Todd Kuiken: A prosthetic arm that "feels"

トッド・クイケン: 「感覚を持つ」義手

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2011-10-20 ・ TED


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Todd Kuiken: A prosthetic arm that "feels"

トッド・クイケン: 「感覚を持つ」義手

174,311 views ・ 2011-10-20

TED


下の英語字幕をダブルクリックすると動画を再生できます。

翻訳: Tatsu Ilya 校正: Masaki Yanagishita
00:15
So today, I would like to talk with you
0
15260
3000
本日はみなさんに
00:18
about bionics,
1
18260
2000
生体工学
00:20
which is the popular term
2
20260
2000
つまり身体の一部を
00:22
for the science of replacing part of a living organism
3
22260
3000
メカトロニクス機器やロボットで置き換えるという
00:25
with a mechatronic device, or a robot.
4
25260
3000
科学分野についてお話ししようと思います
00:28
It is essentially
5
28260
2000
これは正に
00:30
the stuff of life meets machine.
6
30260
3000
生体と機械の融合です
00:33
And specifically, I'd like to talk with you
7
33260
2000
特に 腕を失った人の為に
00:35
about how bionics is evolving
8
35260
3000
生体工学が
00:38
for people with arm amputations.
9
38260
3000
どう進歩しているかをお話しします
00:41
This is our motivation.
10
41260
3000
我々の研究動機です
00:44
Arm amputation causes a huge disability.
11
44260
3000
腕を失うとは大変なことです
00:47
I mean, the functional impairment is clear.
12
47260
2000
単純な不便さは勿論でしょう
00:49
Our hands are amazing instruments.
13
49260
2000
手は素晴らしい道具です
00:51
And when you lose one, far less both,
14
51260
3000
片手を失っただけで
00:54
it's a lot harder to do the things
15
54260
2000
日常的に必要とされる
00:56
we physically need to do.
16
56260
2000
身体的行為が難しくなります
00:58
There's also a huge emotional impact.
17
58260
2000
そして大きな精神的ダメージ
01:00
And actually, I spend as much of my time in clinic
18
60260
2000
私の診療室では 身体的不自由さと
01:02
dealing with the emotional adjustment of patients
19
62260
3000
同じくらい 精神的ダメージの治療にも
01:05
as with the physical disability.
20
65260
2000
時間をかけています
01:07
And finally, there's a profound social impact.
21
67260
3000
社交上の問題もあります
01:10
We talk with our hands.
22
70260
2000
我々は手で話し
01:12
We greet with our hands.
23
72260
2000
手で挨拶をし
01:14
And we interact with the physical world with our hands.
24
74260
3000
手で外界とやりとりをします
01:17
And when they're missing,
25
77260
2000
手がなくなることは
01:19
it's a barrier.
26
79260
2000
障害を意味します
01:21
Arm amputation is usually caused by trauma,
27
81260
3000
腕の切断の多くは
01:24
with things like industrial accidents,
28
84260
2000
工場事故や交通事故
01:26
motor vehicle collisions
29
86260
2000
そして悲しくも
01:28
or, very poignantly, war.
30
88260
2000
戦争による外傷の結果です
01:30
There are also some children who are born without arms,
31
90260
3000
生まれつき腕のない子もいます
01:33
called congenital limb deficiency.
32
93260
3000
先天性四肢欠損です
01:36
Unfortunately, we don't do great
33
96260
2000
残念ながら義手の製作は
01:38
with upper-limb prosthetics.
34
98260
2000
困難を極めています
01:40
There are two general types.
35
100260
2000
義手には2種類あります
01:42
They're called body-powered prostheses,
36
102260
2000
こちらは身体操作型義手といって
01:44
which were invented just after the Civil War,
37
104260
2000
南北戦争直後に発明され
01:46
refined in World War I and World War II.
38
106260
3000
第1・2次世界大戦中に改良されました
01:49
Here you see a patent
39
109260
2000
これが1912年の
01:51
for an arm in 1912.
40
111260
2000
特許申請書です
01:53
It's not a lot different
41
113260
2000
現在の義手と そう違いはありません
01:55
than the one you see on my patient.
42
115260
3000
01:58
They work by harnessing shoulder power.
43
118260
2000
肩の筋肉で制御するものです
02:00
So when you squish your shoulders, they pull on a bicycle cable.
44
120260
3000
肩をすぼめるとケーブルが引かれ
02:03
And that bicycle cable can open or close a hand or a hook
45
123260
3000
手やフックを開いたり閉じたり
肘を動かせます
02:06
or bend an elbow.
46
126260
2000
02:08
And we still use them commonly,
47
128260
2000
この義手は今でも使われています
02:10
because they're very robust
48
130260
2000
とても頑丈で単純な構造ですからね
02:12
and relatively simple devices.
49
132260
2000
02:14
The state of the art
50
134260
2000
最先端のものは
02:16
is what we call myoelectric prostheses.
51
136260
2000
筋電義手という義手です
02:18
These are motorized devices
52
138260
2000
筋肉からのわずかな
02:20
that are controlled
53
140260
2000
電気信号により
02:22
by little electrical signals from your muscle.
54
142260
2000
モーター駆動される義手です
02:24
Every time you contract a muscle,
55
144260
2000
筋肉を収縮させる時
02:26
it emits a little electricity
56
146260
2000
わずかな電気信号が流れ
02:28
that you can record with antennae or electrodes
57
148260
2000
それを電極やアンテナで読み取り
02:30
and use that to operate the motorized prosthesis.
58
150260
3000
義手の操作に用いるのです
02:33
They work pretty well
59
153260
2000
手を失ったばかりの人の場合
02:35
for people who have just lost their hand,
60
155260
2000
この義手をとても上手く操作します
02:37
because your hand muscles are still there.
61
157260
2000
手の筋肉がまだ残っていますから
02:39
You squeeze your hand, these muscles contract.
62
159260
2000
手をすぼめればこの筋肉が収縮し
02:41
You open it, these muscles contract.
63
161260
2000
手をひらけばこの筋肉が収縮し
02:43
So it's intuitive, and it works pretty well.
64
163260
3000
直感的に上手に使うことができます
02:46
Well how about with higher levels of amputation?
65
166260
2000
しかしもっと上部で 腕の大半を切断するとどうでしょう
02:48
Now you've lost your arm above the elbow.
66
168260
2000
この筋肉だけでなく
02:50
You're missing not only these muscles,
67
170260
2000
手と肘そのものがありません
02:52
but your hand and your elbow too.
68
172260
2000
02:54
What do you do?
69
174260
2000
どうしましょう?
02:56
Well our patients have to use
70
176260
2000
そのような患者さんは
02:58
very code-y systems
71
178260
3000
腕の筋肉だけで
ロボット義手を動かす
03:01
of using just their arm muscles
72
181260
2000
技術を要する方法をとります
03:03
to operate robotic limbs.
73
183260
3000
ロボット義手ということです
03:06
We have robotic limbs.
74
186260
2000
このように様々な種類があります
03:08
There are several available on the market, and here you see a few.
75
188260
3000
開閉する手と 回転する手首と
03:11
They contain just a hand that will open and close,
76
191260
3000
03:14
a wrist rotator and an elbow.
77
194260
2000
肘があります
03:16
There's no other functions.
78
196260
2000
機能はそれだけです
03:18
If they did, how would we tell them what to do?
79
198260
2000
機能を増やしても制御方法がありません
03:20
We built our own arm at the Rehab Institute of Chicago
80
200260
3000
そこで シカゴリハビリテーション研究所(RIC)では
03:23
where we've added some wrist flexion and shoulder joints
81
203260
3000
手首の屈曲と
肩の関節を加え 6つのモーターで
03:26
to get up to six motors, or six degrees of freedom.
82
206260
3000
6自由度を持つ試作品を作りました
03:29
And we've had the opportunity to work with some very advanced arms
83
209260
3000
さらに我々は米軍から研究費を得て開発された
03:32
that were funded by the U.S. military, using these prototypes,
84
212260
3000
可動式の手を持ち
最大10の自由度を持つ
03:35
that had up to 10 different degrees of freedom
85
215260
3000
進歩した義手を
03:38
including movable hands.
86
218260
2000
使うことができました
03:40
But at the end of the day,
87
220260
2000
しかし結局どう義手に
03:42
how do we tell these robotic arms what to do?
88
222260
2000
命令を伝えたものでしょうか
03:44
How do we control them?
89
224260
2000
どう操作すれば良いのでしょう?
03:46
Well we need a neural interface,
90
226260
2000
その為には神経系あるいは思考過程と
03:48
a way to connect to our nervous system
91
228260
2000
繋ぐことで身体の一部の様に
03:50
or our thought processes
92
230260
2000
直感的かつ自然に操作できる
03:52
so that it's intuitive, it's natural,
93
232260
2000
神経インタフェースが
03:54
like for you and I.
94
234260
4000
必要なのです
03:58
Well the body works by starting a motor command in your brain,
95
238260
3000
脳から発する運動命令は
04:01
going down your spinal cord,
96
241260
2000
脊髄を伝わり末梢神経をとおって
04:03
out the nerves and to your periphery.
97
243260
2000
末梢に伝わります
04:05
And your sensation's the exact opposite.
98
245260
2000
感覚はその反対です
04:07
You touch yourself, there's a stimulus
99
247260
2000
刺激は全く同じ神経を逆に辿り
04:09
that comes up those very same nerves back up to your brain.
100
249260
3000
脳に伝えます
04:13
When you lose your arm, that nervous system still works.
101
253260
3000
腕を失ってもまだ神経系は働きます
04:16
Those nerves can put out command signals.
102
256260
3000
まだ脳の指令を送ることができます
04:19
And if I tap the nerve ending
103
259260
2000
そして退役軍人が失った
04:21
on a World War II vet,
104
261260
2000
腕の端の神経を触ると
04:23
he'll still feel his missing hand.
105
263260
2000
彼はまだ手を感じるのです
04:25
So you might say,
106
265260
2000
それならば脳を開けて
04:27
let's go to the brain
107
267260
2000
脳内に何かを埋め込み
04:29
and put something in the brain to record signals,
108
269260
3000
信号を記録したり
あるいは末梢神経の末端で
04:32
or in the end of the peripheral nerve and record them there.
109
272260
3000
信号を記録したりしてみよう
04:35
And these are very exciting research areas,
110
275260
3000
確かにそういう研究もありますが
04:38
but it's really, really hard.
111
278260
2000
これは恐ろしく難しいのです
04:40
You have to put in
112
280260
2000
数百の微小電極を埋め込み
04:42
hundreds of microscopic wires
113
282260
2000
信号を発する小さな個々のニューロン - 普通の神経線維 -から
04:44
to record from little tiny individual neurons -- ordinary fibers
114
284260
4000
マイクロボルト単位の
04:48
that put out tiny signals
115
288260
2000
信号を読み取る
04:50
that are microvolts.
116
290260
2000
必要があります
04:52
And it's just too hard
117
292260
2000
これは現在 技術的に
04:54
to use now and for my patients today.
118
294260
2000
難度が高過ぎます
04:56
So we developed a different approach.
119
296260
3000
そこで違う方法を考えました
04:59
We're using a biological amplifier
120
299260
3000
神経信号を増幅する生体機能
05:02
to amplify these nerve signals -- muscles.
121
302260
3000
つまり筋肉を使えば良いのです
05:05
Muscles will amplify the nerve signals
122
305260
2000
筋肉は神経信号を
05:07
about a thousand-fold,
123
307260
2000
数千倍に増幅するので
05:09
so that we can record them from on top of the skin,
124
309260
3000
先程お見せしたように 皮膚の上からでも
05:12
like you saw earlier.
125
312260
2000
信号が取れます
05:14
So our approach is something we call targeted reinnervation.
126
314260
3000
特定領域への神経支配再確立とでも言えましょう
05:17
Imagine, with somebody who's lost their whole arm,
127
317260
3000
腕を失っても
05:20
we still have four major nerves
128
320260
2000
(腕を支配する)4つの主要な神経が まだ残っている患者を
05:22
that go down your arm.
129
322260
2000
想像してみて下さい
05:24
And we take the nerve away from your chest muscle
130
324260
3000
その患者の胸筋から神経を取り除き
05:27
and let these nerves grow into it.
131
327260
3000
代わりに腕の神経を埋め込みます
05:30
Now you think, "Close hand," and a little section of your chest contracts.
132
330260
3000
「手を握ろう」と考えれば胸の一部が収縮し
05:33
You think, "Bend elbow,"
133
333260
2000
「肘を曲げよう」と考えれば
05:35
a different section contracts.
134
335260
2000
胸の別の場所が収縮します
05:37
And we can use electrodes or antennae
135
337260
2000
その動きを電極やアンテナで
05:39
to pick that up and tell the arm to move.
136
339260
3000
読み取り義手を操作すればいい
05:42
That's the idea.
137
342260
2000
これが我々のアイデアです
05:44
So this is the first man that we tried it on.
138
344260
3000
この義手を初めて試した患者です
05:47
His name is Jesse Sullivan.
139
347260
2000
ジェシー・サリヴァンという名で
05:49
He's just a saint of a man --
140
349260
2000
とても穏やかな方です
05:51
54-year-old lineman who touched the wrong wire
141
351260
2000
架線作業中に触る電線を間違え
05:53
and had both of his arms burnt so badly
142
353260
3000
両の手に重度の火傷を負い
05:56
they had to be amputated at the shoulder.
143
356260
2000
肩から先を切断しました
05:58
Jesse came to us at the RIC
144
358260
2000
そして最先端の義手を試すため
06:00
to be fit with these state-of-the-art devices, and here you see them.
145
360260
3000
RICの私たちのところにやって来ました
06:03
I'm still using that old technology
146
363260
3000
右腕はケーブル操作する
06:06
with a bicycle cable on his right side.
147
366260
2000
旧型の義手を使っています
06:08
And he picks which joint he wants to move with those chin switches.
148
368260
3000
動かす関節はアゴのスイッチで選びます
06:11
On the left side he's got a modern motorized prosthesis
149
371260
3000
左では3つの関節を持つ
06:14
with those three joints,
150
374260
2000
モーター駆動の義手で
06:16
and he operates little pads in his shoulder
151
376260
3000
肩のパッドで動かしています
06:19
that he touches to make the arm go.
152
379260
2000
腕の操作に使うためです
06:21
And Jesse's a good crane operator,
153
381260
2000
ジェシーは操縦が上手く
06:23
and he did okay by our standards.
154
383260
2000
私たちも満足でした
06:25
He also required a revision surgery on his chest.
155
385260
3000
加えて彼は胸の追加手術も必要になりました
06:28
And that gave us the opportunity
156
388260
2000
これをよい機会に我々は
06:30
to do targeted reinnervation.
157
390260
2000
特定領域への神経支配再確立手術を行いました
06:32
So my colleague, Dr. Greg Dumanian, did the surgery.
158
392260
3000
手術を行ったのは 同僚のグレッグ ドゥマニアン博士です
06:35
First, we cut away the nerve to his own muscle,
159
395260
3000
まず胸の神経を取り除き
06:38
then we took the arm nerves
160
398260
2000
腕の神経を取り出し
06:40
and just kind of had them shift down onto his chest
161
400260
2000
それを胸に植え込んで
06:42
and closed him up.
162
402260
2000
傷口を塞ぎました
06:44
And after about three months,
163
404260
2000
3ヶ月後には神経も少し伸び
06:46
the nerves grew in a little bit and we could get a twitch.
164
406260
2000
胸をピクピク動かせるようになり
06:48
And after six months, the nerves grew in well,
165
408260
3000
6ヶ月後には神経も十分に伸びて
06:51
and you could see strong contractions.
166
411260
2000
強い収縮も可能になりました
06:53
And this is what it looks like.
167
413260
2000
このような感じです
06:55
This is what happens when Jesse thinks
168
415260
2000
ジェシーが手を開閉させようと思うと
06:57
open and close his hand,
169
417260
2000
この動作がおきます
06:59
or bend or straighten your elbow.
170
419260
3000
肘を屈曲したり伸ばそうと思うと
07:02
You can see the movements on his chest,
171
422260
2000
胸がこう動きます
07:04
and those little hash marks
172
424260
2000
この小さなしるしは
07:06
are where we put our antennae, or electrodes.
173
426260
2000
アンテナや電極の位置です
07:08
And I challenge anybody in the room
174
428260
2000
こんな風に胸を動かせる人が
07:10
to make their chest go like this.
175
430260
2000
もし会場にいれば教えてください
07:12
His brain is thinking about his arm.
176
432260
2000
彼の脳は腕のことを考えています
07:14
He has not learned how to do this with the chest.
177
434260
3000
胸をこんな風に動かす方法を 学んだわけではありません
07:17
There is not a learning process.
178
437260
2000
学習過程はありません
07:19
That's why it's intuitive.
179
439260
2000
直感的なのです
07:21
So here's Jesse in our first little test with him.
180
441260
3000
これが最初の動作テストです
07:24
On the left-hand side, you see his original prosthesis,
181
444260
3000
左側は元の義手です
07:27
and he's using those switches
182
447260
2000
スイッチを使って
07:29
to move little blocks from one box to the other.
183
449260
2000
積み木を ひとつの箱からもう一つの箱へ移しています
07:31
He's had that arm for about 20 months, so he's pretty good with it.
184
451260
3000
20ヶ月も使用した義手はよくなじんでいます
07:34
On the right side,
185
454260
2000
右側は私たちの
07:36
two months after we fit him with his targeted reinnervation prosthesis --
186
456260
3000
「特定領域への神経支配再確立」を使って 2ヶ月目の映像です
07:39
which, by the way, is the same physical arm,
187
459260
3000
機器としては同じ義手で
07:42
just programmed a little different --
188
462260
2000
制御ソフトが違うだけですが
07:44
you can see that he's much faster
189
464260
2000
動作は明らかに速く
07:46
and much smoother as he moves these little blocks.
190
466260
3000
スムーズに積み木を移しています
07:49
And we're only able to use three of the signals at this time.
191
469260
3000
この時点で3つの信号を使っているだけです
07:52
Then we had one of those little surprises in science.
192
472260
5000
ここで驚くべき科学的発見がありました
07:57
So we're all motivated to get motor commands
193
477260
2000
私たちはロボット義手を操作するための
07:59
to drive robotic arms.
194
479260
2000
運動指令を得ようとしていた訳ですが
08:01
And after a few months,
195
481260
2000
数ヶ月後にジェシーの
08:03
you touch Jesse on his chest,
196
483260
2000
胸に触れると 彼は
08:05
and he felt his missing hand.
197
485260
3000
失った手を感じました
08:08
His hand sensation grew into his chest again
198
488260
2000
手の感覚が胸に戻ったのです
08:10
probably because we had also taken away a lot of fat,
199
490260
3000
手術で脂肪を取り去ったので
08:13
so the skin was right down to the muscle
200
493260
2000
筋肉と皮膚が近づき
08:15
and deinnervated, if you would, his skin.
201
495260
2000
以前あった神経支配を取り除いたのでしょう
08:17
So you touch Jesse here, he feels his thumb;
202
497260
2000
ここを触れば親指を感じ
08:19
you touch it here, he feels his pinky.
203
499260
2000
ここを触れば小指です
08:21
He feels light touch
204
501260
2000
1 gほどの小さな
08:23
down to one gram of force.
205
503260
2000
力でも感じます
08:25
He feels hot, cold, sharp, dull,
206
505260
3000
熱さ、冷たさ、鋭さ、鈍さ
08:28
all in his missing hand,
207
508260
2000
全てを失われた手で感じます
08:30
or both his hand and his chest,
208
510260
2000
胸の感覚も残っていますが
08:32
but he can attend to either.
209
512260
2000
意識できるのは一方です
08:34
So this is really exciting for us,
210
514260
2000
これはとても面白いことです
08:36
because now we have a portal,
211
516260
2000
なぜなら これは感覚の再現に繋がる可能性があり
08:38
a portal, or a way to potentially give back sensation,
212
518260
4000
あるいは末梢神経の末端で
08:42
so that he might feel what he touches
213
522260
2000
触れたものを感じる義手の製作にも
08:44
with his prosthetic hand.
214
524260
2000
繋がる可能性があるからです
08:46
Imagine sensors in the hand
215
526260
2000
義手センサーからの信号が
08:48
coming up and pressing on this new hand skin.
216
528260
3000
胸の「手」に伝わればいいのです
08:51
So it was very exciting.
217
531260
2000
これは面白い
08:53
We've also gone on
218
533260
2000
我々はまた 当初注目していた
08:55
with what was initially our primary population
219
535260
2000
肘から先を失った多数の患者の
08:57
of people with above-the-elbow amputations.
220
537260
2000
義手についても考えました
08:59
And here we deinnervate, or cut the nerve away,
221
539260
3000
筋肉の一部から神経を切り離して 神経支配を除き
09:02
just from little segments of muscle
222
542260
2000
ほかの部分では神経をそのままにすると
09:04
and leave others alone
223
544260
2000
上下運動を伝える神経と
09:06
that give us our up-down signals
224
546260
2000
手の開閉を伝える神経を
09:08
and two others that will give us a hand open and close signal.
225
548260
3000
作れます
09:11
This was one of our first patients, Chris.
226
551260
2000
彼は初期の患者のクリスです
09:13
You see him with his original device
227
553260
2000
左側は8ヶ月使っている
09:15
on the left there after eight months of use,
228
555260
2000
なじみの義手で
09:17
and on the right, it is two months.
229
557260
2000
右は2ヶ月目の義手です
09:19
He's about four or five times as fast
230
559260
3000
4~5倍のスピードで
09:22
with this simple little performance metric.
231
562260
3000
動作テストをこなしています
09:25
All right.
232
565260
2000
09:27
So one of the best parts of my job
233
567260
3000
この仕事が好きなのは
09:30
is working with really great patients
234
570260
2000
研究仲間である患者さんが
09:32
who are also our research collaborators.
235
572260
2000
同時に共同研究者だからです
09:34
And we're fortunate today
236
574260
2000
本日その一人のアマンダ・キッツが
09:36
to have Amanda Kitts come and join us.
237
576260
2000
会場に来てくれました
09:38
Please welcome Amanda Kitts.
238
578260
2000
アマンダ・キッツです
09:40
(Applause)
239
580260
7000
(拍手)
09:47
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
240
587260
3000
アマンダ どうして腕を失ったのですか?
09:50
Amanda Kitts: Sure. In 2006, I had a car accident.
241
590260
3000
2006年に交通事故に遭いました
09:53
And I was driving home from work,
242
593260
3000
仕事から帰る途中
09:56
and a truck was coming the opposite direction,
243
596260
2000
反対車線のトラックが突っ込んできて
09:58
came over into my lane,
244
598260
2000
車の前面が潰され その時
10:00
ran over the top of my car and his axle tore my arm off.
245
600260
4000
トラックの車軸に腕を巻き取られました
10:04
Todd Kuiken: Okay, so after your amputation, you healed up.
246
604260
3000
そうですか 腕を切断したあと回復したのですね
10:07
And you've got one of these conventional arms.
247
607260
2000
従来型の義手を使ったと思いますが
10:09
Can you tell us how it worked?
248
609260
3000
使い心地は如何でしたか?
10:12
AK: Well, it was a little difficult,
249
612260
2000
少し難しかったです
10:14
because all I had to work with was a bicep and a tricep.
250
614260
2000
上腕二頭筋と上腕三頭筋しか使えなくて
10:16
So for the simple little things like picking something up,
251
616260
3000
例えば何かを拾うという簡単な動作にも
10:19
I would have to bend my elbow,
252
619260
3000
まずは肘を曲げ
10:22
and then I would have to cocontract
253
622260
2000
筋を同時収縮させ
10:24
to get it to change modes.
254
624260
2000
モードを変える必要があります
10:26
When I did that,
255
626260
2000
そして
10:28
I had to use my bicep
256
628260
3000
上腕二頭筋を使って
10:31
to get the hand to close,
257
631260
2000
手を閉じて
10:33
use my tricep to get it to open,
258
633260
2000
上腕三頭筋で手を開き
10:35
cocontract again
259
635260
2000
また同時収縮させ
10:37
to get the elbow to work again.
260
637260
2000
肘をまた動かすのです
10:39
TK: So it was a little slow?
261
639260
2000
時間がかかりますか
10:41
AK: A little slow, and it was just hard to work.
262
641260
3000
少し遅いし とにかく大変なのです
10:44
You had to concentrate a whole lot.
263
644260
2000
集中力が要ります
10:46
TK: Okay, so I think about nine months later
264
646260
3000
オーケー そして9ヶ月後に
10:49
that you had the targeted reinnervation surgery,
265
649260
2000
「特定領域への神経支配再確立」手術を 受けたと思いますが
10:51
took six more months to have all the reinnervation.
266
651260
3000
神経支配が再確立するには さらに半年程かかったと思います
10:54
Then we fit her with a prosthesis.
267
654260
3000
そして改めて作った義手は
10:57
And how did that work for you?
268
657260
2000
どうでしたか?
10:59
AK: It works good.
269
659260
3000
良かったですよ
11:02
I was able to use my elbow
270
662260
4000
肘を使いながら
11:06
and my hand simultaneously.
271
666260
3000
手も一緒に動かせるし
11:09
I could work them just by my thoughts.
272
669260
2000
それも思うだけで動かせます
11:11
So I didn't have to do any of the cocontracting and all that.
273
671260
3000
同時収縮などあれこれ面倒はありません
11:14
TK: A little faster?
274
674260
2000
速くなりました?
11:16
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
275
676260
4000
少しだけ速いです ただすごく簡単で自然です
11:20
TK: Okay, this was my goal.
276
680260
3000
それを目指していたんです
11:23
For 20 years, my goal was to let somebody
277
683260
3000
20年間 私の目標は患者さんが
11:26
[be] able to use their elbow and hand in an intuitive way
278
686260
3000
肘と手を直感的に そして同時に操作できる
11:29
and at the same time.
279
689260
2000
義手の製作でした
11:31
And we now have over 50 patients around the world who have had this surgery,
280
691260
3000
そして今 50人以上がこの手術を受けました
11:34
including over a dozen of our wounded warriors
281
694260
2000
何十人もの米軍の
11:36
in the U.S. armed services.
282
696260
2000
負傷兵も含まれます
11:38
The success rate of the nerve transfers is very high.
283
698260
3000
手術の成功率は極めて高く
11:41
It's like 96 percent.
284
701260
2000
96%程成功しました
11:43
Because we're putting a big fat nerve onto a little piece of muscle.
285
703260
3000
太い神経を細い筋に移植しているからです
11:46
And it provides intuitive control.
286
706260
4000
この手術が直感的な操作を可能にします
11:50
Our functional testing, those little tests,
287
710260
2000
動作テストでは 速さと
11:52
all show that they're a lot quicker and a lot easier.
288
712260
2000
簡易性の向上が示されました
11:54
And the most important thing
289
714260
2000
そして何より
11:56
is our patients have appreciated it.
290
716260
2000
患者さんが喜んでくれました
11:58
So that was all very exciting.
291
718260
2000
これが楽しかった
12:00
But we want to do better.
292
720260
3000
しかしまだ改善したい
12:03
There's a lot of information in those nerve signals,
293
723260
4000
神経信号には多くの情報が含まれていますが
12:07
and we wanted to get more.
294
727260
2000
もっと情報を引き出したい
12:09
You can move each finger. You can move your thumb, your wrist.
295
729260
3000
指一本づつ 親指 手首を動かせます
12:12
Can we get more out of it?
296
732260
2000
しかしもっと何かできないか?
12:14
So we did some experiments
297
734260
2000
実験を行いました
12:16
where we saturated our poor patients with zillions of electrodes
298
736260
3000
患者さんに無数の電極を取り付け
12:19
and then had them try to do two dozen different tasks --
299
739260
3000
指先の動作から 何かへ腕を伸ばす
12:22
from wiggling a finger to moving a whole arm
300
742260
3000
腕全体の動作まで20あまりの動作を
12:25
to reaching for something --
301
745260
2000
試してもらい
12:27
and recorded this data.
302
747260
2000
データを集めました
12:29
And then we used some algorithms
303
749260
2000
そしてパターン認識と呼ばれる
12:31
that are a lot like speech recognition algorithms,
304
751260
2000
音声認識によく用いられる
12:33
called pattern recognition.
305
753260
2000
アルゴリズムを適用しました
12:35
See.
306
755260
2000
どうでしょう
12:37
(Laughter)
307
757260
2000
(笑)
12:39
And here you can see, on Jesse's chest,
308
759260
2000
ジェシーの胸を見れば
12:41
when he just tried to do three different things,
309
761260
2000
3つの動作に対応する
12:43
you can see three different patterns.
310
763260
2000
3つのパターンがわかります
12:45
But I can't put in an electrode
311
765260
2000
しかし電極に対し具体的な
12:47
and say, "Go there."
312
767260
2000
動作の指示はできないので
12:49
So we collaborated with our colleagues in University of New Brunswick,
313
769260
3000
ニューブランズウィック大学と共同で
12:52
came up with this algorithm control,
314
772260
2000
アマンダがこれから披露する
12:54
which Amanda can now demonstrate.
315
774260
2000
アルゴリズム制御を開発しました
12:56
AK: So I have the elbow that goes up and down.
316
776260
5000
まず肘を上下に動かすことができます
13:01
I have the wrist rotation
317
781260
2000
手首も回せるし
13:03
that goes -- and it can go all the way around.
318
783260
3000
しかもグルットとも回ります
13:06
And I have the wrist flexion and extension.
319
786260
4000
手首も屈伸します
13:10
And I also have the hand closed and open.
320
790260
3000
手の開閉もできます
13:13
TK: Thank you, Amanda.
321
793260
2000
ありがとう アマンダ
13:15
Now this is a research arm,
322
795260
2000
これは実験段階の義手ですが
13:17
but it's made out of commercial components from here down
323
797260
3000
ここから下は市販の部品でできています
13:20
and a few that I've borrowed from around the world.
324
800260
3000
残りの部品は世界中から借りてきました
13:23
It's about seven pounds,
325
803260
3000
3 kg程の重さです
13:26
which is probably about what my arm would weigh
326
806260
2000
私の腕を切り落としたら きっと
13:28
if I lost it right here.
327
808260
2000
そのくらいの重さです
13:30
Obviously, that's heavy for Amanda.
328
810260
3000
アマンダにはちょっと重いはずです
13:33
And in fact, it feels even heavier,
329
813260
2000
しっかり取り付けていない義手なので
13:35
because it's not glued on the same.
330
815260
2000
余計重く感じます
13:37
She's carrying all the weight through harnesses.
331
817260
2000
装着具でつけた腕ですからね
13:39
So the exciting part isn't so much the mechatronics,
332
819260
3000
つまりメカトロニクス部分は 胸躍るようなものではありませんが
13:42
but the control.
333
822260
2000
制御が素晴らしいのです
13:44
So we've developed a small microcomputer
334
824260
3000
我々は小型のマイコンを開発しました
13:47
that is blinking somewhere behind her back
335
827260
3000
アマンダの首の後ろでチカチカしながら
13:50
and is operating this
336
830260
2000
彼女がそれぞれの筋肉からの
13:52
all by the way she trains it
337
832260
2000
信号パターンを使って 訓練に従って
13:54
to use her individual muscle signals.
338
834260
2000
動作しているのです
13:56
So Amanda, when you first started using this arm,
339
836260
2000
アマンダ この義手を使い始めた時
13:58
how long did it take to use it?
340
838260
3000
慣れるまでどのくらいかかりました?
14:01
AK: It took just about probably three to four hours
341
841260
2000
自分に適応させるまでに3-4時間といった
14:03
to get it to train.
342
843260
2000
そんなところです
14:05
I had to hook it up to a computer,
343
845260
2000
その間はコンピュータの側を
14:07
so I couldn't just train it anywhere.
344
847260
2000
離れることはできず
14:09
So if it stopped working, I just had to take it off.
345
849260
3000
コンピューターが止まったら 外さなければいけません
14:12
So now it's able to train
346
852260
2000
今は背中の
14:14
with just this little piece on the back.
347
854260
2000
小さな装置で同じことができ
14:16
I can wear it around.
348
856260
2000
いつでもつけていられます
14:18
If it stops working for some reason, I can retrain it.
349
858260
3000
何かの理由で働かなくなっても もう一度訓練して
14:21
Takes about a minute.
350
861260
2000
今度は1分程しかかかりません
14:23
TK: So we're really excited,
351
863260
2000
つまり臨床的に使えるものを
14:25
because now we're getting to a clinically practical device.
352
865260
3000
開発できて 我々はとても興奮しています
14:28
And that's where our goal is --
353
868260
2000
実用に足るような そんな機器を
14:30
to have something clinically pragmatic to wear.
354
870260
4000
作るのが我々の望むことだったからです
14:34
We've also had Amanda able to use
355
874260
3000
アマンダにはもっと進んだ
14:37
some of our more advanced arms that I showed you earlier.
356
877260
3000
義手も使ってもらいました
14:41
Here's Amanda using an arm made by DEKA Research Corporation.
357
881260
3000
これはDEKA社の義手です
14:44
And I believe Dean Kamen presented it at TED a few years ago.
358
884260
4000
ディーン・カーメンが 数年前TEDでデモを行ったものです
14:48
So Amanda, you can see,
359
888260
2000
とてもスムーズに
14:50
has really good control.
360
890260
2000
制御できています
14:52
It's all the pattern recognition.
361
892260
2000
パターン認識の成果です
14:54
And it now has a hand that can do different grasps.
362
894260
3000
違った握り方のできる義手もあります
14:57
What we do is have the patient go all the way open
363
897260
3000
患者さんに義手の手を広げてもらい
15:00
and think, "What hand grasp pattern do I want?"
364
900260
3000
「どんな握り方をしたいか」考えてもらうと
15:03
It goes into that mode,
365
903260
2000
そのモードになり これで
15:05
and then you can do up to five or six different hand grasps with this hand.
366
905260
2000
5〜6種の握り方ができます
15:07
Amanda, how many were you able to do with the DEKA arm?
367
907260
3000
アマンダ いくつの握り方ができますか?
15:10
AK: I was able to get four.
368
910260
2000
4つです
15:12
I had the key grip, I had a chuck grip,
369
912260
3000
キーグリップ、チャックグリップ
15:15
I had a power grasp
370
915260
2000
強く握ること そして
15:17
and I had a fine pinch.
371
917260
2000
つまむことができます
15:19
But my favorite one was just when the hand was open,
372
919260
2000
でも手を開いているのが一番好きですね
15:21
because I work with kids,
373
921260
2000
子ども相手の仕事では
15:23
and so all the time you're clapping and singing,
374
923260
3000
手を叩いて歌うことが多いんです
15:26
so I was able to do that again, which was really good.
375
926260
3000
それがまたできるようになったのが嬉しいです
15:29
TK: That hand's not so good for clapping.
376
929260
2000
この義手は拍手向きではないようで
15:31
AK: Can't clap with this one.
377
931260
2000
難しいですね
15:33
TK: All right. So that's exciting
378
933260
2000
ありがとう
15:35
on where we may go with the better mechatronics,
379
935260
2000
メカトロニクスが進歩し
15:37
if we make them good enough
380
937260
2000
実地試験ができれば
15:39
to put out on the market and use in a field trial.
381
939260
3000
何ができるか楽しみです
15:42
I want you to watch closely.
382
942260
2000
ではこちらをご覧下さい
15:44
(Video) Claudia: Oooooh!
383
944260
2000
(オー!)
15:46
TK: That's Claudia,
384
946260
2000
この患者はクローディアといい
15:48
and that was the first time
385
948260
2000
これは彼女が初めて
15:50
she got to feel sensation through her prosthetic.
386
950260
3000
義手から感覚を得た場面です
15:53
She had a little sensor at the end of her prosthesis
387
953260
3000
義手の先端にセンサーがあり
15:56
that then she rubbed over different surfaces,
388
956260
3000
いくつかの違った表面をなでる毎に
15:59
and she could feel different textures
389
959260
2000
違った感触を感じるのです
16:01
of sandpaper, different grits, ribbon cable,
390
961260
3000
紙やすり 砂利 リボン
16:04
as it pushed on her reinnervated hand skin.
391
964260
3000
感触が 「神経支配を再確立した手」の皮膚に伝わります
16:07
She said that when she just ran it across the table,
392
967260
3000
テーブルをなでると自分の指が
16:10
it felt like her finger was rocking.
393
970260
2000
揺れ動くのを感じると言います
16:12
So that's an exciting laboratory experiment
394
972260
2000
これが皮膚感覚フィードバックの
16:14
on how to give back, potentially, some skin sensation.
395
974260
3000
可能性を示す実験となります
16:17
But here's another video that shows some of our challenges.
396
977260
3000
こちらはまた別の挑戦です
16:20
This is Jesse, and he's squeezing a foam toy.
397
980260
3000
ジェシーが泡粒玩具を握ると
16:23
And the harder he squeezes -- you see a little black thing in the middle
398
983260
3000
強く握るほど胸についた黒い小さな機器が
16:26
that's pushing on his skin proportional to how hard he squeezes.
399
986260
3000
それに比例して彼の皮膚を強く押します
16:29
But look at all the electrodes around it.
400
989260
2000
ただ多くの電極を見ればわかる通り
16:31
I've got a real estate problem.
401
991260
2000
皮膚の表面にぎっしりです
16:33
You're supposed to put a bunch of these things on there,
402
993260
2000
多くの電極を繋ぐ必要があり
16:35
but our little motor's making all kinds of noise
403
995260
3000
電極に付属するモーターは
16:38
right next to my electrodes.
404
998260
2000
とてもうるさいです
16:40
So we're really challenged on what we're doing there.
405
1000260
3000
課題は多いですが我々は挑戦を続けています
16:43
The future is bright.
406
1003260
2000
将来は明るいです
16:45
We're excited about where we are and a lot of things we want to do.
407
1005260
3000
今の技術にも 将来の技術にも希望が一杯です
16:48
So for example,
408
1008260
2000
例えばもっと
16:50
one is to get rid of my real estate problem
409
1010260
3000
皮膚表面の問題を解決して
16:53
and get better signals.
410
1013260
2000
良い信号を得ることだとか
16:55
We want to develop these little tiny capsules
411
1015260
3000
米粒のように非常に小さく
16:58
about the size of a piece of risotto
412
1018260
2000
筋肉に入れることができ
17:00
that we can put into the muscles
413
1020260
2000
EMG信号を遠隔で取得できる
17:02
and telemeter out the EMG signals,
414
1022260
3000
カプセルを開発し 煩わしい配線などに
17:05
so that it's not worrying about electrode contact.
415
1025260
3000
気をもまない様にしたいだとか
17:08
And we can have the real estate open
416
1028260
2000
感覚のフィードバックを得るために
17:10
to try more sensation feedback.
417
1030260
2000
皮膚につけるものを減らすとか
17:12
We want to build a better arm.
418
1032260
2000
とにかく良い義手を作りたい
17:14
This arm -- they're always made for the 50th percentile male --
419
1034260
4000
この義手は平均的な男性用のサイズです
17:18
which means they're too big for five-eighths of the world.
420
1038260
4000
全人口の5/8の人間にとっては大き過ぎます
17:22
So rather than a super strong or super fast arm,
421
1042260
3000
そのため 私たちは強く 速い義手よりは
17:25
we're making an arm that is --
422
1045260
2000
ただ握り・開き
17:27
we're starting with,
423
1047260
2000
手首と肘だけは動かせる
17:29
the 25th percentile female --
424
1049260
3000
しかしサイズ的には
17:32
that will have a hand that wraps around,
425
1052260
2000
平均的な女性用のサイズより
17:34
opens all the way,
426
1054260
2000
さらに小さい
17:36
two degrees of freedom in the wrist and an elbow.
427
1056260
3000
そんな義手の開発の優先を考えています
17:39
So it'll be the smallest and lightest
428
1059260
2000
その義手は最も小さく軽く
17:41
and the smartest arm ever made.
429
1061260
2000
最も賢い義手です
17:43
Once we can do it that small,
430
1063260
2000
小さな義手を開発すれば
17:45
it's a lot easier making them bigger.
431
1065260
2000
それを大きくするのは簡単です
17:47
So those are just some of our goals.
432
1067260
3000
これらが我々の目標です
17:50
And we really appreciate you all being here today.
433
1070260
4000
今日はここに来てくださり有難うございます
17:54
I'd like to tell you a little bit about the dark side,
434
1074260
2000
最後に昨日私たちが体験した
17:56
with yesterday's theme.
435
1076260
2000
義手の難しさについてお話します
17:58
So Amanda came jet-lagged,
436
1078260
2000
時差ぼけしたアマンダが
18:00
she's using the arm,
437
1080260
2000
義手を操作すると
18:02
and everything goes wrong.
438
1082260
2000
うまくいきませんでした
18:04
There was a computer spook,
439
1084260
2000
システムが変な挙動をし
18:06
a broken wire,
440
1086260
2000
ワイヤーが切れ
18:08
a converter that sparked.
441
1088260
2000
電圧変換機がスパークし
18:10
We took out a whole circuit in the hotel
442
1090260
2000
ホテルの電気回路を全て使って
18:12
and just about put on the fire alarm.
443
1092260
2000
火災報知機が鳴りかけました
18:14
And none of those problems could I have dealt with,
444
1094260
3000
その全てに私は対処できませんでしたが
18:17
but I have a really bright research team.
445
1097260
2000
サイモン博士をはじめとする
18:19
And thankfully Dr. Annie Simon was with us
446
1099260
3000
優秀な研究チームのおかげで
18:22
and worked really hard yesterday to fix it.
447
1102260
2000
昨日の問題を処理できました
18:24
That's science.
448
1104260
2000
これが科学というものです
18:26
And fortunately, it worked today.
449
1106260
2000
幸運にも 今日は問題なく動作しました
18:28
So thank you very much.
450
1108260
2000
ありがとうございました
18:30
(Applause)
451
1110260
14000
(拍手)
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