000
3000
meer geavanceerde armen te gebruiken die ik eerder toonde.
14:41
Here's Amanda using an arm made by DEKA Research Corporation.
357
866000
3000
Hier gebruikt Amanda een arm van de DEKA Research Corporation.
14:44
And I believe Dean Kamen presented it at TED a few years ago.
358
869000
4000
Ik denk dat Dean Kamen die een paar jaar geleden op TED heeft getoond.
14:48
So Amanda, you can see,
359
873000
2000
Je ziet dat Amanda
14:50
has really good control.
360
875000
2000
echt goede controle heeft.
14:52
It's all the pattern recognition.
361
877000
2000
Het gaat allemaal om patroonherkenning.
14:54
And it now has a hand that can do different grasps.
362
879000
3000
Nu heeft het een hand die verschillende grijpbewegingen aankan.
14:57
What we do is have the patient go all the way open
363
882000
3000
We laten de patiënt helemaal opengaan
15:00
and think, "What hand grasp pattern do I want?"
364
885000
3000
en denken: "Welke grijpbeweging wil ik?"
15:03
It goes into that mode,
365
888000
2000
Het gaat over naar die modus,
15:05
and then you can do up to five or six different hand grasps with this hand.
366
890000
2000
en dan kan je tot 5 of 6 grijpbewegingen doen.
15:07
Amanda, how many were you able to do with the DEKA arm?
367
892000
3000
Amanda, hoeveel kon jij er doen met de DEKA-arm?
15:10
AK: I was able to get four.
368
895000
2000
AK: Ik kon er vier doen.
15:12
I had the key grip, I had a chuck grip,
369
897000
3000
Ik had een sleutelgreep, een klauwgreep,
15:15
I had a power grasp
370
900000
2000
een krachtige grijpbeweging
15:17
and I had a fine pinch.
371
902000
2000
en een fijne knijpbeweging.
15:19
But my favorite one was just when the hand was open,
372
904000
2000
Maar mijn favoriete was gewoon een open hand,
15:21
because I work with kids,
373
906000
2000
want ik werk met kinderen.
15:23
and so all the time you're clapping and singing,
374
908000
3000
Ik ben dus de hele tijd aan het klappen en zingen.
15:26
so I was able to do that again, which was really good.
375
911000
3000
Dat kon ik opnieuw, en dat was heel fijn.
15:29
TK: That hand's not so good for clapping.
376
914000
2000
TK: Die hand is niet zo geschikt om te klappen.
15:31
AK: Can't clap with this one.
377
916000
2000
AK: Met deze hand kan ik niet klappen.
15:33
TK: All right. So that's exciting
378
918000
2000
TK: Dat geeft spannende vooruitzichten
15:35
on where we may go with the better mechatronics,
379
920000
2000
op basis van verbeterde mechatronica,
15:37
if we make them good enough
380
922000
2000
als we ze goed genoeg maken
15:39
to put out on the market and use in a field trial.
381
924000
3000
voor commerciële verkoop en gebruik in een test.
15:42
I want you to watch closely.
382
927000
2000
Kijk goed.
15:44
(Video) Claudia: Oooooh!
383
929000
2000
(Video) Claudia: Oooooh!
15:46
TK: That's Claudia,
384
931000
2000
TK: Dat is Claudia,
15:48
and that was the first time
385
933000
2000
en dat was de eerste keer
15:50
she got to feel sensation through her prosthetic.
386
935000
3000
dat ze gevoel had door haar prothese.
15:53
She had a little sensor at the end of her prosthesis
387
938000
3000
Ze had een kleine sensor aan het einde van haar prothese
15:56
that then she rubbed over different surfaces,
388
941000
3000
die ze over verschillende oppervlakken wreef.
15:59
and she could feel different textures
389
944000
2000
Ze voelde verschillende texturen
16:01
of sandpaper, different grits, ribbon cable,
390
946000
3000
van schuurpapier, verschillende korrelgroottes, lintkabel,
16:04
as it pushed on her reinnervated hand skin.
391
949000
3000
terwijl die op haar herzenuwde handhuid drukten.
16:07
She said that when she just ran it across the table,
392
952000
3000
Ze zei dat als ze haar vinger over de tafel liet glijden,
16:10
it felt like her finger was rocking.
393
955000
2000
ze het gevoel had dat haar vinger schommelde.
16:12
So that's an exciting laboratory experiment
394
957000
2000
Dat is dus een spannend experiment
16:14
on how to give back, potentially, some skin sensation.
395
959000
3000
over de potentiële teruggave van een zeker huidgevoel.
16:17
But here's another video that shows some of our challenges.
396
962000
3000
Maar hier is nog een video, die een aantal van onze uitdagingen toont.
16:20
This is Jesse, and he's squeezing a foam toy.
397
965000
3000
Dit is Jesse die een speeltje van schuim platknijpt.
16:23
And the harder he squeezes -- you see a little black thing in the middle
398
968000
3000
Hoe harder hij knijpt – je ziet een klein zwart dingetje in het midden
16:26
that's pushing on his skin proportional to how hard he squeezes.
399
971000
3000
dat op zijn huid drukt in verhouding tot hoe hard hij knijpt.
16:29
But look at all the electrodes around it.
400
974000
2000
Maar kijk naar al die elektroden in de buurt.
16:31
I've got a real estate problem.
401
976000
2000
Ik heb een huisvestingsprobleem.
16:33
You're supposed to put a bunch of these things on there,
402
978000
2000
Je moet daar enkele van die dingen opzetten,
16:35
but our little motor's making all kinds of noise
403
980000
3000
maar ons motortje maakt allerlei geluiden
16:38
right next to my electrodes.
404
983000
2000
vlak naast mijn elektroden.
16:40
So we're really challenged on what we're doing there.
405
985000
3000
Wat we daar doen is dus echt uitdagend.
16:43
The future is bright.
406
988000
2000
De toekomst ziet er schitterend uit.
16:45
We're excited about where we are and a lot of things we want to do.
407
990000
3000
We zijn opgetogen over onze status en onze plannen.
16:48
So for example,
408
993000
2000
Bijvoorbeeld
16:50
one is to get rid of my real estate problem
409
995000
3000
het oplossen van mijn huisvestingsprobleem
16:53
and get better signals.
410
998000
2000
door de verbetering van de signalen.
16:55
We want to develop these little tiny capsules
411
1000000
3000
We willen mini-capsules ontwikkelen,
16:58
about the size of a piece of risotto
412
1003000
2000
zo groot als een risottokorrel,
17:00
that we can put into the muscles
413
1005000
2000
die we in de spieren kunnen stoppen
17:02
and telemeter out the EMG signals,
414
1007000
3000
om de EMG-signalen eruit te filteren
17:05
so that it's not worrying about electrode contact.
415
1010000
3000
zodat we ons geen zorgen moeten maken over elektrodencontact.
17:08
And we can have the real estate open
416
1013000
2000
De vrijgekomen ruimte kunnen we gebruiken
17:10
to try more sensation feedback.
417
1015000
2000
om meer gevoelsfeedback uit te testen.
17:12
We want to build a better arm.
418
1017000
2000
We willen een betere arm bouwen.
17:14
This arm -- they're always made for the 50th percentile male --
419
1019000
4000
Armen worden altijd gemaakt voor de man op het 50ste percentiel,
17:18
which means they're too big for five-eighths of the world.
420
1023000
4000
waardoor ze te groot zijn voor de mensen van 1m70.
17:22
So rather than a super strong or super fast arm,
421
1027000
3000
Liever dan een supersterke of supersnelle arm
17:25
we're making an arm that is --
422
1030000
2000
maken we een arm…
17:27
we're starting with,
423
1032000
2000
We beginnen met
17:29
the 25th percentile female --
424
1034000
3000
de vrouw van het 25ste percentiel.
17:32
that will have a hand that wraps around,
425
1037000
2000
De hand zal iets kunnen omvatten,
17:34
opens all the way,
426
1039000
2000
helemaal kunnen openen,
17:36
two degrees of freedom in the wrist and an elbow.
427
1041000
3000
twee vrijheidsgraden in de pols en de elleboog.
17:39
So it'll be the smallest and lightest
428
1044000
2000
Het zal de kleinste, de lichtste
17:41
and the smartest arm ever made.
429
1046000
2000
en de slimste arm ooit worden.
17:43
Once we can do it that small,
430
1048000
2000
Zodra we het op zo klein formaat kunnen,
17:45
it's a lot easier making them bigger.
431
1050000
2000
is het veel eenvoudiger om ze groter te maken.
17:47
So those are just some of our goals.
432
1052000
3000
Dat zijn maar een paar van onze doelstellingen.
17:50
And we really appreciate you all being here today.
433
1055000
4000
We stellen jullie aanwezigheid hier zeer op prijs.
17:54
I'd like to tell you a little bit about the dark side,
434
1059000
2000
Ik wil jullie ook wat vertellen over de donkere kant,
17:56
with yesterday's theme.
435
1061000
2000
het thema van gisteren.
17:58
So Amanda came jet-lagged,
436
1063000
2000
Amanda kwam hier aan met jetlag,
18:00
she's using the arm,
437
1065000
2000
ze gebruikte de arm,
18:02
and everything goes wrong.
438
1067000
2000
en alles ging fout.
18:04
There was a computer spook,
439
1069000
2000
Er was een computerspook,
18:06
a broken wire,
440
1071000
2000
een gebroken kabel,
18:08
a converter that sparked.
441
1073000
2000
kortsluiting in een omvormer.
18:10
We took out a whole circuit in the hotel
442
1075000
2000
We haalden er in het hotel een volledig circuit uit
18:12
and just about put on the fire alarm.
443
1077000
2000
en lieten zo bijna het brandalarm afgaan.
18:14
And none of those problems could I have dealt with,
444
1079000
3000
Ik had geen van deze problemen zelf kunnen oplossen,
18:17
but I have a really bright research team.
445
1082000
2000
maar mijn onderzoeksteam is echt briljant.
18:19
And thankfully Dr. Annie Simon was with us
446
1084000
3000
Gelukkig was Dr. Annie Simon bij ons,
18:22
and worked really hard yesterday to fix it.
447
1087000
2000
die gisteren heel hard heeft gewerkt om het in orde te brengen.
18:24
That's science.
448
1089000
2000
Dat is wetenschap.
18:26
And fortunately, it worked today.
449
1091000
2000
Gelukkig werkte het vandaag.
18:28
So thank you very much.
450
1093000
2000
Dus heel hartelijk dank.
18:30
(Applause)
451
1095000
14000
(Applaus)
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