Placeholder Image

字幕表 動画を再生する

  • So today, I would like to talk with you

    翻訳: Tatsu Ilya 校正: Masaki Yanagishita

  • about bionics,

    本日はみなさんに

  • which is the popular term

    生体工学

  • for the science of replacing part of a living organism

    つまり身体の一部を

  • with a mechatronic device, or a robot.

    メカトロニクス機器やロボットで置き換えるという

  • It is essentially

    科学分野についてお話ししようと思います

  • the stuff of life meets machine.

    これは正に

  • And specifically, I'd like to talk with you

    生体と機械の融合です

  • about how bionics is evolving

    特に 腕を失った人の為に

  • for people with arm amputations.

    生体工学が

  • This is our motivation.

    どう進歩しているかをお話しします

  • Arm amputation causes a huge disability.

    我々の研究動機です

  • I mean, the functional impairment is clear.

    腕を失うとは大変なことです

  • Our hands are amazing instruments.

    単純な不便さは勿論でしょう

  • And when you lose one, far less both,

    手は素晴らしい道具です

  • it's a lot harder to do the things

    片手を失っただけで

  • we physically need to do.

    日常的に必要とされる

  • There's also a huge emotional impact.

    身体的行為が難しくなります

  • And actually, I spend as much of my time in clinic

    そして大きな精神的ダメージ

  • dealing with the emotional adjustment of patients

    私の診療室では 身体的不自由さと

  • as with the physical disability.

    同じくらい 精神的ダメージの治療にも

  • And finally, there's a profound social impact.

    時間をかけています

  • We talk with our hands.

    社交上の問題もあります

  • We greet with our hands.

    我々は手で話し

  • And we interact with the physical world with our hands.

    手で挨拶をし

  • And when they're missing,

    手で外界とやりとりをします

  • it's a barrier.

    手がなくなることは

  • Arm amputation is usually caused by trauma,

    障害を意味します

  • with things like industrial accidents,

    腕の切断の多くは

  • motor vehicle collisions

    工場事故や交通事故

  • or, very poignantly, war.

    そして悲しくも

  • There are also some children who are born without arms,

    戦争による外傷の結果です

  • called congenital limb deficiency.

    生まれつき腕のない子もいます

  • Unfortunately, we don't do great

    先天性四肢欠損です

  • with upper-limb prosthetics.

    残念ながら義手の製作は

  • There are two general types.

    困難を極めています

  • They're called body-powered prostheses,

    義手には2種類あります

  • which were invented just after the Civil War,

    こちらは身体操作型義手といって

  • refined in World War I and World War II.

    南北戦争直後に発明され

  • Here you see a patent

    第1・2次世界大戦中に改良されました

  • for an arm in 1912.

    これが1912年の

  • It's not a lot different

    特許申請書です

  • than the one you see on my patient.

    現在の義手と そう違いはありません

  • They work by harnessing shoulder power.

    肩の筋肉で制御するものです

  • So when you squish your shoulders, they pull on a bicycle cable.

    肩をすぼめるとケーブルが引かれ

  • And that bicycle cable can open or close a hand or a hook

    手やフックを開いたり閉じたり

  • or bend an elbow.

    肘を動かせます

  • And we still use them commonly,

    この義手は今でも使われています

  • because they're very robust

    とても頑丈で単純な構造ですからね

  • and relatively simple devices.

    最先端のものは

  • The state of the art

    筋電義手という義手です

  • is what we call myoelectric prostheses.

    筋肉からのわずかな

  • These are motorized devices

    電気信号により

  • that are controlled

    モーター駆動される義手です

  • by little electrical signals from your muscle.

    筋肉を収縮させる時

  • Every time you contract a muscle,

    わずかな電気信号が流れ

  • it emits a little electricity

    それを電極やアンテナで読み取り

  • that you can record with antennae or electrodes

    義手の操作に用いるのです

  • and use that to operate the motorized prosthesis.

    手を失ったばかりの人の場合

  • They work pretty well

    この義手をとても上手く操作します

  • for people who have just lost their hand,

    手の筋肉がまだ残っていますから

  • because your hand muscles are still there.

    手をすぼめればこの筋肉が収縮し

  • You squeeze your hand, these muscles contract.

    手をひらけばこの筋肉が収縮し

  • You open it, these muscles contract.

    直感的に上手に使うことができます

  • So it's intuitive, and it works pretty well.

    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

  • Well how about with higher levels of amputation?

    この筋肉だけでなく

  • Now you've lost your arm above the elbow.

    手と肘そのものがありません

  • You're missing not only these muscles,

    どうしましょう?

  • but your hand and your elbow too.

    そのような患者さんは

  • What do you do?

    腕の筋肉だけで

  • Well our patients have to use

    ロボット義手を動かす

  • very code-y systems

    技術を要する方法をとります

  • of using just their arm muscles

    ロボット義手ということです

  • to operate robotic limbs.

    このように様々な種類があります

  • We have robotic limbs.

    開閉する手と 回転する手首と

  • There are several available on the market, and here you see a few.

    肘があります

  • They contain just a hand that will open and close,

    機能はそれだけです

  • a wrist rotator and an elbow.

    機能を増やしても制御方法がありません

  • There's no other functions.

    そこで シカゴリハビリテーション研究所(RIC)では

  • If they did, how would we tell them what to do?

    手首の屈曲と

  • We built our own arm at the Rehab Institute of Chicago

    肩の関節を加え 6つのモーターで

  • where we've added some wrist flexion and shoulder joints

    6自由度を持つ試作品を作りました

  • to get up to six motors, or six degrees of freedom.

    さらに我々は米軍から研究費を得て開発された

  • And we've had the opportunity to work with some very advanced arms

    可動式の手を持ち

  • that were funded by the U.S. military, using these prototypes,

    最大10の自由度を持つ

  • that had up to 10 different degrees of freedom

    進歩した義手を

  • including movable hands.

    使うことができました

  • But at the end of the day,

    しかし結局どう義手に

  • how do we tell these robotic arms what to do?

    命令を伝えたものでしょうか

  • How do we control them?

    どう操作すれば良いのでしょう?

  • Well we need a neural interface,

    その為には神経系あるいは思考過程と

  • a way to connect to our nervous system

    繋ぐことで身体の一部の様に

  • or our thought processes

    直感的かつ自然に操作できる

  • so that it's intuitive, it's natural,

    神経インタフェースが

  • like for you and I.

    必要なのです

  • Well the body works by starting a motor command in your brain,

    脳から発する運動命令は

  • going down your spinal cord,

    脊髄を伝わり末梢神経をとおって

  • out the nerves and to your periphery.

    末梢に伝わります

  • And your sensation's the exact opposite.

    感覚はその反対です

  • You touch yourself, there's a stimulus

    刺激は全く同じ神経を逆に辿り

  • that comes up those very same nerves back up to your brain.

    脳に伝えます

  • When you lose your arm, that nervous system still works.

    腕を失ってもまだ神経系は働きます

  • Those nerves can put out command signals.

    まだ脳の指令を送ることができます

  • And if I tap the nerve ending

    そして退役軍人が失った

  • on a World War II vet,

    腕の端の神経を触ると

  • he'll still feel his missing hand.

    彼はまだ手を感じるのです

  • So you might say,

    それならば脳を開けて

  • let's go to the brain

    脳内に何かを埋め込み

  • and put something in the brain to record signals,

    信号を記録したり

  • or in the end of the peripheral nerve and record them there.

    あるいは末梢神経の末端で

  • And these are very exciting research areas,

    信号を記録したりしてみよう

  • but it's really, really hard.

    確かにそういう研究もありますが

  • You have to put in

    これは恐ろしく難しいのです

  • hundreds of microscopic wires

    数百の微小電極を埋め込み

  • to record from little tiny individual neurons -- ordinary fibers

    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

  • that put out tiny signals

    マイクロボルト単位の

  • that are microvolts.

    信号を読み取る

  • And it's just too hard

    必要があります

  • to use now and for my patients today.

    これは現在 技術的に

  • So we developed a different approach.

    難度が高過ぎます

  • We're using a biological amplifier

    そこで違う方法を考えました

  • to amplify these nerve signals -- muscles.

    神経信号を増幅する生体機能

  • Muscles will amplify the nerve signals

    つまり筋肉を使えば良いのです

  • about a thousand-fold,

    筋肉は神経信号を

  • so that we can record them from on top of the skin,

    数千倍に増幅するので

  • like you saw earlier.

    先程お見せしたように 皮膚の上からでも

  • So our approach is something we call targeted reinnervation.

    信号が取れます

  • Imagine, with somebody who's lost their whole arm,

    特定領域への神経支配再確立とでも言えましょう

  • we still have four major nerves

    腕を失っても

  • that go down your arm.

    (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

  • And we take the nerve away from your chest muscle

    想像してみて下さい

  • and let these nerves grow into it.

    その患者の胸筋から神経を取り除き

  • Now you think, "Close hand," and a little section of your chest contracts.

    代わりに腕の神経を埋め込みます

  • You think, "Bend elbow,"

    「手を握ろう」と考えれば胸の一部が収縮し

  • a different section contracts.

    「肘を曲げよう」と考えれば

  • And we can use electrodes or antennae

    胸の別の場所が収縮します

  • to pick that up and tell the arm to move.

    その動きを電極やアンテナで

  • That's the idea.

    読み取り義手を操作すればいい

  • So this is the first man that we tried it on.

    これが我々のアイデアです

  • His name is Jesse Sullivan.

    この義手を初めて試した患者です

  • He's just a saint of a man --

    ジェシー・サリヴァンという名で

  • 54-year-old lineman who touched the wrong wire

    とても穏やかな方です

  • and had both of his arms burnt so badly

    架線作業中に触る電線を間違え

  • they had to be amputated at the shoulder.

    両の手に重度の火傷を負い

  • Jesse came to us at the RIC

    肩から先を切断しました

  • to be fit with these state-of-the-art devices, and here you see them.

    そして最先端の義手を試すため

  • I'm still using that old technology

    RICの私たちのところにやって来ました

  • with a bicycle cable on his right side.

    右腕はケーブル操作する

  • And he picks which joint he wants to move with those chin switches.

    旧型の義手を使っています

  • On the left side he's got a modern motorized prosthesis

    動かす関節はアゴのスイッチで選びます

  • with those three joints,

    左では3つの関節を持つ

  • and he operates little pads in his shoulder

    モーター駆動の義手で

  • that he touches to make the arm go.

    肩のパッドで動かしています

  • And Jesse's a good crane operator,

    腕の操作に使うためです

  • and he did okay by our standards.

    ジェシーは操縦が上手く

  • He also required a revision surgery on his chest.

    私たちも満足でした

  • And that gave us the opportunity

    加えて彼は胸の追加手術も必要になりました

  • to do targeted reinnervation.

    これをよい機会に我々は

  • So my colleague, Dr. Greg Dumanian, did the surgery.

    特定領域への神経支配再確立手術を行いました

  • First, we cut away the nerve to his own muscle,

    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

  • then we took the arm nerves

    まず胸の神経を取り除き

  • and just kind of had them shift down onto his chest

    腕の神経を取り出し

  • and closed him up.

    それを胸に植え込んで

  • And after about three months,

    傷口を塞ぎました

  • the nerves grew in a little bit and we could get a twitch.

    3ヶ月後には神経も少し伸び

  • And after six months, the nerves grew in well,

    胸をピクピク動かせるようになり

  • and you could see strong contractions.

    6ヶ月後には神経も十分に伸びて

  • And this is what it looks like.

    強い収縮も可能になりました

  • This is what happens when Jesse thinks

    このような感じです

  • open and close his hand,

    ジェシーが手を開閉させようと思うと

  • or bend or straighten your elbow.

    この動作がおきます

  • You can see the movements on his chest,

    肘を屈曲したり伸ばそうと思うと

  • and those little hash marks

    胸がこう動きます

  • are where we put our antennae, or electrodes.

    この小さなしるしは

  • And I challenge anybody in the room

    アンテナや電極の位置です

  • to make their chest go like this.

    こんな風に胸を動かせる人が

  • His brain is thinking about his arm.

    もし会場にいれば教えてください

  • He has not learned how to do this with the chest.

    彼の脳は腕のことを考えています

  • There is not a learning process.

    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

  • That's why it's intuitive.

    学習過程はありません

  • So here's Jesse in our first little test with him.

    直感的なのです

  • On the left-hand side, you see his original prosthesis,

    これが最初の動作テストです

  • and he's using those switches

    左側は元の義手です

  • to move little blocks from one box to the other.

    スイッチを使って

  • He's had that arm for about 20 months, so he's pretty good with it.

    積み木を ひとつの箱からもう一つの箱へ移しています

  • On the right side,

    20ヶ月も使用した義手はよくなじんでいます

  • two months after we fit him with his targeted reinnervation prosthesis --

    右側は私たちの

  • which, by the way, is the same physical arm,

    「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

  • just programmed a little different --

    機器としては同じ義手で

  • you can see that he's much faster

    制御ソフトが違うだけですが

  • and much smoother as he moves these little blocks.

    動作は明らかに速く

  • And we're only able to use three of the signals at this time.

    スムーズに積み木を移しています

  • Then we had one of those little surprises in science.

    この時点で3つの信号を使っているだけです

  • So we're all motivated to get motor commands

    ここで驚くべき科学的発見がありました

  • to drive robotic arms.

    私たちはロボット義手を操作するための

  • And after a few months,

    運動指令を得ようとしていた訳ですが

  • you touch Jesse on his chest,

    数ヶ月後にジェシーの

  • and he felt his missing hand.

    胸に触れると 彼は

  • His hand sensation grew into his chest again

    失った手を感じました

  • probably because we had also taken away a lot of fat,

    手の感覚が胸に戻ったのです

  • so the skin was right down to the muscle

    手術で脂肪を取り去ったので

  • and deinnervated, if you would, his skin.

    筋肉と皮膚が近づき

  • So you touch Jesse here, he feels his thumb;

    以前あった神経支配を取り除いたのでしょう

  • you touch it here, he feels his pinky.

    ここを触れば親指を感じ

  • He feels light touch

    ここを触れば小指です

  • down to one gram of force.

    1 gほどの小さな

  • He feels hot, cold, sharp, dull,

    力でも感じます

  • all in his missing hand,

    熱さ、冷たさ、鋭さ、鈍さ

  • or both his hand and his chest,

    全てを失われた手で感じます

  • but he can attend to either.

    胸の感覚も残っていますが

  • So this is really exciting for us,

    意識できるのは一方です

  • because now we have a portal,

    これはとても面白いことです

  • a portal, or a way to potentially give back sensation,

    なぜなら これは感覚の再現に繋がる可能性があり

  • so that he might feel what he touches

    あるいは末梢神経の末端で

  • with his prosthetic hand.

    触れたものを感じる義手の製作にも

  • Imagine sensors in the hand

    繋がる可能性があるからです

  • coming up and pressing on this new hand skin.

    義手センサーからの信号が

  • So it was very exciting.

    胸の「手」に伝わればいいのです

  • We've also gone on

    これは面白い

  • with what was initially our primary population

    我々はまた 当初注目していた

  • of people with above-the-elbow amputations.

    肘から先を失った多数の患者の

  • And here we deinnervate, or cut the nerve away,

    義手についても考えました

  • just from little segments of muscle

    筋肉の一部から神経を切り離して 神経支配を除き

  • and leave others alone

    ほかの部分では神経をそのままにすると

  • that give us our up-down signals

    上下運動を伝える神経と

  • and two others that will give us a hand open and close signal.

    手の開閉を伝える神経を

  • This was one of our first patients, Chris.

    作れます

  • You see him with his original device

    彼は初期の患者のクリスです

  • on the left there after eight months of use,

    左側は8ヶ月使っている

  • and on the right, it is two months.

    なじみの義手で

  • He's about four or five times as fast

    右は2ヶ月目の義手です

  • with this simple little performance metric.

    4~5倍のスピードで

  • All right.

    動作テストをこなしています

  • So one of the best parts of my job

    この仕事が好きなのは

  • is working with really great patients

    研究仲間である患者さんが

  • who are also our research collaborators.

    同時に共同研究者だからです

  • And we're fortunate today

    本日その一人のアマンダ・キッツが

  • to have Amanda Kitts come and join us.

    会場に来てくれました

  • Please welcome Amanda Kitts.

    アマンダ・キッツです

  • (Applause)

    (拍手)

  • So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?

    アマンダ どうして腕を失ったのですか?

  • Amanda Kitts: Sure. In 2006, I had a car accident.

    2006年に交通事故に遭いました

  • And I was driving home from work,

    仕事から帰る途中