How we can use light to see deep inside our bodies and brains | Mary Lou Jepsen

Traducteur: Claire Ghyselen Relecteur: Guillaume Rouy

People don't realize

Les gens ne réalisent pas

that red light and benign near-infrared light

que la lumière rouge et la lumière infrarouge proche et bénigne

go right through your hand, just like this.

traversent votre main, comme ça.

This fact could enable better, faster and cheaper health care.

Cela pourrait permettre de meilleurs soins médicaux, plus rapides, et moins chers.

Our translucence is key here.

Notre translucidité est la clef ici.

I'm going to show you how we use this key and a couple of other keys

Je vais montrer comment nous utilisons cette clef et quelques autres

to see deep inside our bodies and brains.

pour observer les profondeurs de nos corps et de nos cerveaux.

OK, so first up ...

Bien, commençons...

You see this laser pointer and the spot it makes on my hand?

Vous voyez ce pointeur laser et le point qu’il fait sur ma main ?

The light goes right through my hand --

La lumière traverse ma main.

if we could bring the lights down, please --

Pouvez-vous éteindre la lumière, s’il vous plait ?

as I've already shown.

But you can no longer see that laser spot.

Mais maintenant, on ne voit plus le point du laser.

You see my hand glow.

On voit ma main qui rayonne.

That's because the light spreads out, it scatters.

C’est parce que la lumière se répand, elle se disperse.

I need you to understand what scattering is,

Vous devez bien comprendre ce qu’est la dispersion

so I can show you how we get rid of it

avant que je ne vous montre comment s’en débarrasser

and see deep inside our bodies and brains.

pour observer l'intérieur de notre corps et du cerveau.

So, I've got a piece of chicken back here.

J’ai pris un poulet.

(Laughter)

(Rires)

It's raw.

Il est cru.

Putting on some gloves.

Je mets des gants.

It's got the same optical properties as human flesh.

Le poulet possède les mêmes propriétés optiques que la chair humaine.

So, here's the chicken ... putting it on the light.

Mon poulet est prêt… Je le place sous la lumière.

Can you see, the light goes right through?

Vous voyez, la lumière le traverse.

I also implanted a tumor in that chicken.

J’ai implanté une tumeur dans ce poulet.

Can you see it?

Vous la voyez ?

Audience: Yes.

Public : Oui.

Mary Lou Jepsen: So this means, using red light and infrared light,

Mary Lou Jepsen : Ça signifie qu’avec de la lumière rouge et infra-rouge,

we can see tumors in human flesh.

on peut détecter des tumeurs dans la chair humaine.

But there's a catch.

Mais il y a un souci.

When I throw another piece of chicken on it,

Si je place un autre morceau de poulet au-dessus,

the light still goes through,

la lumière le traverse toujours,

but you can no longer see the tumor.

mais on ne peut plus voir la tumeur.

That's because the light scatters.

C’est à cause de la dispersion de la lumière.

So we have to do something about the scatter

On doit donc résoudre le souci de dispersion

so we can see the tumor.

afin d'observer la tumeur.

We have to de-scatter the light.

On doit dé-disperser la lumière.

So ...

Donc…

A technology I spent the early part of my career on

Au début de ma carrière, j’ai travaillé sur une technologie

enables de-scattering.

qui permet de dé-disperser la lumière.

It's called holography.

Ça s’appelle l’holographie.

And it won the Nobel Prize in physics in the 70s,

Cela a valu un prix Nobel de physique dans les années 70,

because of the fantastic things it enables you to do with light.

car elle permet de réaliser des choses fantastiques avec la lumière.

This is a hologram.

Voici un hologramme.

It captures all of the light, all of the rays, all of the photons

Il capte toute la lumière, tous les rayons et tous les photons

at all of the positions and all of the angles, simultaneously.

en toute position et selon tous les angles, simultanément.

It's amazing.

C'est impressionnant.

To see what we can do with holography ...

Il y a tant de chose que nous pouvons réaliser avec l’holographie.

You see these marbles?

Regardez ces billes.

Look at these marbles bouncing off of the barriers,

Observez comment elles rebondissent sur les plots.

as an analogy to light being scattered by our bodies.

C’est une analogie de la lumière qui se disperse dans notre corps.

As the marbles get to the bottom of the scattering maze,

Quand les billes arrivent en bas du labyrinthe dispersif,

they're chaotic, they're scattering and bouncing everywhere.

elles sont chaotiques, elles se répandent et rebondissent partout.

If we record a hologram at the bottom inside of the screen,

Si on enregistre un hologramme en bas, à l’intérieur de l’écran,

we can record the position and angle of each marble exiting the maze.

on peut enregistrer la position et l’angle de chaque bille qui sort du labyrinthe.

And then we can bring in marbles from below

On peut ensuite apporter des billes par le bas,

and have the hologram direct each marble to exactly the right position and angle,

et faire que l'hologramme dirige chaque bille exactement

à la bonne position et dans le bon angle

such as they emerge in a line at the top of the scatter matrix.

pour les faire émerger sur une ligne, au sommet de la matrice de diffusion.

We're going to do that with this.

On va essayer de le faire avec ceci.

This is optically similar to human brain.

Ceci est optiquement similaire au cerveau humain.

I'm going to switch to green light now,

Je passe à une lumière verte maintenant,

because green light is brighter to your eyes than red or infrared,

car la lumière verte est plus visible à vos yeux que le rouge ou l’infra-rouge,

and I really need you to see this.

et j’ai besoin que vous voyiez ça.

So we're going to put a hologram in front of this brain

On va déposer un hologramme devant ce cerveau

and make a stream of light come out of it.

et en faire sortir un rayon lumineux.

Seems impossible but it isn't.

Ça semble impossible mais ça ne l’est pas.

This is the setup you're going to see.

Voici les instruments.

Green light.

La lumière verte.

Hologram here, green light going in,

Ici, l’hologramme, la lumière qui le pénètre,

that's our brain.

et notre cerveau.

And a stream of light comes out of it.

Et voici le rayon de lumière qui en sort.

We just made a brain lase of densely scattering tissue.

Nous venons d'émettre un laser à partir de tissus extrêmement dispersifs.

Seems impossible, no one's done this before,

Ça semble impossible et personne ne l’a jamais fait avant.

you're the first public audience to ever see this.

Vous êtes les premiers à observer cela publiquement.

(Applause)

(Applaudissements)

What this means is that we can focus deep into tissue.

Ça signifie qu'on peut se concentrer très profondément dans les tissus.

Our translucency is the first key.

Notre translucidité est la première clef.

Holography enabling de-scattering is the second key

Ensuite, l’holographie de dé-dispersion est la deuxième clef,

to enable us to see deep inside of our bodies and brains.

qui nous permet de voir les tissus du corps et du cerveau en profondeur.

You're probably thinking,

Vous pensez sans doute :

"Sounds good, but what about skull and bones?

« C'est pas mal, mais qu'en est-il du crâne et des os ? »

How are you going to see through the brain without seeing through bone?"

Comment peut-on observer le cerveau si on ne peut pas traverser l’os ?

Well, this is real human skull.

Bien. Voici un vrai crâne humain.

We ordered it at skullsunlimited.com.

Nous l’avons acheté à skullsunlimited.com.

(Laughter)

(Rires)

No kidding.

Je ne plaisante pas.

But we treat this skull with great respect at our lab and here at TED.

Nous traitons ce crâne avec un profond respect dans notre labo et ici à TED.

And as you can see,

Vous le constatez,

the red light goes right through it.

la lumière rouge le traverse.

Goes through our bones.

Ça traverse nos os.

So we can go through skull and bones and flesh with just red light.

On peut donc traverser le crâne, les os et la chair avec une simple lumière rouge.

Gamma rays and X-rays do that, too, but they cause tumors.

Avec les rayons gamma et X aussi, mais ils provoquent des tumeurs.

Red light is all around us.

La lumière rouge est partout.

So, using that, I'm going to come back here

Avec ça, je reviens ici

and show you something more useful than making a brain lase.

et je vous montre une chose plus utile qu’un laser partant du cerveau.

We challenged ourselves to see how fine we could focus through brain tissue.

On s’est mis comme défi de voir

jusqu’où nous pouvions affiner notre vision des tissus du cerveau.

Focusing through this brain,

On a concentré les rayons sur le cerveau,

it was such a fine focus, we put a bare camera die in front of it.

et c'était très précis, nous avons capturé l'image.

And the bare camera die ...

Et cette image,

Could you turn down the spotlight?

Pouvez-vous éteindre la lumière ?

OK, there it is.

La voilà.

Do you see that?

Vous voyez ça ?

Each pixel is two-thousandths of a millimeter wide.

La largeur de chaque pixel est de deux millièmes de millimètre.

Two microns.

Deux microns.

That means that spot focus -- full width half max --

Le point focal est donc de 6 à 8 microns.

is six to eight microns.

To give you an idea of what that means:

Pour vous faire une idée,

that's the diameter of the smallest neuron in the human brain.

c’est équivalent au diamètre des plus petits neurones du cerveau humain.

So that means we can focus through skull and brain to a neuron.

Nous pouvons donc nous focaliser sur un neurone à travers le crâne et le cerveau.

No one has seen this before, we're doing this for the first time here.

Personne n’a encore vu cela auparavant. C’est une première pour vous.

It's not impossible.

Ce n’est pas impossible !

(Applause)

(Applaudissements)

We made it work with our system, so we've made a breakthrough.

On l’a réalisé avec notre système, donc c’est une vraie percée.

(Laughter)

(Rires)

Just to give an idea -- like, that's not just 50 marbles.

Pour donner un ordre de grandeur, on ne parle pas de 50 billes,

That's billions, trillion of photons,

mais de milliers de milliards de photons,

all falling in line as directed by the hologram,

tous bien alignés, dirigés par l’hologramme,

to ricochet through densely scattering brain,

pour ricocher à travers les tissus dispersifs du cerveau

and emerge as a focus.

et émerger de manière concentrée.

It's pretty cool.

Je trouve ça assez cool.

We're excited about it.

On est tous super excité.

This is an MRI machine.

Voici un IRM.

It's a few million dollars, it fills a room,

Ça coûte des millions, ça remplit une salle entière.

many people have probably been in one.

Beaucoup de vous ont déjà fait un IRM.

I've spent a lot of time in one.

J'ai passé du temps dans un IRM.

It has a focus of about a millimeter --

Le point focal est d'un millimètre.

kind of chunky, compared to what I just showed you.

C'est plutôt grand, par rapport à ce que je viens de montrer.

A system based on our technology could enable dramatically lower cost,

Un système basé sur notre technologie pourrait réduire grandement les coûts,

higher resolution

améliorer la résolution,

and smaller medical imaging.

avec de plus petites images médicales.

So that's what we've started to do.

C'est ce que nous avons commencé.

My team and I have built a rig, a lab rig

Avec mon équipe, nous avons construit une plateforme dans le labo

to scan out tissue.

pour scanner des tissus.

And here it is in action.

Le voici quand il fonctionne.

We wanted to see how good we could do.

On voulait vérifier la qualité du résultat.

We've built this over the last year.

On l'a construit l'année dernière.

And the result is,

Le résultat est le suivant :

we're able to find tumors

nous pouvons trouver des tumeurs

in this sample --

dans cet échantillon --

70 millimeters deep, the light going in here,

la lumière pénètre à 70 millimètres de profondeur,

half a millimeter resolution,

avec une résolution d'un demi-millimètre.

and that's the tumor it found.

Voici la tumeur qu'il a découverte.

You're probably looking at this,

En observant ça, vous pensez sans doute :

like, "Sounds good, but that's kind of a big system.

« C'est prometteur, mais il s'agit d'un équipement encombrant.

It's smaller than a honking-big MRI machine,

Certes, c'est plus compact que l'éléphantesque

monster MRI machine,

et monstrueux IRM,

but can you do something to shrink it down?"

mais n'est-il pas possible de le réduire davantage ? »

And the answer is:

Et la réponse est :

of course.

« Évidemment ! »

We can replace each big element in that system

On peut remplacer chaque gros composant du système

with a smaller component --

par un plus petit,

a little integrated circuit,

un petit circuit intégré,

a display chip the size of a child's fingernail.

une puce de la taille d'un ongle d'un enfant.

A bit about my background:

Quel est a été mon parcours ?

I've spent the last two decades inventing, prototype-developing

J'ai passé les 20 dernières années à inventer et développer des prototypes

and then shipping billions of dollars of consumer electronics --

et aussi à livrer de l'électronique grand public pour des milliards de dollars,

with full custom chips --

avec des puces totalement personnalisées,

on the hairy edge of optical physics.

à la lisière des connaissances en physique optique.

So my team and I built the big lab rig

Donc, nous avons construit cette grande plateforme

to perfect our architecture and test the corner cases

pour peaufiner notre architecture et mettre à l'épreuve les cas difficiles

and really fine-tune our chip designs,

afin de perfectionner la conception de nos puces

before spending the millions of dollars to fabricate each chip.

avant de dépenser des millions de dollars pour les fabriquer.

Our new chip inventions slim down the system, speed it up

Nos nouvelles puces ont réduit la taille du système, augmenté sa vitesse

and enable rapid scanning and de-scattering of light

et permettent de scanner et dé-disperser plus rapidement la lumière

to see deep into our bodies.

pour observer le corps en profondeur.

This is the third key to enable better, faster and cheaper health care.

C'est la troisième clef pour des soins meilleurs, plus rapides et moins chers.

This is a mock-up of something that can replace the functionality

Ceci est la maquette d'un équipement capable de remplacer les fonctions

of a multimillion-dollar MRI machine

d'une machine IRM de plusieurs millions de dollars

into a consumer electronics price point,

pour le prix d'un équipement électronique grand public.

that you could wear as a bandage, line a ski hat, put inside a pillow.

On pourrait le porter comme bandage, dans un bonnet, ou un oreiller.

That's what we're building.

C'est ce qu'on développe.

(Applause)

(Applaudissements)

Oh, thanks!

Oh, merci.

(Applause)

(Applaudissements)

So you're probably thinking,

Maintenant, vous songez probablement :

"I get the light going through our bodies.

« Je comprends que la lumière traverse le corps.

I even get the holography de-scattering the light.

Je comprends la dé-dispersion de la lumière par holographie.

But how do we use these new chip inventions, exactly,

Mais comment utiliser ces nouvelles puces

to do the scanning?"

pour réaliser les scanners ? »

Well, we have a sound approach.

Notre approche est audible.

No, literally -- we use sound.

Littéralement, car nous utilisons le son.

Here, these three discs represent the integrated circuits

Ces trois cercles noirs représentent les circuits intégrés

that we've designed,

que nous avons conçus

that massively reduce the size of our current bulky system.

et qui permettent cette réduction massive de la taille des équipements.

One of the spots, one of the chips, emits a sonic ping,

Un des cercles, une des puces, émet un ping sonique,

and it focuses down,

qui se répand vers le bas.

and then we turn red light on.

Ensuite on allume la lumière rouge.

And the red light that goes through that sonic spot

La lumière rouge qui traverse le point sonique

changes color slightly,

change légèrement de couleur,

much like the pitch of the police car siren changes

un peu comme le timbre d'une sirène de police change de ton

as it speeds past you.

quand la voiture passe près de vous.

So.

Bien.

There's this other thing about holography I haven't told you yet,

Il y a une autre chose à savoir

dont je ne vous ai pas encore parlé. Vous devez le savoir.

that you need to know.

Only two beams of exactly the same color can make a hologram.

Seuls deux rayons de précisément la même couleur peuvent créer un hologramme.

So, that's the orange light that's coming off of the sonic spot,

Donc, nous avons ici la lumière orange qui sort du point sonique,

that's changed color slightly,

dont la couleur s'est altérée,

and we create a glowing disc of orange light

et nous créons un disque brillant de lumière orange

underneath a neighboring chip

sous une puce à proximité

and then record a hologram on the camera chip.

et on enregistre un hologramme sur la puce de la caméra.

Like so.

Comme ceci.

From that hologram, we can extract information just about that sonic spot,

De cet hologramme, on extrait les données sur ce point sonique précisément

because we filter out all of the red light.

car on filtre la lumière rouge pour l'éliminer.

Then, we can optionally focus the light back down into the brain

Ensuite, on peut éventuellement focaliser la lumière sur le cerveau à nouveau

to stimulate a neuron or part of the brain.

pour stimuler un neurone ou une partie du cerveau.

And then we move on to shift the sonic focus to another spot.

Ensuite, on continue en focalisant le point sonique sur un autre endroit.

And that way, spot by spot, we scan out the brain.

C'est ainsi, point après point, que nous scannons le cerveau.

Our chips decode holograms

Nos puces décodent les hologrammes

a bit like Rosalind Franklin decoded this iconic image of X-ray diffraction

un peu comme Rosalind Franklin a décodé l'image de la diffraction des rayons X

to reveal the structure of DNA for the first time.

pour dévoiler la structure de l'ADN la toute première fois.

We're doing that electronically with our chips,

L'électronique nous permet de faire ça, avec nos puces,

recording the image and decoding the information,

d'enregistrer une image, de décoder l'information,

in a millionth of a second.

en un millionième de seconde.

We scan fast.

On scanne très vite.

Our system may be extraordinary at finding blood.

Notre système est particulièrement bon pour trouver du sang.

And that's because blood absorbs red light and infrared light.

C'est dû au fait que le sang absorbe la lumière rouge et infra-rouge.

Blood is red.

Le sang est rouge.

Here's a beaker of blood.

Voici un bécher de sang.

I'm going to show you.

Je vais vous montrer ça.

And here's our laser, going right through it.

Voici notre laser qui le traverse.

It really is a laser, you can see it on the -- there it is.

C'est vraiment un laser, on peut le voir là, le voilà.

In comparison to my pound of flesh,

Comparons avec la chair,

where you can see the light goes everywhere.

où on constate une dispersion totale de la lumière.

So let's see that again, blood.

Mais faisons-le encore à travers le sang.

This is really key: blood absorbs light,

Ceci est crucial : le sang absorbe la lumière,

flesh scatters light.

la chair la disperse.

This is significant,

C'est très important

because every tumor bigger than a cubic millimeter or two

car toutes les tumeurs plus grosses qu'un millimètre cube ou deux

has five times the amount of blood as normal flesh.

ont cinq fois plus de sang que de la chair saine.

So with our system, you can imagine detecting cancers early,

Avec notre système, il est donc aisé de détecter des cancers de manière précoce,

when intervention is easy,

quand une intervention est facile,

or tracking the size of your tumor as it grows or shrinks.

ou de suivre l'évolution d'une tumeur quand elle croît ou diminue.

Our system also should be extraordinary at finding out where blood isn't,

Notre système devait aussi être puissant pour détecter où il n'y a pas de sang,

like a clogged artery,

dans une artère bouchée,

or the color change in blood

ou le changement de couleur du sang

as it carries oxygen versus not carrying oxygen,

quand il transporte de l'oxygène, ou pas,

which is a way to measure neural activity.

qui est le moyen pour mesurer l'activité neurale.

There's a saying that "sunlight" is the best disinfectant.

On dit que la « lumière du soleil » est le meilleur désinfectant.

It's literally true.

C'est littéralement exact.

Researchers are killing pneumonia in lungs by shining light deep inside of lungs.

Certains chercheurs tuent la pneumonie

dans les poumons en y projetant de la lumière.

Our system could enable this noninvasively.

Notre système pourrait permettre cela de manière non invasive.

Let me give you three more examples of what this technology can do.

Trois autres exemples de ce que notre technologie peut accomplir.

One: stroke.

De une : les AVC.

There's two major kinds of stroke:

Il y a deux causes majeures des AVC :

the one caused by clogs

ceux causés par les caillots,

and another caused by rupture.

ceux par les ruptures.

If you can determine the type of stroke within an hour or two,

Si on détermine l'origine de l'AVC une heure ou deux après,

you can give medication to massively reduce the damage to the brain.

on peut administrer des médicaments pour réduire les dommages au cerveau.

Get the drug wrong,

Si on se trompe de traitement,

and the patient dies.

le patient meurt.

Today, that means access to an MRI scanner within an hour or two of a stroke.

Cela signifie donc qu'il faut passer l'IRM très rapidement.

Tomorrow, with compact, portable, inexpensive imaging,

Demain, avec un système d'imagerie compact, portable et bon marché,

every ambulance and every clinic can decode the type of stroke

toutes les ambulances et cliniques pourront déterminer le type d'AVC

and get the right therapy on time.

et administrer la bonne thérapie, à temps.

(Applause)

(Applaudissements)

Thanks.

Merci.

Two:

De deux,

two-thirds of humanity lacks access to medical imaging.

Deux tiers de l'humanité n'ont pas accès à l'imagerie médicale.

Compact, portable, inexpensive medical imaging can save countless lives.

Une imagerie médicale compacte, portable et bon marché peut sauver des vies.

And three:

De trois,

brain-computer communication.

la communication entre le cerveau et les ordinateurs.

I've shown here onstage our system focusing through skull and brain

Je vous ai montré le système qui traverse le crâne et le cerveau

to the diameter of the smallest neuron.

et qui se focalise sur le diamètre des plus petits neurones.

Using light and sound, you can activate or inhibit neurons,

En utilisant la lumière et le son, on peut activer ou inhiber des neurones,

and simultaneously, we can match spec by spec

et simultanément, on peut atteindre

la résolution d'un scanner IRM fonctionnel

the resolution of an fMRI scanner,

which measures oxygen use in the brain.

qui mesure l'oxygène consommé par le cerveau.

We do that by looking at the color change in the blood,

On fait cela en observant les changements de couleur dans le sang

rather than using a two-ton magnet.

plutôt qu'en utilisant un aimant de deux tonnes.

So you can imagine that with fMRI scanners today,

Imaginez donc qu'aujourd'hui, grâce aux IRM fonctionnels,

we can decode the imagined words, images and dreams of those being scanned.

on peut décoder les mots et les rêves imaginés par les personnes scannées.

We're working on a system that puts all three of these capabilities

Nous travaillons sur un système qui associe les trois fonctions

into the same system --

dans un seul instrument --

neural read and write with light and sound,

lecture et écriture neurale avec la lumière et le son,

while simultaneously mapping oxygen use in the brain --

et simultanément, une cartographie de l'oxygène dans le cerveau.

all together in a noninvasive portable

Ensemble, de manière non invasive et avec un équipement transportable

that can enable brain-computer communication,

qui permet la communication entre le cerveau et l'ordinateur.

no implants, no surgery, no optional brain surgery required.

Nul besoin d'implants, de chirurgie ou d'opération du cerveau.

Cela peut faire énormément de bien aux deux milliards de personnes

This can do enormous good

for the two billion people that suffer globally with brain disease.

qui souffrent de maladies cérébrales dans le monde.

(Applaudissements)

(Applause)

On me demande la profondeur maximale possible.

People ask me how deep we can go.

And the answer is: the whole body's in reach.

La réponse est que le corps entier est à portée de main.

Mais il y a une autre façon de voir les choses.

But here's another way to look at it.

(Laughter)

(Rires)

Ma tête vient de s'illuminer. Vous voulez revoir ça ?

My whole head just lit up, you want to see it again?

Audience: Yes!

Public : Oui !

(Rires)

(Laughter)

MLJ: This looks scary, but it's not.

MLJ : Ça a l'air effrayant mais ce ne l'est pas.

Ce qui fait vraiment peur, c'est de ne pas connaître notre corps,

What's truly scary is not knowing about our bodies,

our brains and our diseases

notre cerveau et nos maladies,

afin de les soigner efficacement.

so we can effectively treat them.

Cette technologie peut aider.

This technology can help.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)

Thank you.

Merci.

(Applause)