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

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Carolina Fidalgo

People don't realize

As pessoas não se apercebem

that red light and benign near-infrared light

de que a luz vermelha e a luz quase-infravermelha benigna

go right through your hand, just like this.

atravessam as nossas mãos, desta forma.

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

Este facto pôde proporcionar um serviço de saúde melhor, mais rápido e barato.

Our translucence is key here.

A chave aqui é a nossa translucidez.

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

Vou mostrar-vos como usamos esta e algumas outras chaves

to see deep inside our bodies and brains.

para observar o interior do corpo e do cérebro.

OK, so first up ...

OK, então primeiro...

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

Estão a ver este ponteiro "laser" e o ponto que ele projeta na minha mão?

The light goes right through my hand --

Esta luz atravessa a minha mão.

if we could bring the lights down, please --

Podem diminuir as luzes, por favor?

as I've already shown.

— conforme já demonstrei.

But you can no longer see that laser spot.

Mas já não conseguem ver aquela mancha do "laser".

You see my hand glow.

O que veem é a minha mão a brilhar.

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

Isso ocorre porque a luz espalha-se, dispersa-se.

I need you to understand what scattering is,

É preciso que compreendam o que é a dispersão,

so I can show you how we get rid of it

para eu poder mostrar como nos livramos dela

and see deep inside our bodies and brains.

e observamos o interior do corpo e do cérebro.

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

Tenho aqui um pedaço de frango.

(Laughter)

(Risos)

It's raw.

Está cru.

Putting on some gloves.

Vou calçar umas luvas.

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

Tem as mesmas propriedades óticas que a carne humana.

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

Aqui está o frango. Vou colocá-lo sobre a luz.

Can you see, the light goes right through?

Estão a ver a luz a atravessá-lo?

I also implanted a tumor in that chicken.

Eu também implantei um tumor neste frango.

Can you see it?

Estão a vê-lo?

Audience: Yes.

Audiência: Sim.

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

Mary Lou Jepsen: Isso significa que, usando luz vermelha ou luz infravermelha,

we can see tumors in human flesh.

conseguimos ver tumores na carne humana.

But there's a catch.

Mas há um problema.

When I throw another piece of chicken on it,

Quando coloco outro pedaço de frango por cima,

the light still goes through,

a luz ainda o atravessa,

but you can no longer see the tumor.

mas já não conseguimos ver o tumor.

That's because the light scatters.

Isso acontece porque a luz dispersa-se.

So we have to do something about the scatter

Então, temos de fazer qualquer coisa sobre a dispersão

so we can see the tumor.

para podermos ver o tumor.

We have to de-scatter the light.

Temos de anular a dispersão da luz.

So ...

Portanto...

A technology I spent the early part of my career on

Uma tecnologia que utilizei no início da minha carreira

enables de-scattering.

permite anular essa dispersão.

It's called holography.

Chama-se holografia.

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

Ganhou o Prémio Nobel da Física nos anos 70,

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

por causa das coisas fantásticas que permite fazermos 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

Capta toda a luz, todos os raios, todos os fotões

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

de todas as posições e de todos os ângulos, em simultâneo.

It's amazing.

É espantoso.

To see what we can do with holography ...

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

You see these marbles?

Estão a ver aqueles berlindes?

Look at these marbles bouncing off of the barriers,

Reparem naqueles berlindes a fazer ricochete nas barreiras,

as an analogy to light being scattered by our bodies.

como uma analogia da luz a dispersar-se pelo nosso corpo.

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

Os berlindes, no seu caminho até ao fundo do labirinto de dispersão,

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

movem-se de forma caótica, dispersam-se e fazem ricochete por todos os lados.

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

Se registarmos um holograma em baixo, no ecrã,

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

podemos registar a posição e o ângulo de cada berlinde que percorre o labirinto.

And then we can bring in marbles from below

Depois, podemos repetir o movimento inverso dos berlindes, de baixo para cima,

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

e fazer com que o holograma dirija cada belindre

exatamente nas mesmas posições e nos mesmos ângulos

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

até eles aparecerem numa linha, no início da matriz de difusão.

We're going to do that with this.

Vamos tentar fazer o mesmo com isto.

This is optically similar to human brain.

Isto é oticamente semelhante ao cérebro humano.

I'm going to switch to green light now,

Agora vou usar uma luz verde

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

porque a luz verde é mais visível aos nossos olhos

do que a luz vermelha ou a infravermelha

and I really need you to see this.

e eu quero que vocês vejam isto.

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

Vamos colocar um holograma diante deste cérebro

and make a stream of light come out of it.

e fazer sair de lá um raio luminoso.

Seems impossible but it isn't.

Parece impossível, mas não é.

This is the setup you're going to see.

Eis os instrumentos.

Green light.

A luz verde.

Hologram here, green light going in,

Aqui, o holograma, a luz verde a penetrá-lo,

that's our brain.

é o nosso cérebro.

And a stream of light comes out of it.

E eis o raio de luz que sai de lá.

We just made a brain lase of densely scattering tissue.

Acabamos de fazer um "laser" cerebral num tecido extremamente dispersivos.

Seems impossible, no one's done this before,

Parece impossível e nunca ninguém tinha feito isto.

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

Vocês são os primeiros a observar isto, em público.

(Applause)

(Aplausos)

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

Isto significa que podemos concentrar-nos muito profundamente nos tecidos.

Our translucency is the first key.

A nossa translucidez é a primeira chave.

Holography enabling de-scattering is the second key

De seguida, a holografia de anulação da dispersão é a segunda chave

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

que nos permite ver os tecidos do corpo e do cérebro em profundidade.

You're probably thinking,

Devem estar a pensar:

"Sounds good, but what about skull and bones?

"Nada mal, e então o crânio e os ossos?

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

"Como podemos observar o cérebro se não conseguimos atravessar o osso?"

Well, this is real human skull.

Este é um pedaço de crânio humano verdadeiro.

We ordered it at skullsunlimited.com.

Comprámo-lo em skullsunlimited.com.

(Laughter)

(Risos)

No kidding.

Não estou a brincar.

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

Tratamos este crânio com profundo respeito no nosso laboratório e aqui na TED.

And as you can see,

Podem constatar,

the red light goes right through it.

a luz vermelha atravessa-o.

Goes through our bones.

Isto atravessa os nossos ossos.

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

Podemos atravessar o crânio, os ossos e a carne com uma simples luz vermelha.

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

Com os raios gama e os raios X também, mas esses provocam tumores.

Red light is all around us.

A luz vermelha está em todo o lado, à nossa volta.

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

Com isto, eu volto aqui

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

e mostro uma coisa mais útil do que fazer um "laser" cerebral.

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

Definimos como desafio ver até onde podíamos afinar

a nossa visão dos tecidos do cérebro

Focusing through this brain,

Concentrámos os raios através do cérebro,

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

era um foco muito preciso, pusemos uma câmara em frente.

And the bare camera die ...

Essa imagem...

Could you turn down the spotlight?

Podem apagar a luz?

OK, there it is.

Ei-la.

Do you see that?

Estão a ver aquilo?

Each pixel is two-thousandths of a millimeter wide.

A largura de cada píxel é de dois milésimos de um milímetro.

Two microns.

Dois mícrons.

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

Isso significa que o ponto focal é entre 6 a 8 mícrons.

is six to eight microns.

To give you an idea of what that means:

Para fazerem uma ideia do que isso significa,

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

é equivalente ao diâmetro dos neurónios mais pequenos do cérebro humano.

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

Podemos assim focarmo-nos num neurónio através do crânio e do cérebro.

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

Nunca ninguém viu isto.

É uma estreia para vocês.

It's not impossible.

Não é impossível!

(Applause)

(Aplausos)

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

Realizámos isto com o nosso sistema, portanto é uma verdadeira descoberta.

(Laughter)

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

(Risos)

Só para vos dar uma ideia: não se trata de 50 berlindes,

That's billions, trillion of photons,

são milhares de milhões, são biliões de fotões,

all falling in line as directed by the hologram,

todos bem alinhados, como dirigido pelo holograma,

to ricochet through densely scattering brain,

a fazer ricochete através dos tecidos dispersivos do cérebro

e a emergir de forma concentrada.

and emerge as a focus.

It's pretty cool.

Acho isto super fixe. Estamos todos super entusiasmados.

We're excited about it.

This is an MRI machine.

Isto é uma máquina de ressonância magnética.

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

Custa milhões, enche uma sala inteira.

many people have probably been in one.

Muitos aqui já fizeram uma ressonância magnética.

I've spent a lot of time in one.

Eu também.

It has a focus of about a millimeter --

O ponto focal é de um milímetro.

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

É um bocado grande, em relação ao que acabei de mostrar.

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

Um sistema baseado na nossa tecnologia poderá reduzir muito os custos,

higher resolution

melhorar a resolução,

and smaller medical imaging.

com imagens médicas mais pequenas.

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

É o que começámos a fazer.

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

Com a minha equipa, construímos uma plataforma no laboratório

to scan out tissue.

para digitalizar tecidos.

And here it is in action.

Ei-lo aqui em pleno funcionamento.

We wanted to see how good we could do.

Queríamos verificar a qualidade do resultado.

We've built this over the last year.

Construímos isto no ano passado.

And the result is,

O resultado é o seguinte:

we're able to find tumors

podemos encontrar tumores

in this sample --

nesta amostra

70 millimeters deep, the light going in here,

— a luz penetra a 70 mm de profundidade,

half a millimeter resolution,

com uma resolução de meio milímetro.

and that's the tumor it found.

Eis o tumor que descobriu.

You're probably looking at this,

Ao observar isto, vocês devem pensar:

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

"Parece bom, mas trata-se de um equipamento volumoso.

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

"É mais pequeno do que uma máquina de ressonância magnética

monster MRI machine,

"uma máquina monstruosa de ressonância magnética.

but can you do something to shrink it down?"

"mas será possível reduzi-la?"

And the answer is:

A resposta é:

of course.

Certamente.

We can replace each big element in that system

Podemos substituir cada grande elemento deste sistema

with a smaller component --

por um componente mais pequeno

a little integrated circuit,

— por um pequeno circuito integrado,

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

um "chip" do tamanho da unha duma criança.

A bit about my background:

Agora um pouco sobre o meu percurso:

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

Passei os últimos 20 anos a inventar, a conceber protótipos

and then shipping billions of dollars of consumer electronics --

e a enviar milhares de milhões de dólares de aparelhos eletrónicos

with full custom chips --

com "chips" totalmente personalizados

on the hairy edge of optical physics.

na orla dos conhecimentos da física ótica.

So my team and I built the big lab rig

Portanto, a minha equipa e eu construímos esta grande plataforma

to perfect our architecture and test the corner cases

para aperfeiçoar a nossa arquitetura e testar os casos difíceis

and really fine-tune our chip designs,

e a afinar a conceção dos nossos "chips",

before spending the millions of dollars to fabricate each chip.

antes de gastar os milhões de dólares para fabricar cada "chip".

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

As nossas invenções de novos "chips" reduziram a dimensão do sistema,

aumentaram a sua velocidade

and enable rapid scanning and de-scattering of light

e permitiram digitalizar rapidamente e anular a dispersão da luz

to see deep into our bodies.

para ver mais profundamente no interior do corpo.

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

Esta é a terceira chave que proporciona cuidados de saúde melhores,

mais rápidos e mais baratos.

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

Esta é a maqueta dum equipamento capaz de substituir as funções

of a multimillion-dollar MRI machine

duma máquina de ressonância magnética de vários milhões de dólares

into a consumer electronics price point,

pelo preço de um equipamento eletrónico para o grande público.

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

Podemos usá-lo como uma faixa,

um gorro para esqui, ou pô-lo dentro duma almofada.

That's what we're building.

É isto que estamos a criar.

(Applause)

(Aplausos)

Oh, thanks!

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)

So you're probably thinking,

Provavelmente, estão a pensar:

"I get the light going through our bodies.

"Conseguimos que a luz atravesse o corpo.

I even get the holography de-scattering the light.

"Até obtemos a holografia para eliminar a dispersão da luz.

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

"Mas como é que usamos essas invenções de novos 'chips'

to do the scanning?"

"para fazer a digitalização?"

Well, we have a sound approach.

Temos uma abordagem sonora.

No, literally -- we use sound.

Literalmente, usamos o som.

Here, these three discs represent the integrated circuits

Aqui estes três discos representam os circuitos integrados

that we've designed,

que concebemos,

that massively reduce the size of our current bulky system.

e que reduzem enormemente a dimensão dos atuais equipamentos.

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

Um destes círculos, o dos "chips", emite um "ping" sonoro

and it focuses down,

que se concentra para baixo.

and then we turn red light on.

Depois, acendemos a luz vermelha.

And the red light that goes through that sonic spot

A luz vermelha que atravessa aquele ponto sonoro

changes color slightly,

muda ligeiramente de cor,

much like the pitch of the police car siren changes

um pouco como o timbre da sereia de um carro da polícia muda de tom

as it speeds past you.

quando passa por nós a toda a velocidade.

So.

Bem,

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

Há outra coisa sobre a holografia que têm de saber,

that you need to know.

e de que eu ainda não falei, mas têm de saber.

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

Só dois raios exatamente da mesma cor podem criar um holograma.

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

Portanto, temos aqui a luz laranja que sai do ponto sónico,

that's changed color slightly,

cuja cor se alterou ligeiramente

and we create a glowing disc of orange light

e criamos um disco brilhante de luz laranja

underneath a neighboring chip

por baixo de um "chip" na proximidade

and then record a hologram on the camera chip.

e registamos um holograma no "chip" da câmara.

Like so.

Assim.

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

Podemos extrair desse holograma informações apenas daquele ponto sónico,

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

Depois, podemos, opcionalmente, voltar a concentrar a luz no cérebro

to stimulate a neuron or part of the brain.

para estimular um neurónio, ou uma parte do cérebro.

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

De seguida, mudamos o foco sónico para outro ponto.

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

Dessa forma, local a local, digitalizamos o cérebro.

Our chips decode holograms

Os nossos "chips" descodificam os hologramas

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

como Rosalind Franklin descodificou esta icónica imagem da difração de raios X

to reveal the structure of DNA for the first time.

para revelar a estrutura do ADN pela primeira vez.

We're doing that electronically with our chips,

A eletrónica permite-nos fazer isto, com os nossos "chips":

recording the image and decoding the information,

registar a imagem e descodificar as informações,

in a millionth of a second.

num milionésimo de segundo.

We scan fast.

Digitalizamos muito depressa.

Our system may be extraordinary at finding blood.

O nosso sistema pode ser extraordinário a encontrar sangue.

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

Isso porque o sangue absorve a luz vermelha e a luz infravermelha.

Blood is red.

O sangue é vermelho.

Here's a beaker of blood.

Isto é uma proveta com sangue.

I'm going to show you.

Vou mostrar-vos.

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

Este é o nosso "laser" a atravessá-lo.

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

É realmente um "laser", podemos vê-lo ali, lá está ele.

In comparison to my pound of flesh,

Comparemo-lo com a carne,

where you can see the light goes everywhere.

onde podemos ver uma total dispersão da luz.

So let's see that again, blood.

Voltemos a ver, o sangue.

This is really key: blood absorbs light,

É realmente uma chave: o sangue absorve a luz,

flesh scatters light.

a carne dispersa a luz.

This is significant,

Isto é significativo,

because every tumor bigger than a cubic millimeter or two

porque todos os tumores maiores do que um ou dois milímetros cúbicos

has five times the amount of blood as normal flesh.

têm cinco vezes mais sangue do que a carne normal.

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

Portanto, com o nosso sistema, podemos esperar detetar cancros precoces,

when intervention is easy,

quando a intervenção é fácil,

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

ou despistar a dimensão do tumor à medida que ele aumenta ou encolhe.

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

O nosso sistema também deve ser muito bom a descobrir onde não há sangue,

like a clogged artery,

como numa artéria entupida

or the color change in blood

ou a detetar a alteração de cor no sangue

as it carries oxygen versus not carrying oxygen,

comparando o que transporta oxigénio com o que não o transporta,

which is a way to measure neural activity.

o que é uma forma de medir a atividade neuronal.

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

O povo diz que "a luz do sol" é o melhor desinfetante.

It's literally true.

É mesmo verdade,

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

Os investigadores estão a matar a pneumonia nos pulmões

introduzindo luz no interior dos pulmões.

Our system could enable this noninvasively.

O nosso sistema pode permitir isso de forma não invasiva.

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

Vou dar-vos mais três exemplos do que esta tecnologia pode fazer.

One: stroke.

Um: AVC.

There's two major kinds of stroke:

Há dois tipos principais de AVC:

the one caused by clogs

o AVC provocado por coágulos

and another caused by rupture.

e o AVC provocado por rotura.

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

Se conseguirmos determinar o tipo de AVC, dentro de uma ou duas horas,

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

podemos medicar para reduzir os danos no cérebro em grande escala.

Get the drug wrong,

Se usarmos o medicamento errado,

and the patient dies.

o paciente morre.

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

Hoje, isso significa o acesso a uma ressonância magnética

no prazo de uma ou duas horas após o AVC.

Tomorrow, with compact, portable, inexpensive imaging,

Amanhã, com equipamento de imagiologia compacto, portátil e barato,

every ambulance and every clinic can decode the type of stroke

todas as ambulâncias e todas as clínicas podem descodificar o tipo de AVC

and get the right therapy on time.

e aplicar a terapia certa atempadamente.

(Applause)

(Aplausos)

Thanks.

Obrigada.

Two:

Dois:

two-thirds of humanity lacks access to medical imaging.

Dois terços da Humanidade não têm acesso à imagiologia médica.

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

Os equipamentos de imagiologia compactos, portáteis, baratos

podem salvar inúmeras vidas.

And three:

E três:

brain-computer communication.

As comunicações cérebro-computador.

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

Já mostrei aqui no palco

que o nosso sistema penetra através do crânio e do cérebro

to the diameter of the smallest neuron.

até ao diâmetro do mais pequeno neurónio.

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

Usando a luz e o som podemos ativar ou inibir neurónios,

and simultaneously, we can match spec by spec

e, simultaneamente, podemos fazer coincidir, passo a passo,

a resolução duma máquina de ressonância magnética,

the resolution of an fMRI scanner,

which measures oxygen use in the brain.

que mede o uso do oxigénio no cérebro.

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

Fazemos isso, observando a mudança de cor no sangue,

rather than using a two-ton magnet.

em vez de usar um imã de duas toneladas.

So you can imagine that with fMRI scanners today,

Por isso, podem imaginar

que, com as máquinas atuais de ressonância magnética,

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

podemos descodificar as palavras imaginadas, as imagens e os sonhos

dos que estão a ser observados.

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

Estamos a trabalhar num sistema que coloca estas três capacidades

into the same system --

no mesmo sistema

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 simultaneamente traça o mapa do uso de oxigénio no cérebro —

all together in a noninvasive portable

tudo isto num equipamento portátil, não invasivo

that can enable brain-computer communication,

que pode capacitar a comunicação cérebro-computador,

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

sem implantes, sem cirurgia, sem exigir uma cirurgia ao cérebro.

This can do enormous good

Isso pode ser extremamente bom

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

para os dois mil milhões de pessoas

que sofrem de doenças cerebrais em todo o mundo.

(Applause)

(Aplausos)

People ask me how deep we can go.

As pessoas perguntam-me até onde podemos ir.

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

A resposta é: todo o corpo está ao nosso alcance,

But here's another way to look at it.

Mas há uma outra forma de ver as coisas.

(Laughter)

(Risos)

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

A minha cabeça ficou iluminada, Querem vê-la outra vez?

Audience: Yes!

Audiência: Sim!

(Laughter)

(Risos)

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

Tem um ar assustador, mas não é.

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

O que é realmente assustador é não conhecermos o nosso corpo,

our brains and our diseases

o nosso cérebro e as nossas doenças,

so we can effectively treat them.

para podermos tratá-las eficazmente.

This technology can help.

Esta tecnologia pode ajudar.

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)