TEDGlobal 2011
Todd Kuiken: A prosthetic arm that "feels"
Todd Kuiken : un bras prothétique qui "ressent"
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Todd Kuiken, psychiatre et ingénieur, construit un bras prothétique qui se connecte au système nerveux humain, et améliore ainsi le mouvement, le contrôle et même les sensations. Sur scène, Amanda Kitts, sa patiente, contribue à la démonstration de ce bras robotisé de prochaine génération.
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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So today, I would like to talk with you
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0
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Aujourd'hui, je voudrais vous parler
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about bionics,
1
3000
2000
de bionique,
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which is the popular term
2
5000
2000
le terme populaire
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for the science of replacing part of a living organism
3
7000
3000
pour la science qui remplace une partie d'un organisme vivant
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with a mechatronic device, or a robot.
4
10000
3000
par un appareil mécatronique, ou un robot.
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It is essentially
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13000
2000
C'est essentiellement
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the stuff of life meets machine.
6
15000
3000
la rencontre de la matière vivante et de la machine.
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And specifically, I'd like to talk with you
7
18000
2000
Je voudrais vous parler spécifiquement
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about how bionics is evolving
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20000
3000
de l'évolution de la bionique
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for people with arm amputations.
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23000
3000
pour les personnes amputées d'un bras.
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This is our motivation.
10
26000
3000
C'est ce qui nous motive.
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Arm amputation causes a huge disability.
11
29000
3000
L'amputation du bras provoque un handicap énorme.
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I mean, the functional impairment is clear.
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32000
2000
Le handicap fonctionnel est clair.
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Our hands are amazing instruments.
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34000
2000
Nos mains sont des instruments étonnants.
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And when you lose one, far less both,
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36000
3000
Quand on en perd une, ou pire encore deux,
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it's a lot harder to do the things
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39000
2000
il est beaucoup plus difficile de faire les choses
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we physically need to do.
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2000
que nous avons besoin de faire physiquement.
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There's also a huge emotional impact.
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43000
2000
Il y a aussi un énorme impact émotionnel.
01:00
And actually, I spend as much of my time in clinic
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45000
2000
Je passe autant de temps en consultation
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dealing with the emotional adjustment of patients
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47000
3000
à gérer l'ajustement émotionnel des patients
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as with the physical disability.
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50000
2000
que leur handicap physique.
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And finally, there's a profound social impact.
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52000
3000
Finalement, il y a un impact social profond.
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We talk with our hands.
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55000
2000
Nous parlons avec nos mains.
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We greet with our hands.
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57000
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Nous saluons avec nos mains.
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And we interact with the physical world with our hands.
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59000
3000
Et nous interagissons avec le monde physique avec nos mains.
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And when they're missing,
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62000
2000
Quand on ne les a plus,
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it's a barrier.
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64000
2000
c'est une barrière.
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Arm amputation is usually caused by trauma,
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66000
3000
L'amputation du bras est en général provoquée par un traumatisme,
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with things like industrial accidents,
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69000
2000
avec des choses comme des accidents du travail,
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motor vehicle collisions
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71000
2000
des collisions de véhicules à moteurs
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or, very poignantly, war.
30
73000
2000
ou, c'est très poignant, la guerre.
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There are also some children who are born without arms,
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75000
3000
Il y a aussi des enfants nés sans bras,
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called congenital limb deficiency.
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78000
3000
ce qu'on appelle déficience congénitale au niveau des membres.
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Unfortunately, we don't do great
33
81000
2000
Malheureusement, nous ne sommes pas forts
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with upper-limb prosthetics.
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83000
2000
pour ce qui est de la prothétique des membres supérieurs.
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There are two general types.
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85000
2000
Il y a deux grands types.
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They're called body-powered prostheses,
36
87000
2000
On les appelle les prothèses classiques,
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which were invented just after the Civil War,
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89000
2000
qui ont été inventées juste après la guerre de sécession,
01:46
refined in World War I and World War II.
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91000
3000
affinées lors des deux guerres mondiales.
01:49
Here you see a patent
39
94000
2000
Vous voyez ici un brevet
01:51
for an arm in 1912.
40
96000
2000
pour un bras en 1912.
01:53
It's not a lot different
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98000
2000
La prothèse n'est pas très différente
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than the one you see on my patient.
42
100000
3000
de celle que vous voyez sur mon patient.
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They work by harnessing shoulder power.
43
103000
2000
Elles fonctionnent en s'appuyant sur la puissance de l'épaule.
02:00
So when you squish your shoulders, they pull on a bicycle cable.
44
105000
3000
Donc quand vous bougez un peu vos épaules, elle tirent sur un câble de vélo.
02:03
And that bicycle cable can open or close a hand or a hook
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108000
3000
Ce câble de vélo peut ouvrir ou fermer une main ou un crochet
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or bend an elbow.
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111000
2000
ou plier un coude.
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And we still use them commonly,
47
113000
2000
Nous les employons encore couramment,
02:10
because they're very robust
48
115000
2000
parce que ce sont des appareils très solides
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and relatively simple devices.
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117000
2000
et relativement simples.
02:14
The state of the art
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119000
2000
Le dernier cri
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is what we call myoelectric prostheses.
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121000
2000
est ce qu'on appelle les prothèses myoélectriques.
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These are motorized devices
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123000
2000
Ce sont des appareils motorisés
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that are controlled
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125000
2000
qui sont contrôlés
02:22
by little electrical signals from your muscle.
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127000
2000
par de petits signaux électriques envoyés par votre muscle.
02:24
Every time you contract a muscle,
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129000
2000
Chaque fois que vous contractez un muscle,
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it emits a little electricity
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131000
2000
il émet un peu d'électricité
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that you can record with antennae or electrodes
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133000
2000
qu'on peut enregistrer avec des antennes ou des électrodes
02:30
and use that to operate the motorized prosthesis.
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135000
3000
et qu'on peut utiliser pour faire fonctionner la prothèse motorisée.
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They work pretty well
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138000
2000
Ils fonctionnent assez bien
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for people who have just lost their hand,
60
140000
2000
pour les gens qui viennent juste de perdre leur main,
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because your hand muscles are still there.
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142000
2000
parce que les muscles de la main sont toujours là.
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You squeeze your hand, these muscles contract.
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144000
2000
Vous serrez la main, ces muscles se contractent.
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You open it, these muscles contract.
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146000
2000
Vous l'ouvrez, ces muscles se contractent.
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So it's intuitive, and it works pretty well.
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148000
3000
C'est donc intuitif, et ça fonctionne assez bien.
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Well how about with higher levels of amputation?
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151000
2000
Qu'en est-il de niveaux d'amputation plus élevés?
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Now you've lost your arm above the elbow.
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153000
2000
Vous avez perdu un bras juste au-dessus du coude.
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You're missing not only these muscles,
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155000
2000
il vous manque non seulement ces muscles,
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but your hand and your elbow too.
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157000
2000
mais aussi la main et le coude.
02:54
What do you do?
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159000
2000
Que faites-vous?
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Well our patients have to use
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161000
2000
Nos patients doivent utiliser
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very code-y systems
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163000
3000
des systèmes très codifiés
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of using just their arm muscles
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166000
2000
pour n'employer que les muscles des bras
03:03
to operate robotic limbs.
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168000
3000
pour faire fonctionner les membres robotisés.
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We have robotic limbs.
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171000
2000
Nous avons des membres robotisés.
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There are several available on the market, and here you see a few.
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173000
3000
Il y en a plusieurs sur le marché, et vous en voyez quelques-uns ici.
03:11
They contain just a hand that will open and close,
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176000
3000
Ils comportent simplement une main qui s'ouvre et se ferme,
03:14
a wrist rotator and an elbow.
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179000
2000
un poignet qui tourne et un coude.
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There's no other functions.
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181000
2000
Il n'y a pas d'autres fonctions.
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If they did, how would we tell them what to do?
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183000
2000
Si c'était le cas, comment leur dirions-nous quoi faire?
03:20
We built our own arm at the Rehab Institute of Chicago
80
185000
3000
Nous avons construit notre propre bras à l'Institut de Rééducation de Chicago (RIC)
03:23
where we've added some wrist flexion and shoulder joints
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188000
3000
et nous avons ajouté la flexion du poignet et des articulations d'épaule
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to get up to six motors, or six degrees of freedom.
82
191000
3000
pour monter à 6 moteurs, ou 6 degrés de liberté.
03:29
And we've had the opportunity to work with some very advanced arms
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194000
3000
Nous avons eu l'occasion de travailler avec des bras très avancés
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that were funded by the U.S. military, using these prototypes,
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197000
3000
qui étaient financés par l'armée des Etats-Unis, en utilisant ces prototypes,
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that had up to 10 different degrees of freedom
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200000
3000
qui avaient jusqu'à 10 degrés différentes de liberté
03:38
including movable hands.
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203000
2000
y compris des mains mobiles.
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But at the end of the day,
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205000
2000
Mais en fin de compte,
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how do we tell these robotic arms what to do?
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207000
2000
comment dire à ces bras robotisés ce qu'ils doivent faire?
03:44
How do we control them?
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209000
2000
Comment les contrôlons-nous?
03:46
Well we need a neural interface,
90
211000
2000
Il nous faut une interface neutre,
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a way to connect to our nervous system
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213000
2000
un moyen d'établir la connexion avec notre système nerveux
03:50
or our thought processes
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215000
2000
ou nos processus de pensée
03:52
so that it's intuitive, it's natural,
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217000
2000
pour que ce soit intuitif, naturel,
03:54
like for you and I.
94
219000
4000
comme pour vous et moi.
03:58
Well the body works by starting a motor command in your brain,
95
223000
3000
Le corps fonctionne en lançant une commande motrice dans votre cerveau,
04:01
going down your spinal cord,
96
226000
2000
qui descend le long de votre moelle épinière,
04:03
out the nerves and to your periphery.
97
228000
2000
jusqu'aux nerfs et à votre périphérie.
04:05
And your sensation's the exact opposite.
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230000
2000
Ce que vous ressentez est exactement le contraire.
04:07
You touch yourself, there's a stimulus
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232000
2000
Vous vous touchez, il y a un stimulus
04:09
that comes up those very same nerves back up to your brain.
100
234000
3000
qui remonte le long de ces mêmes nerfs jusqu'au cerveau.
04:13
When you lose your arm, that nervous system still works.
101
238000
3000
Quand vous perdez un bras, ce système nerveux fonctionne toujours.
04:16
Those nerves can put out command signals.
102
241000
3000
Ces nerfs peuvent émettre des signaux de commande.
04:19
And if I tap the nerve ending
103
244000
2000
Si je sollicite la terminaison nerveuse
04:21
on a World War II vet,
104
246000
2000
d'un vétéran de la deuxième guerre mondiale,
04:23
he'll still feel his missing hand.
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248000
2000
il sentira toujours sa main manquante.
04:25
So you might say,
106
250000
2000
Alors vous pourriez dire,
04:27
let's go to the brain
107
252000
2000
allons au cerveau
04:29
and put something in the brain to record signals,
108
254000
3000
et mettons quelque chose dans le cerveau pour enregistrer ces signaux,
04:32
or in the end of the peripheral nerve and record them there.
109
257000
3000
ou au bout des nerfs périphériques et enregistrons-les là.
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And these are very exciting research areas,
110
260000
3000
Ce sont des domaines de recherches très excitants,
04:38
but it's really, really hard.
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263000
2000
mais c'est vraiment très difficile.
04:40
You have to put in
112
265000
2000
Vous devez mettre
04:42
hundreds of microscopic wires
113
267000
2000
des centaines de câbles microscopiques
04:44
to record from little tiny individual neurons -- ordinary fibers
114
269000
4000
pour enregistrer depuis de minuscules neurones individuels, des fibres ordinaires
04:48
that put out tiny signals
115
273000
2000
qui émettent de minuscules signaux,
04:50
that are microvolts.
116
275000
2000
des microvolts.
04:52
And it's just too hard
117
277000
2000
C'est tout bonnement trop difficile
04:54
to use now and for my patients today.
118
279000
2000
à employer pour mes patients aujourd'hui.
04:56
So we developed a different approach.
119
281000
3000
Alors nous avons développé une approche différente.
04:59
We're using a biological amplifier
120
284000
3000
Nous utilisons un amplificateur biologique
05:02
to amplify these nerve signals -- muscles.
121
287000
3000
pour amplifier ces signaux nerveux, les muscles.
05:05
Muscles will amplify the nerve signals
122
290000
2000
Les muscles vont amplifier les signaux nerveux
05:07
about a thousand-fold,
123
292000
2000
environ un millier de fois,
05:09
so that we can record them from on top of the skin,
124
294000
3000
pour que nous puissions les enregistrer par dessus la peau,
05:12
like you saw earlier.
125
297000
2000
comme vous l'avez vu plus tôt.
05:14
So our approach is something we call targeted reinnervation.
126
299000
3000
Notre approche est donc ce que nous appelons la réinnervation sélective.
05:17
Imagine, with somebody who's lost their whole arm,
127
302000
3000
Imaginez, avec quelqu'un qui a perdu tout son bras,
05:20
we still have four major nerves
128
305000
2000
nous avons encore quatre nerfs principaux
05:22
that go down your arm.
129
307000
2000
qui descendent le long du bras.
05:24
And we take the nerve away from your chest muscle
130
309000
3000
Nous enlevons le nerf du muscle de votre poitrine
05:27
and let these nerves grow into it.
131
312000
3000
et laissons ces nerfs y pousser.
05:30
Now you think, "Close hand," and a little section of your chest contracts.
132
315000
3000
Vous pensez, "Fermer la main", et une petite section de votre poitrine se contracte.
05:33
You think, "Bend elbow,"
133
318000
2000
Vous pensez, "Plier le coude",
05:35
a different section contracts.
134
320000
2000
une section différente se contracte.
05:37
And we can use electrodes or antennae
135
322000
2000
Nous pouvons utiliser des électrodes ou des antennes
05:39
to pick that up and tell the arm to move.
136
324000
3000
pour capter ça et dire au bras de bouger.
05:42
That's the idea.
137
327000
2000
Voilà l'idée.
05:44
So this is the first man that we tried it on.
138
329000
3000
Alors voici le premier homme sur qui nous l'avons essayé.
05:47
His name is Jesse Sullivan.
139
332000
2000
Il s'appelle Jesse Sullivan.
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He's just a saint of a man --
140
334000
2000
C'est un saint,
05:51
54-year-old lineman who touched the wrong wire
141
336000
2000
un poseur de lignes électriques de 54 ans qui a touché le mauvais câble
05:53
and had both of his arms burnt so badly
142
338000
3000
et a eu les deux bras tellement brûlés
05:56
they had to be amputated at the shoulder.
143
341000
2000
qu'il a fallu l'amputer au niveau de l'épaule.
05:58
Jesse came to us at the RIC
144
343000
2000
Jesse est venu au RIC
06:00
to be fit with these state-of-the-art devices, and here you see them.
145
345000
3000
pour se faire poser ces appareils dernier cri et vous les voyez ici.
06:03
I'm still using that old technology
146
348000
3000
J'emploie toujours cette vieille technologie
06:06
with a bicycle cable on his right side.
147
351000
2000
avec un câble de vélo sur son côté droit.
06:08
And he picks which joint he wants to move with those chin switches.
148
353000
3000
Il sélectionne l'articulation qu'il veut bouger avec ces interrupteurs au menton.
06:11
On the left side he's got a modern motorized prosthesis
149
356000
3000
Sur le côté gauche, il a une prothèse motorisée moderne
06:14
with those three joints,
150
359000
2000
avec ces trois articulations,
06:16
and he operates little pads in his shoulder
151
361000
3000
et il fait fonctionner de petits pavés sur son épaule
06:19
that he touches to make the arm go.
152
364000
2000
qu'il touche pour faire bouger le bras.
06:21
And Jesse's a good crane operator,
153
366000
2000
Jesse est un bon opérateur de grue,
06:23
and he did okay by our standards.
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368000
2000
et il s'en est bien sorti selon nos critères.
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He also required a revision surgery on his chest.
155
370000
3000
Il lui fallait une opération chirurgicale de révision sur sa poitrine.
06:28
And that gave us the opportunity
156
373000
2000
Cela nous a donné la possibilité
06:30
to do targeted reinnervation.
157
375000
2000
de faire une réinnervation ciblée.
06:32
So my colleague, Dr. Greg Dumanian, did the surgery.
158
377000
3000
Mon collègue, le docteur Greg Dumanian a pratiqué l'opération
06:35
First, we cut away the nerve to his own muscle,
159
380000
3000
D'abord, nous avons coupé le nerf de son propre muscle,
06:38
then we took the arm nerves
160
383000
2000
puis nous avons pris les nerfs des bras
06:40
and just kind of had them shift down onto his chest
161
385000
2000
et les avons en quelque sorte basculés sur sa poitrine
06:42
and closed him up.
162
387000
2000
et nous l'avons refermé.
06:44
And after about three months,
163
389000
2000
Au bout de trois mois environ,
06:46
the nerves grew in a little bit and we could get a twitch.
164
391000
2000
les nerfs ont poussé un petit peu et nous avons pu obtenir un petit soubresaut.
06:48
And after six months, the nerves grew in well,
165
393000
3000
Au bout de 6 mois, les nerfs poussaient bien,
06:51
and you could see strong contractions.
166
396000
2000
et on pouvait voir de fortes contractions.
06:53
And this is what it looks like.
167
398000
2000
Voilà à quoi ça ressemble.
06:55
This is what happens when Jesse thinks
168
400000
2000
Voilà ce qui se passe quand Jesse pense
06:57
open and close his hand,
169
402000
2000
à ouvrir et fermer sa main,
06:59
or bend or straighten your elbow.
170
404000
3000
ou à plier ou étendre son coude.
07:02
You can see the movements on his chest,
171
407000
2000
Vous pouvez voir les mouvements sur sa poitrine,
07:04
and those little hash marks
172
409000
2000
et ces petites marques
07:06
are where we put our antennae, or electrodes.
173
411000
2000
se trouvent là où nous avons implanté nos antennes, nos électrodes.
07:08
And I challenge anybody in the room
174
413000
2000
Je mets quiconque dans cette salle au défi
07:10
to make their chest go like this.
175
415000
2000
de faire faire ça à sa poitrine.
07:12
His brain is thinking about his arm.
176
417000
2000
Son cerveau pense à son bras.
07:14
He has not learned how to do this with the chest.
177
419000
3000
Il n'a pas appris comment faire ça avec la poitrine.
07:17
There is not a learning process.
178
422000
2000
Il n'y a pas de processus d'apprentissage.
07:19
That's why it's intuitive.
179
424000
2000
C'est pour ça que c'est intuitif.
07:21
So here's Jesse in our first little test with him.
180
426000
3000
Voici donc Jesse lors de notre premier petit test.
07:24
On the left-hand side, you see his original prosthesis,
181
429000
3000
A gauche, vous voyez sa prothèse originale,
07:27
and he's using those switches
182
432000
2000
et il utilise ces interrupteurs
07:29
to move little blocks from one box to the other.
183
434000
2000
pour déplacer de petits blocs d'une boite à l'autre.
07:31
He's had that arm for about 20 months, so he's pretty good with it.
184
436000
3000
Il a ce bras depuis 20 mois environ, donc il y arrive assez bien.
07:34
On the right side,
185
439000
2000
A droite,
07:36
two months after we fit him with his targeted reinnervation prosthesis --
186
441000
3000
deux mois après qu'on lui ai posé sa prothèse à réinnervation ciblée,
07:39
which, by the way, is the same physical arm,
187
444000
3000
qui d'ailleurs est le même bras physique,
07:42
just programmed a little different --
188
447000
2000
juste programmé un peu différemment,
07:44
you can see that he's much faster
189
449000
2000
vous pouvez voir qu'il est beaucoup plus rapide
07:46
and much smoother as he moves these little blocks.
190
451000
3000
et bien plus souple quand il déplace ces petits blocs.
07:49
And we're only able to use three of the signals at this time.
191
454000
3000
Nous sommes seulement capables d'utiliser trois des signaux à la fois.
07:52
Then we had one of those little surprises in science.
192
457000
5000
Puis nous avons eu une de ces petites surprises comme la science en réserve.
07:57
So we're all motivated to get motor commands
193
462000
2000
Nous sommes tous motivés pour obtenir des commandes motrices
07:59
to drive robotic arms.
194
464000
2000
pour piloter des bras robotisés.
08:01
And after a few months,
195
466000
2000
Après quelques mois,
08:03
you touch Jesse on his chest,
196
468000
2000
vous touchez Jesse sur la poitrine,
08:05
and he felt his missing hand.
197
470000
3000
et il sentait sa main manquante.
08:08
His hand sensation grew into his chest again
198
473000
2000
La sensation de sa main a de nouveau grandi dans sa poitrine
08:10
probably because we had also taken away a lot of fat,
199
475000
3000
probablement parce que nous avions aussi enlevé beaucoup de graisse,
08:13
so the skin was right down to the muscle
200
478000
2000
alors la peau était directement sur le muscle
08:15
and deinnervated, if you would, his skin.
201
480000
2000
et nous avions désinervé, si vous voulez, sa peau.
08:17
So you touch Jesse here, he feels his thumb;
202
482000
2000
Alors vous touchez Jesse ici, il sent son pouce ;
08:19
you touch it here, he feels his pinky.
203
484000
2000
vous touchez ici, il sent son petit doigt.
08:21
He feels light touch
204
486000
2000
Il sent un toucher léger
08:23
down to one gram of force.
205
488000
2000
jusqu'à un gramme force.
08:25
He feels hot, cold, sharp, dull,
206
490000
3000
Il ressent le chaud, le froid, ce qui est pointu ou émoussé,
08:28
all in his missing hand,
207
493000
2000
tout dans sa main manquante,
08:30
or both his hand and his chest,
208
495000
2000
ou à la fois dans sa main et sa poitrine,
08:32
but he can attend to either.
209
497000
2000
mais il peut réagir à l'une ou l'autre.
08:34
So this is really exciting for us,
210
499000
2000
C'est vraiment excitant pour nous,
08:36
because now we have a portal,
211
501000
2000
parce que maintenant nous avons un portail,
08:38
a portal, or a way to potentially give back sensation,
212
503000
4000
un portail ou une façon de rendre potentiellement la sensation,
08:42
so that he might feel what he touches
213
507000
2000
pour qu'il puisse ressentir ce qu'il touche
08:44
with his prosthetic hand.
214
509000
2000
avec sa main prothétique.
08:46
Imagine sensors in the hand
215
511000
2000
Imaginez les capteurs dans la main
08:48
coming up and pressing on this new hand skin.
216
513000
3000
qui montent et pressent sur la nouvelle peau de sa main.
08:51
So it was very exciting.
217
516000
2000
Alors c'était très excitant.
08:53
We've also gone on
218
518000
2000
Nous l'avons aussi fait
08:55
with what was initially our primary population
219
520000
2000
avec ce qui était initialement notre population
08:57
of people with above-the-elbow amputations.
220
522000
2000
d'origine avec des amputations au dessus du coude.
08:59
And here we deinnervate, or cut the nerve away,
221
524000
3000
Ici nous dénervons, ou nous coupons le nerf,
09:02
just from little segments of muscle
222
527000
2000
seulement de petits segments de muscle
09:04
and leave others alone
223
529000
2000
et en laisser d'autres
09:06
that give us our up-down signals
224
531000
2000
qui nous donnent des signaux alternatifs
09:08
and two others that will give us a hand open and close signal.
225
533000
3000
et deux autres qui nous donneront un signal de main ouverte et fermée.
09:11
This was one of our first patients, Chris.
226
536000
2000
C'était un de nos premiers patients, Chris.
09:13
You see him with his original device
227
538000
2000
Vous le voyez avec son appareillage d'origine
09:15
on the left there after eight months of use,
228
540000
2000
à gauche là après 8 mois d'utilisation,
09:17
and on the right, it is two months.
229
542000
2000
et à droite, c'est deux mois.
09:19
He's about four or five times as fast
230
544000
3000
Il est environ 4 ou 5 fois plus vite
09:22
with this simple little performance metric.
231
547000
3000
avec cette simple petite mesure de performance.
09:25
All right.
232
550000
2000
Bon.
09:27
So one of the best parts of my job
233
552000
3000
Une des meilleures parties de mon travail
09:30
is working with really great patients
234
555000
2000
est de travailler avec ces patients vraiment géniaux
09:32
who are also our research collaborators.
235
557000
2000
qui sont aussi nos collaborateurs de recherche.
09:34
And we're fortunate today
236
559000
2000
Nous avons de la chance aujourd'hui
09:36
to have Amanda Kitts come and join us.
237
561000
2000
qu'Amanda Kitts qui vienne se joindre à nous.
09:38
Please welcome Amanda Kitts.
238
563000
2000
merci d'accueillir Amanda Kitts.
09:40
(Applause)
239
565000
7000
(Applaudissements)
09:47
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
240
572000
3000
Alors Amanda, voulez-vous nous dire comment vous avez perdu votre bras?
09:50
Amanda Kitts: Sure. In 2006, I had a car accident.
241
575000
3000
Amanda Kitts : Bien sûr. En 2006, j'ai eu un accident de voiture.
09:53
And I was driving home from work,
242
578000
3000
Je revenais du travail en voiture,
09:56
and a truck was coming the opposite direction,
243
581000
2000
et un camion venant en sens opposé,
09:58
came over into my lane,
244
583000
2000
est venu sur ma voie,
10:00
ran over the top of my car and his axle tore my arm off.
245
585000
4000
a roulé sur le toit de ma voiture et son essieu m'a arraché le bras.
10:04
Todd Kuiken: Okay, so after your amputation, you healed up.
246
589000
3000
Todd Kuiken : Bon, alors après votre amputation, vous avez récupéré.
10:07
And you've got one of these conventional arms.
247
592000
2000
Vous avez eu un de ces bras conventionnels.
10:09
Can you tell us how it worked?
248
594000
3000
Pouvez-vous nous dire comment ça marchait?
10:12
AK: Well, it was a little difficult,
249
597000
2000
AK : Et bien, c'était un peu difficile,
10:14
because all I had to work with was a bicep and a tricep.
250
599000
2000
parce que tout ce que j'avais pour travailler, c'était un biceps et un triceps.
10:16
So for the simple little things like picking something up,
251
601000
3000
Alors pour des petits gestes comme ramasser quelque chose,
10:19
I would have to bend my elbow,
252
604000
3000
je devrais plier mon coude,
10:22
and then I would have to cocontract
253
607000
2000
et puis il faudrait que je cocontracte
10:24
to get it to change modes.
254
609000
2000
pour changer de mode.
10:26
When I did that,
255
611000
2000
Quand j'ai fait ça,
10:28
I had to use my bicep
256
613000
3000
il me fallait utiliser mon biceps
10:31
to get the hand to close,
257
616000
2000
pour fermer la main,
10:33
use my tricep to get it to open,
258
618000
2000
utiliser mon triceps pour l'ouvrir,
10:35
cocontract again
259
620000
2000
cocontracter encore
10:37
to get the elbow to work again.
260
622000
2000
pour faire fonctionner le coude,
10:39
TK: So it was a little slow?
261
624000
2000
TK : C'était donc un peu lent?
10:41
AK: A little slow, and it was just hard to work.
262
626000
3000
AK : Un peu lent, et un peu difficile à faire
10:44
You had to concentrate a whole lot.
263
629000
2000
Il fallait se concentrer beaucoup.
10:46
TK: Okay, so I think about nine months later
264
631000
3000
TK : Alors je pense que 9 mois plus tard
10:49
that you had the targeted reinnervation surgery,
265
634000
2000
après votre opération de réinervation ciblée,
10:51
took six more months to have all the reinnervation.
266
636000
3000
il a fallu encore 6 mois pour que toute la réinervation soit faite.
10:54
Then we fit her with a prosthesis.
267
639000
3000
Ensuite nous l'avons équipée d'une prothèse.
10:57
And how did that work for you?
268
642000
2000
Comment ça a marché pour vous?
10:59
AK: It works good.
269
644000
3000
AK : Bien.
11:02
I was able to use my elbow
270
647000
4000
J'ai pu me servi de mon coude
11:06
and my hand simultaneously.
271
651000
3000
et de ma main simultanément.
11:09
I could work them just by my thoughts.
272
654000
2000
J'ai pu les faire fonctionner par mes seules pensées.
11:11
So I didn't have to do any of the cocontracting and all that.
273
656000
3000
Pas besoin de cocontraction ni de tout ça.
11:14
TK: A little faster?
274
659000
2000
TK : Un peu plus vite?
11:16
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
275
661000
4000
AK : Un peu plus vite. et bien plus facile, plus naturel.
11:20
TK: Okay, this was my goal.
276
665000
3000
TK : C'était mon but.
11:23
For 20 years, my goal was to let somebody
277
668000
3000
Pendant 20 ans mon but a été de permettre à quelqu'un
11:26
[be] able to use their elbow and hand in an intuitive way
278
671000
3000
d'utiliser son coude est sa main de façon intuitive
11:29
and at the same time.
279
674000
2000
et en même temps.
11:31
And we now have over 50 patients around the world who have had this surgery,
280
676000
3000
Nous avons maintenant plus de 50 patients dans le monde qui ont subi cette opération,
11:34
including over a dozen of our wounded warriors
281
679000
2000
dont plus d'une douzaine de nos soldats blessés
11:36
in the U.S. armed services.
282
681000
2000
de l'armée des Etats-Unis.
11:38
The success rate of the nerve transfers is very high.
283
683000
3000
Le taux de réussite des transferts de nerfs est très élevé.
11:41
It's like 96 percent.
284
686000
2000
96%.
11:43
Because we're putting a big fat nerve onto a little piece of muscle.
285
688000
3000
Parce que nous mettons un bon gros nerfs sur un petit bout de muscle.
11:46
And it provides intuitive control.
286
691000
4000
Et ça donne un contrôle intuitif.
11:50
Our functional testing, those little tests,
287
695000
2000
Nos test fonctionnels, ces petits tests,
11:52
all show that they're a lot quicker and a lot easier.
288
697000
2000
montrent tous qu'ils sont bien plus rapides et plus faciles.
11:54
And the most important thing
289
699000
2000
Le plus important
11:56
is our patients have appreciated it.
290
701000
2000
est que nos patients l'apprécient.
11:58
So that was all very exciting.
291
703000
2000
Tout ça est donc très excitant.
12:00
But we want to do better.
292
705000
3000
Mais nous voulons faire mieux.
12:03
There's a lot of information in those nerve signals,
293
708000
4000
Il y a beaucoup d'informations dans ces signaux nerveux,
12:07
and we wanted to get more.
294
712000
2000
et nous voulions en avoir plus.
12:09
You can move each finger. You can move your thumb, your wrist.
295
714000
3000
Vous pouvez bouger chaque doigt. Vous pouvez bouger votre pouce, votre poignet.
12:12
Can we get more out of it?
296
717000
2000
Pouvons-nous en tirer plus?
12:14
So we did some experiments
297
719000
2000
Alors nous avons fait des expériences
12:16
where we saturated our poor patients with zillions of electrodes
298
721000
3000
au cours desquelles nous avons saturé nos pauvres patients d'électrodes
12:19
and then had them try to do two dozen different tasks --
299
724000
3000
et puis nous leur avons demandé de tenter d'accomplir deux douzaines de taches ;
12:22
from wiggling a finger to moving a whole arm
300
727000
3000
de tortiller un doigt jusqu'à bouger tout un bras
12:25
to reaching for something --
301
730000
2000
pour atteindre quelque chose,
12:27
and recorded this data.
302
732000
2000
et nous avons enregistré ces données.
12:29
And then we used some algorithms
303
734000
2000
Et puis nous avons utilisé des algorithmes
12:31
that are a lot like speech recognition algorithms,
304
736000
2000
qui ressemblent beaucoup aux algorithmes de reconnaissance vocale.
12:33
called pattern recognition.
305
738000
2000
et que l'on appelle reconnaissance de modèles.
12:35
See.
306
740000
2000
Voyez.
12:37
(Laughter)
307
742000
2000
(Rires)
12:39
And here you can see, on Jesse's chest,
308
744000
2000
Ici vous voyez, sur la poitrine de Jesse,
12:41
when he just tried to do three different things,
309
746000
2000
quand il essaye de faire trois choses différentes,
12:43
you can see three different patterns.
310
748000
2000
vous pouvez voir trois modèles différents.
12:45
But I can't put in an electrode
311
750000
2000
Mais je ne peux pas implanter une électrode
12:47
and say, "Go there."
312
752000
2000
et dire "Va là."
12:49
So we collaborated with our colleagues in University of New Brunswick,
313
754000
3000
Nous avons donc collaboré avec nos collègues de l’Université du New Brunswick,
12:52
came up with this algorithm control,
314
757000
2000
et nous avons trouvé cet algorithme de contrôle
12:54
which Amanda can now demonstrate.
315
759000
2000
dont Amanda fait à présent la démonstration.
12:56
AK: So I have the elbow that goes up and down.
316
761000
5000
AK : Mon coude monte et descend.
13:01
I have the wrist rotation
317
766000
2000
J'ai la rotation du poignet
13:03
that goes -- and it can go all the way around.
318
768000
3000
et elle est complète.
13:06
And I have the wrist flexion and extension.
319
771000
4000
J'ai la flexion et l'extension du poignet.
13:10
And I also have the hand closed and open.
320
775000
3000
Je ferme et j'ouvre la main.
13:13
TK: Thank you, Amanda.
321
778000
2000
TK : Merci Amanda.
13:15
Now this is a research arm,
322
780000
2000
Ce bras est un prototype,
13:17
but it's made out of commercial components from here down
323
782000
3000
mais il est constitué de composants du commerce local
13:20
and a few that I've borrowed from around the world.
324
785000
3000
et de quelques autres que j'ai empruntés dans le monde entier.
13:23
It's about seven pounds,
325
788000
3000
Il pèse environ 3,5 kg,
13:26
which is probably about what my arm would weigh
326
791000
2000
probablement ce que pèserait mon bras
13:28
if I lost it right here.
327
793000
2000
si je le perdais là tout de suite.
13:30
Obviously, that's heavy for Amanda.
328
795000
3000
Il est évident que c'est lourd pour Amanda.
13:33
And in fact, it feels even heavier,
329
798000
2000
En fait il semble encore plus lourd,
13:35
because it's not glued on the same.
330
800000
2000
parce qu'il n'est pas collé au corps de la même façon.
13:37
She's carrying all the weight through harnesses.
331
802000
2000
Elle porte tout le poids par le biais de harnais.
13:39
So the exciting part isn't so much the mechatronics,
332
804000
3000
Le côté enthousiasmant n'est pas tant la mécatronique,
13:42
but the control.
333
807000
2000
mais le contrôle.
13:44
So we've developed a small microcomputer
334
809000
3000
Nous avons développé un petit microordinateur
13:47
that is blinking somewhere behind her back
335
812000
3000
qui clignote quelque part derrière son dos
13:50
and is operating this
336
815000
2000
et qui opère ce bras
13:52
all by the way she trains it
337
817000
2000
en fonction de la façon dont elle l'entraine
13:54
to use her individual muscle signals.
338
819000
2000
à utiliser ses signaux musculaires individuels.
13:56
So Amanda, when you first started using this arm,
339
821000
2000
Amanda, quand vous avez commencé à vous servir de ce bras,
13:58
how long did it take to use it?
340
823000
3000
combien de temps ça vous a pris?
14:01
AK: It took just about probably three to four hours
341
826000
2000
AK : Probablement 3 ou 4 heures
14:03
to get it to train.
342
828000
2000
pour l'entrainer.
14:05
I had to hook it up to a computer,
343
830000
2000
J'ai dû le connecter à un ordinateur,
14:07
so I couldn't just train it anywhere.
344
832000
2000
je ne pouvais donc pas l'entrainer n'importe où.
14:09
So if it stopped working, I just had to take it off.
345
834000
3000
Alors s'il arrêtait de fonctionner, je devais l'enlever.
14:12
So now it's able to train
346
837000
2000
Maintenant il est capable de s'entrainer
14:14
with just this little piece on the back.
347
839000
2000
rien qu'avec ce petit équipement sur le dos.
14:16
I can wear it around.
348
841000
2000
Je peux le porter partout.
14:18
If it stops working for some reason, I can retrain it.
349
843000
3000
SI pour une raison ou une autre il arrête de fonctionner, je peux le ré-entrainer.
14:21
Takes about a minute.
350
846000
2000
Ça prend environ une minute.
14:23
TK: So we're really excited,
351
848000
2000
TK : Nous sommes donc très enthousiastes,
14:25
because now we're getting to a clinically practical device.
352
850000
3000
parce que nous arrivons maintenant à un appareil clinique pratique
14:28
And that's where our goal is --
353
853000
2000
Et c'est là notre but --
14:30
to have something clinically pragmatic to wear.
354
855000
4000
avoir une chose qui soit pratique à porter cliniquement.
14:34
We've also had Amanda able to use
355
859000
3000
Nous avons aussi donné à Amanda la possibilité d'utiliser
14:37
some of our more advanced arms that I showed you earlier.
356
862000
3000
certains de nos bras plus avancés que je vous ai montré précédemment.
14:41
Here's Amanda using an arm made by DEKA Research Corporation.
357
866000
3000
Amanda utilise ici un bras fabriqué par DEKA Research Corporation.
14:44
And I believe Dean Kamen presented it at TED a few years ago.
358
869000
4000
Je crois que Dean Kamen l'a présenté à TED il y a quelques années.
14:48
So Amanda, you can see,
359
873000
2000
Vous voyez qu'Amanda
14:50
has really good control.
360
875000
2000
le contrôle vraiment bien.
14:52
It's all the pattern recognition.
361
877000
2000
Il s'agit de reconnaissance de modèle.
14:54
And it now has a hand that can do different grasps.
362
879000
3000
Il a désormais une main qui peut saisir avec des pressions différentes.
14:57
What we do is have the patient go all the way open
363
882000
3000
Ce que nous faisons, c'est faire ouvrir complètement la main au patient
15:00
and think, "What hand grasp pattern do I want?"
364
885000
3000
puis qu'il pense, "Quel modèle de saisie est-ce que je veux?"
15:03
It goes into that mode,
365
888000
2000
Il passe dans ce mode,
15:05
and then you can do up to five or six different hand grasps with this hand.
366
890000
2000
et ensuite vous pouvez avoir 5 ou 6 saisies différentes avec cette main.
15:07
Amanda, how many were you able to do with the DEKA arm?
367
892000
3000
Amanda, combien avez-vous pu en faire avec le bras DEKA?
15:10
AK: I was able to get four.
368
895000
2000
AK, j'ai pu en avoir 4.
15:12
I had the key grip, I had a chuck grip,
369
897000
3000
La saisie clé, la saisie rapide,
15:15
I had a power grasp
370
900000
2000
la saisie ferme
15:17
and I had a fine pinch.
371
902000
2000
et la pincée fine.
15:19
But my favorite one was just when the hand was open,
372
904000
2000
Mais ma préférée c'était quand la main était simplement ouverte,
15:21
because I work with kids,
373
906000
2000
parce que je travaille avec des enfants,
15:23
and so all the time you're clapping and singing,
374
908000
3000
et on frappe des mains et on chante tout le temps,
15:26
so I was able to do that again, which was really good.
375
911000
3000
et donc j'ai pu faire ça de nouveau, et c'était vraiment bien.
15:29
TK: That hand's not so good for clapping.
376
914000
2000
TK : Cette main n'est pas terrible pour applaudir.
15:31
AK: Can't clap with this one.
377
916000
2000
AK : Je ne peux pas applaudir avec celle-là.
15:33
TK: All right. So that's exciting
378
918000
2000
TK : Bon. Cela laisse bien augurer
15:35
on where we may go with the better mechatronics,
379
920000
2000
de vers quoi nous pouvons aller avec une meilleure mécatronique,
15:37
if we make them good enough
380
922000
2000
si nous les réussissons assez bien
15:39
to put out on the market and use in a field trial.
381
924000
3000
pour les mettre sur le marché et faire un essai de terrain.
15:42
I want you to watch closely.
382
927000
2000
Je veux que vous regardiez attentivement.
15:44
(Video) Claudia: Oooooh!
383
929000
2000
(Vidéo) Claudia : Oooooh!
15:46
TK: That's Claudia,
384
931000
2000
TK : Voici Claudia,
15:48
and that was the first time
385
933000
2000
et c'était la première fois
15:50
she got to feel sensation through her prosthetic.
386
935000
3000
qu'elle avait une sensation de toucher avec sa prothèse.
15:53
She had a little sensor at the end of her prosthesis
387
938000
3000
Elle avait un petit capteur au bout de sa prothèse
15:56
that then she rubbed over different surfaces,
388
941000
3000
qu'elle frottait sur différentes surfaces
15:59
and she could feel different textures
389
944000
2000
et elle pouvait ressentir différentes textures
16:01
of sandpaper, different grits, ribbon cable,
390
946000
3000
de papier de verre à différentes tailles de grain, de câbles
16:04
as it pushed on her reinnervated hand skin.
391
949000
3000
lorsque ça appuyait sur la peau de sa main réinervée.
16:07
She said that when she just ran it across the table,
392
952000
3000
Elle a dit que quand elle le faisait glisser en travers de la table,
16:10
it felt like her finger was rocking.
393
955000
2000
elle avait l'impression que son doigt se balançait.
16:12
So that's an exciting laboratory experiment
394
957000
2000
C'est donc une expérience de laboratoire enthousiasmante
16:14
on how to give back, potentially, some skin sensation.
395
959000
3000
sur la manière de rendre potentiellement une certaine sensation cutanée.
16:17
But here's another video that shows some of our challenges.
396
962000
3000
Mais voici une autre vidéo qui montre certains de nos problèmes.
16:20
This is Jesse, and he's squeezing a foam toy.
397
965000
3000
Voici Jesse. Il presse un jouet en mousse.
16:23
And the harder he squeezes -- you see a little black thing in the middle
398
968000
3000
Plus il presse fermement - vous voyez le petit truc noir au milieu
16:26
that's pushing on his skin proportional to how hard he squeezes.
399
971000
3000
qui pousse contre sa peau proportionnellement à la pression qu'il exerce.
16:29
But look at all the electrodes around it.
400
974000
2000
Mais regardez toutes les électrodes autour.
16:31
I've got a real estate problem.
401
976000
2000
J'ai un problème d'encombrement.
16:33
You're supposed to put a bunch of these things on there,
402
978000
2000
On est censé mettre un tas de ces trucs à cet endroit,
16:35
but our little motor's making all kinds of noise
403
980000
3000
mais notre petit moteur fait toutes sortes de bruits
16:38
right next to my electrodes.
404
983000
2000
juste à côté de mes électrodes.
16:40
So we're really challenged on what we're doing there.
405
985000
3000
Nous avons donc ici un défi à relever.
16:43
The future is bright.
406
988000
2000
Le futur est souriant.
16:45
We're excited about where we are and a lot of things we want to do.
407
990000
3000
Nous sommes enthousiastes d'en être où nous en sommes, et de ce que nous voulons faire.
16:48
So for example,
408
993000
2000
Par exemple,
16:50
one is to get rid of my real estate problem
409
995000
3000
nous voulons entre autre nous débarrasser de mon problème d'encombrement
16:53
and get better signals.
410
998000
2000
et obtenir de meilleurs signaux.
16:55
We want to develop these little tiny capsules
411
1000000
3000
Nous voulons développer ces capsules minuscules
16:58
about the size of a piece of risotto
412
1003000
2000
d'environ la taille d'un grain de risotto
17:00
that we can put into the muscles
413
1005000
2000
pour pouvoir les implanter dans les muscles
17:02
and telemeter out the EMG signals,
414
1007000
3000
et télémétrer les signaux EMG,
17:05
so that it's not worrying about electrode contact.
415
1010000
3000
pour ne pas avoir à se préoccuper de contact d'électrode.
17:08
And we can have the real estate open
416
1013000
2000
Nous pouvons libérer de la place
17:10
to try more sensation feedback.
417
1015000
2000
pour avoir plus de retour de sensation.
17:12
We want to build a better arm.
418
1017000
2000
Nous voulons construire un bras meilleur.
17:14
This arm -- they're always made for the 50th percentile male --
419
1019000
4000
Ce bras - ils sont toujours fabriqués pour ce 50ème centile masculin -
17:18
which means they're too big for five-eighths of the world.
420
1023000
4000
ce qui signifie qu'ils sont trop gros pour les personnes d'1m70 de ce monde.
17:22
So rather than a super strong or super fast arm,
421
1027000
3000
Alors plutôt qu'un bras super fort ou super rapide,
17:25
we're making an arm that is --
422
1030000
2000
nous faisons un bras qui est,
17:27
we're starting with,
423
1032000
2000
nous n'en sommes qu'au début,
17:29
the 25th percentile female --
424
1034000
3000
le 25ème centile femelle -
17:32
that will have a hand that wraps around,
425
1037000
2000
qui aura une main qui enveloppe,
17:34
opens all the way,
426
1039000
2000
qui s'ouvre complètement,
17:36
two degrees of freedom in the wrist and an elbow.
427
1041000
3000
deux degrés de liberté dans le poignet et le coude.
17:39
So it'll be the smallest and lightest
428
1044000
2000
Ce sera donc le bras le plus petit et le plus léger
17:41
and the smartest arm ever made.
429
1046000
2000
et le plus intelligent jamais réalisé.
17:43
Once we can do it that small,
430
1048000
2000
Une fois qu'on pourra le faire aussi petit,
17:45
it's a lot easier making them bigger.
431
1050000
2000
ce sera plus facile de les faire plus gros.
17:47
So those are just some of our goals.
432
1052000
3000
Voilà donc quelques-uns de nos objectifs.
17:50
And we really appreciate you all being here today.
433
1055000
4000
Nous apprécions vraiment que vous soyez tous là aujourd'hui.
17:54
I'd like to tell you a little bit about the dark side,
434
1059000
2000
J'aimerais vous parler un peu du côté obscur,
17:56
with yesterday's theme.
435
1061000
2000
avec le thème d'hier.
17:58
So Amanda came jet-lagged,
436
1063000
2000
Amada souffre du décalage horaire,
18:00
she's using the arm,
437
1065000
2000
elle se sert de son bras,
18:02
and everything goes wrong.
438
1067000
2000
µ
18:04
There was a computer spook,
439
1069000
2000
Il y a un bug dans l'ordinateur,
18:06
a broken wire,
440
1071000
2000
un câble est cassé,
18:08
a converter that sparked.
441
1073000
2000
un convertisseur qui fait des étincelles.
18:10
We took out a whole circuit in the hotel
442
1075000
2000
Nous avons sorti tout le circuit à l'hôtel
18:12
and just about put on the fire alarm.
443
1077000
2000
et presque déclenché l'alarme incendie.
18:14
And none of those problems could I have dealt with,
444
1079000
3000
Nous n'aurions pu faire face à aucun de ces problèmes,
18:17
but I have a really bright research team.
445
1082000
2000
sauf que nous avons une équipe de recherches particulièrement brillante.
18:19
And thankfully Dr. Annie Simon was with us
446
1084000
3000
Dieu merci, le Docteur Annie Simon était avec nous
18:22
and worked really hard yesterday to fix it.
447
1087000
2000
et a vraiment travaillé dur hier pour tout réparer.
18:24
That's science.
448
1089000
2000
C'est ça la science.
18:26
And fortunately, it worked today.
449
1091000
2000
Et heureusement, ça a marché aujourd'hui.
18:28
So thank you very much.
450
1093000
2000
Merci beaucoup.
18:30
(Applause)
451
1095000
14000
(Applaudissements)
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