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

Tradutor: Laiza Viana Revisor: Claudia Sander

People don't realize

As pessoas não percebem

that red light and benign near-infrared light

que a luz vermelha e a benigna luz infravermelha

go right through your hand, just like this.

atravessam sua mão deste jeito.

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

Este fato pode melhorar, acelerar e baratear o sistema de saúde.

Our translucence is key here.

Nossa translucidez é a chave aqui.

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

Vou mostrar-lhes como usar esta e algumas outras chaves

to see deep inside our bodies and brains.

para ver no fundo de nossos corpos e cérebros.

OK, so first up ...

Certo, primeiro...

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

Veem este laser e o ponto que faz em minha mão?

The light goes right through my hand --

A luz atravessa a mão - se pudéssemos reduzir a luz, por favor -

if we could bring the lights down, please --

as I've already shown.

como já mostrei.

But you can no longer see that laser spot.

Mas não podem mais ver o ponto do laser.

You see my hand glow.

Podem ver a minha mão brilhar.

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

Isso porque a luz se espalha, ela se dispersa.

I need you to understand what scattering is,

Preciso que entendam o que é dispersão,

so I can show you how we get rid of it

então posso mostrar-lhes como se livrar dela

and see deep inside our bodies and brains.

e ver no fundo de nossos corpos e cérebros.

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

Então, eu trouxe aqui um pedaço de frango.

(Laughter)

(Risos)

It's raw.

Está cru.

Estou colocando as luvas.

Putting on some gloves.

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

Ele tem as mesmas propriedades ópticas que a carne humana.

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

Então, aqui está o frango... coloco-o na luz.

Can you see, the light goes right through?

Veem que a luz passa direto?

I also implanted a tumor in that chicken.

Eu também implantei um tumor neste frango.

Can you see it?

Podem ver?

Audience: Yes.

Audiência: Sim.

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

Mary Lou Jepsen: Isso significa que, ao usar a luz vermelha e a infravermelha,

we can see tumors in human flesh.

podemos ver tumores na carne humana.

Mas há um porém.

But there's a catch.

When I throw another piece of chicken on it,

Quando ponho outro pedaço de frango em cima,

a luz ainda passa,

the light still goes through,

mas não podemos mais ver o tumor.

but you can no longer see the tumor.

That's because the light scatters.

Isso porque a luz se dispersa.

So we have to do something about the scatter

Então, temos que fazer algo sobre a dispersão

so we can see the tumor.

para que possamos ver o tumor.

Temos que desfazer a dispersão da luz.

We have to de-scatter the light.

So ...

Então...

A technology I spent the early part of my career on

Uma tecnologia à qual dediquei o início da minha carreira

enables de-scattering.

permite a não dispersão.

It's called holography.

É chamada de holografia.

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

E ganhou o Prêmio Nobel da física nos anos 70

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

por causa das coisas fantásticas que ela permite que façamos com a luz.

This is a hologram.

Isto é um holograma.

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

Ele captura toda a luz, todos os raios, todos os fótons

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

em todas as posições e ângulos, de forma simultânea.

It's amazing.

É incrível.

To see what we can do with holography ...

Para ver o que podemos fazer com a holografia...

Veem essas bolinhas?

You see these marbles?

Look at these marbles bouncing off of the barriers,

Vejam essas bolinhas desviando das barreiras

as an analogy to light being scattered by our bodies.

como uma analogia à luz sendo espalhada por nossos corpos.

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

À medida que as bolinhas vão para o fundo do labirinto,

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

elas estão desordenadas, dispersas e pulando por toda parte.

Se gravarmos um holograma do fundo da tela,

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

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

podemos gravar a posição e o ângulo de cada bolinha saindo do labirinto.

And then we can bring in marbles from below

E então trazê-las para cima

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

e o holograma direciona cada bolinha na posição e ângulo exatos

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

de forma que elas surgem em uma linha no topo da matriz de dispersão.

We're going to do that with this.

Faremos isso com isto.

This is optically similar to human brain.

Isto é opticamente similar ao cérebro humano.

I'm going to switch to green light now,

Agora irei mudar para a luz verde,

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

porque ela é mais brilhante aos seus olhos do que a vermelha ou infravermelha,

and I really need you to see this.

e preciso muito que vejam isso.

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

Então iremos colocar um holograma na frente deste cérebro

and make a stream of light come out of it.

e fazer um facho de luz sair dele.

Seems impossible but it isn't.

Parece impossível, mas não é.

This is the setup you're going to see.

Este é o esquema que vão ver.

Luz verde.

Green light.

Hologram here, green light going in,

Holograma aqui, luz verde funcionando,

that's our brain.

este é o nosso cérebro.

And a stream of light comes out of it.

E um facho de luz sai dele.

We just made a brain lase of densely scattering tissue.

Fizemos um cérebro funcionar como um laser de tecido densamente dispersivo.

Seems impossible, no one's done this before,

Parece impossível, ninguém fez isso antes,

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

vocês são a primeira plateia a ver isso.

(Applause)

(Aplausos)

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

Isso significa que podemos focar profundamente no tecido.

Our translucency is the first key.

Nossa translucidez é a primeira chave.

Holography enabling de-scattering is the second key

A holografia, que permite a não dispersão, é a segunda chave

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

que nos permite ver profundamente dentro dos nossos corpos e cérebros.

You're probably thinking,

Vocês provavelmente estão pensando:

"Sounds good, but what about skull and bones?

"Parece bom, mas e o crânio e os ossos?

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

Como você vai ver através do cérebro sem ver através do osso?"

Well, this is real human skull.

Bem, este é um crânio humano real.

We ordered it at skullsunlimited.com.

Pedimos na skullsunlimited.com.

(Laughter)

(Risos)

No kidding.

É sério.

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

Mas tratamos este crânio com muito respeito no laboratório e aqui no TED.

And as you can see,

E, como podem ver,

the red light goes right through it.

a luz vermelha passa através dele.

Goes through our bones.

Passa por nossos ossos.

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

Então podemos passar pelo crânio, ossos e carne com a luz vermelha.

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

Os raios gamas e raios X também fazem isso, mas causam tumores.

Red light is all around us.

A luz vermelha está por toda parte.

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

Então, ao usar isso, vou voltar aqui

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

e mostrar algo mais útil do que fazer um cérebro laser.

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

Nos desafiamos a ver o quanto poderíamos focar através do tecido cerebral.

Focusing through this brain,

Focar através deste cérebro,

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

foi um belo foco, colocamos uma câmera vazia na frente dele.

And the bare camera die ...

E a câmera vazia...

Could you turn down the spotlight?

Podem abaixar o refletor?

OK, there it is.

Certo, agora sim.

Do you see that?

Veem aquilo?

Each pixel is two-thousandths of a millimeter wide.

Cada pixel tem dois milésimos de milímetro de largura.

Two microns.

Dois mícrons.

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

Isso significa que o ponto focal - largura em meia altura -

is six to eight microns.

é de seis a oito mícrons.

To give you an idea of what that means:

Para dar-lhes uma ideia do que isso quer dizer:

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

este é o diâmetro do menor neurônio no cérebro humano.

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

Isso quer dizer que podemos focar um neurônio através do crânio e cérebro.

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

Ninguém viu isso antes, estamos fazendo isso pela primeira vez aqui.

It's not impossible.

Não é impossível.

(Applause)

(Aplausos)

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

Fizemos isso com nosso sistema, foi um grande progresso.

(Laughter)

(Risos)

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

Só para dar uma ideia, não são apenas 50 bolinhas.

That's billions, trillion of photons,

São bilhões, trilhões de fótons,

all falling in line as directed by the hologram,

todos na ordem direcionada pelo holograma,

to ricochet through densely scattering brain,

para ricochetear através do cérebro densamente dispersivo,

and emerge as a focus.

e emergir como um foco.

It's pretty cool.

É muito legal!

Estamos empolgados.

We're excited about it.

This is an MRI machine.

Esta é uma máquina de ressonância magnética.

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

Custa milhões de dólares, ocupa uma sala,

many people have probably been in one.

muitos, provavelmente, estiveram em uma.

I've spent a lot of time in one.

Eu passei muito tempo em uma.

It has a focus of about a millimeter --

Tem um foco de cerca de um milímetro,

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

volumoso, comparado ao que acabei de mostrar para vocês.

Um sistema baseado em nossa tecnologia permitiria redução de custo,

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

higher resolution

aumento da resolução

and smaller medical imaging.

e diminuição do tamanho dos aparelhos de imagem.

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

Então foi isso que começamos a fazer.

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

O meu time e eu construímos um equipamento,

um equipamento de laboratório para escanear tecido.

to scan out tissue.

And here it is in action.

E aqui está ele em ação.

We wanted to see how good we could do.

Queríamos ver o quão bem poderíamos fazer.

We've built this over the last year.

Nós o construímos no ano passado.

And the result is,

E o resultado é

we're able to find tumors

que fomos capazes de encontrar tumores

in this sample --

nesta amostra:

70 millimeters deep, the light going in here,

70 milímetros de profundidade, a luz passando aqui,

half a millimeter resolution,

resolução de meio milímetro,

and that's the tumor it found.

e este foi o tumor encontrado.

You're probably looking at this,

Vocês provavelmente estão olhando pra isso

e pensando: "Parece bom, mas este é um sistema grande.

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

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

É menor do que uma máquina de ressonância magnética,

monster MRI machine,

aquela máquina monstruosa,

but can you do something to shrink it down?"

mas você pode fazer algo para reduzi-lo?"

And the answer is:

E a resposta é: é claro.

of course.

Podemos substituir cada elemento deste sistema

We can replace each big element in that system

with a smaller component --

por um componente menor,

a little integrated circuit,

um pequeno circuito integrado,

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

um chip do tamanho da unha de uma criança.

A bit about my background:

Um pouco sobre o meu histórico:

passei as duas últimas décadas inventando, desenvolvendo protótipos

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

and then shipping billions of dollars of consumer electronics --

e depois enviando bilhões de dólares de equipamentos eletrônicos,

with full custom chips --

com chips completos e personalizados,

on the hairy edge of optical physics.

no limite da física óptica.

So my team and I built the big lab rig

Então eu e meu time construímos um grande equipamento de laboratório

to perfect our architecture and test the corner cases

para aperfeiçoar nossa arquitetura e testar casos específicos

and really fine-tune our chip designs,

e realmente aperfeiçoar o projeto de nossos chips,

before spending the millions of dollars to fabricate each chip.

antes de gastar milhões de dólares para fabricar cada um deles.

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

Nossos novos chips reduzem e aceleram o sistema

e permitem o escaneamento rápido e a não dispersão da luz

and enable rapid scanning and de-scattering of light

to see deep into our bodies.

para ver profundamente dentro de nossos corpos.

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

Essa é a terceira chave

para permitir cuidados de saúde melhores, mais rápidos e mais baratos.

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

Este é um modelo de algo que pode substituir a funcionalidade

of a multimillion-dollar MRI machine

de uma máquina de ressonância magnética de milhões de dólares

into a consumer electronics price point,

pelo preço de um equipamento eletrônico,

que pode ser usado como uma faixa, no gorro ou dentro do travesseiro.

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

That's what we're building.

Isto é o que estamos construindo.

(Applause)

(Aplausos)

Oh, thanks!

Oh, obrigada!

(Aplausos)

(Applause)

Então é provável que estejam pensando:

So you're probably thinking,

"I get the light going through our bodies.

"Temos a luz que passa por nossos corpos.

I even get the holography de-scattering the light.

Também temos a holografia, que não dispersa a luz.

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

Mas como, exatamente, usamos esses novos chips para escanear?"

to do the scanning?"

Well, we have a sound approach.

Bem, temos uma abordagem de som.

No, literally -- we use sound.

Não, literalmente, usamos o som.

Here, these three discs represent the integrated circuits

Aqui, esses três discos representam os circuitos integrados que projetamos,

that we've designed,

that massively reduce the size of our current bulky system.

que reduzem drasticamente o tamanho do volumoso sistema atual.

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

Um dos pontos, um dos chips, emite um zunido sonoro,

and it focuses down,

e reduz o foco,

and then we turn red light on.

e então ligamos a luz vermelha.

And the red light that goes through that sonic spot

E a luz vermelha que passa pelo ponto sonoro

changes color slightly,

muda levemente de cor,

much like the pitch of the police car siren changes

como a sirene do carro de polícia

as it speeds past you.

quando passa rapidamente por você.

So.

Então.

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

Há outra coisa sobre a holografia que ainda não disse para vocês,

that you need to know.

que precisam saber.

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

Apenas dois feixes exatamente da mesma cor podem fazer um holograma.

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

Então, essa é a luz laranja que está saindo do ponto sonoro,

that's changed color slightly,

que mudou levemente de cor,

and we create a glowing disc of orange light

e criamos um disco brilhante de luz laranja

abaixo de um chip próximo

underneath a neighboring chip

and then record a hologram on the camera chip.

e então gravamos um holograma no chip da câmera.

Like so.

Assim.

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

A partir desse holograma, podemos extrair informação sobre o ponto sonoro,

because we filter out all of the red light.

porque filtramos toda a luz vermelha.

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

Então, opcionalmente, podemos focar a luz de volta ao cérebro

to stimulate a neuron or part of the brain.

para estimular um neurônio ou parte do cérebro.

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

E então prosseguimos e deslocamos o foco sonoro para outro ponto.

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

E dessa forma, ponto por ponto, podemos escanear o cérebro.

Our chips decode holograms

Os nossos chips decodificam hologramas

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

como Rosalind Franklin decodificou essa icônica imagem de difração de raio X

to reveal the structure of DNA for the first time.

para revelar a estrutura do DNA pela primeira vez.

We're doing that electronically with our chips,

Estamos fazendo isso de modo eletrônico com os nossos chips,

recording the image and decoding the information,

gravando a imagem e decodificando a informação,

in a millionth of a second.

em um milionésimo de segundo.

We scan fast.

Escaneamos rápido.

Our system may be extraordinary at finding blood.

O nosso sistema pode ser extraordinário em encontrar sangue.

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

E isso porque o sangue absorve a luz vermelha e infravermelha.

Blood is red.

O sangue é vermelho.

Here's a beaker of blood.

Aqui está um recipiente com sangue. Vou mostrar a vocês.

I'm going to show you.

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

Aqui está o nosso laser, passando através dele.

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

Isso realmente é um laser, você pode ver... aqui está.

In comparison to my pound of flesh,

Em comparação ao meu pedaço de carne,

where you can see the light goes everywhere.

onde vocês podem ver que a luz vai para todo lado.

So let's see that again, blood.

Então vamos ver de novo, sangue.

This is really key: blood absorbs light,

Essa realmente é chave: o sangue absorve a luz,

flesh scatters light.

a carne dispersa a luz.

This is significant,

Isso é significativo, porque cada tumor maior que um milímetro cúbico ou dois

because every tumor bigger than a cubic millimeter or two

has five times the amount of blood as normal flesh.

tem cinco vezes a quantidade de sangue que a carne normal.

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

Então, com nosso sistema, podemos pensar na detecção prematura de cânceres,

when intervention is easy,

quando a intervenção é fácil,

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

ou em rastrear o tamanho do tumor à medida que ele cresce ou diminui.

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

Nosso sistema também pode ser incrível em descobrir onde o sangue não está,

like a clogged artery,

como uma artéria entupida,

or the color change in blood

ou a mudança de cor no sangue,

as it carries oxygen versus not carrying oxygen,

quando carrega ou não oxigênio,

which is a way to measure neural activity.

que é uma forma de medir a atividade neural.

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

Há um ditado: "A luz do sol é o melhor desinfetante".

It's literally true.

É totalmente verdade.

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

Cientistas estão matando pneumonia por meio de luz dentro dos pulmões.

Our system could enable this noninvasively.

O nosso sistema poderia permitir isso de forma não invasiva.

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

Deixem-me dar mais três exemplos do que essa tecnologia pode fazer.

One: stroke.

Um: derrame.

There's two major kinds of stroke:

Há dois tipos principais de derrame:

the one caused by clogs

um causado por veias entupidas

and another caused by rupture.

e outro causado por ruptura.

Se puder determinar o tipo de derrame dentro de uma ou duas horas,

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

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

você pode dar a medicação para reduzir os danos ao cérebro.

Get the drug wrong,

Pegue o fármaco errado,

and the patient dies.

e o paciente morre.

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

Hoje, isso significa fazer uma ressonância

dentro de uma ou duas horas após um derrame.

Tomorrow, with compact, portable, inexpensive imaging,

Amanhã, com recursos de imagem compactos, portáteis e de baixo custo,

every ambulance and every clinic can decode the type of stroke

cada ambulância e cada clínica poderá decodificar o tipo de derrame

and get the right therapy on time.

e obter a terapia certa na hora.

(Applause)

(Aplausos)

Thanks.

Obrigada.

Two:

Dois:

two-thirds of humanity lacks access to medical imaging.

dois terços da humanidade não têm acesso a exames de imagem.

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

Exames de imagem compactos, portáteis e de baixo custo podem salvar muitas vidas.

And three:

E três:

brain-computer communication.

comunicação entre o cérebro e o computador.

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

Mostrei aqui no palco o nosso sistema que foca através do crânio e do cérebro

to the diameter of the smallest neuron.

até o diâmetro do menor neurônio.

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

Usando luz e som, você pode ativar ou inibir neurônios

and simultaneously, we can match spec by spec

e, de forma simultânea, podemos igualar, espectrograma por espectrograma,

a resolução de um equipamento de ressonância magnética,

the resolution of an fMRI scanner,

which measures oxygen use in the brain.

que mede o oxigênio no cérebro.

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

Fazemos isso olhando a mudança da cor no sangue,

rather than using a two-ton magnet.

em vez de usar um magneto de duas toneladas.

So you can imagine that with fMRI scanners today,

Então podem imaginar que, com as máquinas de ressonância magnética de hoje,

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

podemos decifrar palavras, imagens, sonhos das pessoas que estão sendo escaneadas.

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

Estamos trabalhando em um sistema que põe todos esses três recursos

em um mesmo sistema,

into the same system --

neural read and write with light and sound,

leitura e escrita neural com luz e som,

while simultaneously mapping oxygen use in the brain --

enquanto, de forma simultânea, mapeia o oxigênio no cérebro,

all together in a noninvasive portable

tudo em um equipamento portátil e não invasivo

that can enable brain-computer communication,

que pode permitir a comunicação cérebro-computador,

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

sem precisar de implantes, cirurgia ou cirurgia cerebral opcional.

Isso pode fazer um bem enorme

This can do enormous good

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

para os 2 bilhões de pessoas que sofrem com doença cerebral.

(Applause)

(Aplausos)

People ask me how deep we can go.

Me perguntam quão longe podemos ir.

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

E a resposta é: o corpo todo está ao alcance.

Mas aqui está uma outra forma de vê-lo.

But here's another way to look at it.

(Laughter)

(Risos)

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

Minha cabeça inteira se iluminou, querem ver novamente?

Audience: Yes!

Audiência: Sim!

(Laughter)

(Risos)

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

MLJ: Isso parece assustador, mas não é.

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

O que realmente assusta é não saber sobre o nosso corpo,

our brains and our diseases

nosso cérebro e nossas doenças

so we can effectively treat them.

para que possamos tratá-las efetivamente.

Essa tecnologia pode ajudar.

This technology can help.

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)