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

Переводчик: Dilyara Grafova Редактор: Natalia Savvidi

People don't realize

Люди не осознают,

that red light and benign near-infrared light

что красный и слабый ближний инфракрасный свет

go right through your hand, just like this.

могут проходить сквозь руку, как это видно здесь.

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

Этот факт можно было бы использовать

для более быстрого и дешёвого оказания медицинской помощи.

Our translucence is key here.

Основную роль при этом играет прозрачность тканей.

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

Я покажу вам, как мы используем этот и другие факторы,

to see deep inside our bodies and brains.

чтобы заглядывать поглубже в тело и мозг человека.

OK, so first up ...

Сначала...

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

Видите эту лазерную указку и пятно на моей руке?

The light goes right through my hand --

Луч проходит сквозь мою руку —

if we could bring the lights down, please --

ослабьте, пожалуйста, немного свет, —

as I've already shown.

как я уже показывала.

But you can no longer see that laser spot.

Но вы больше не видите лазерное пятно.

You see my hand glow.

Вы видите мою руку светящейся.

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

Всё потому, что луч света рассеивается.

I need you to understand what scattering is,

Вам нужно понять, что такое рассеяние света,

so I can show you how we get rid of it

чтобы я показала вам, как от него избавляться,

and see deep inside our bodies and brains.

чтобы заглядывать поглубже в тело и мозг человека.

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

У меня здесь есть кусочек курицы.

(Laughter)

(Смех)

It's raw.

Он сырой.

Putting on some gloves.

Надеваю перчатки.

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

Мясо курицы и тело человека обладают одинаковыми оптическими свойствами.

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

Итак, вот кусочек курицы... кладём его на свет.

Can you see, the light goes right through?

Видите, свет проходит сквозь него?

I also implanted a tumor in that chicken.

Я также имплантировала опухоль в этот кусок курицы.

Can you see it?

Видите?

Audience: Yes.

(Голоса из зала) Да.

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

Мэри Лу Джепсен: Это значит, что, используя красный и инфракрасный свет,

we can see tumors in human flesh.

мы можем видеть опухоли у людей.

But there's a catch.

Но тут есть проблема.

When I throw another piece of chicken on it,

Когда я сверху кладу другой кусок курицы,

the light still goes through,

свет также проходит,

but you can no longer see the tumor.

но мы больше не видим опухоль.

That's because the light scatters.

Это происходит из-за рассеяния света.

So we have to do something about the scatter

Мы должны как-то решить эту проблему,

so we can see the tumor.

чтобы видеть опухоль.

We have to de-scatter the light.

Нужно сфокусировать свет.

So ...

Итак...

A technology I spent the early part of my career on

Технология, над которой я работала в начале своей карьеры,

enables de-scattering.

позволяет фокусировать свет.

It's called holography.

Она называется голографией.

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

За неё была получена Нобелевская премия по физике в 70-х,

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

так как этот метод позволяет творить чудеса со светом.

This is a hologram.

Это голограмма.

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

Она содержит полную информацию о свете, лучах, фотонах

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

и одновременно об их положениях и углах.

It's amazing.

Это восхитительно.

To see what we can do with holography ...

Чтобы понять, как голография может применяться...

You see these marbles?

Видите эти шарики?

Look at these marbles bouncing off of the barriers,

Они отскакивают от препятствий

as an analogy to light being scattered by our bodies.

так же, как и свет при прохождении через наше тело.

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

К моменту, когда шарики достигают низа лабиринта,

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

они рассеиваются и оказываются в произвольных местах.

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

Если записать голограмму внизу экрана,

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

можно записать положение и угол каждого шарика, выходящего из лабиринта.

And then we can bring in marbles from below

Затем можно запустить шарики снизу,

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

направляя каждый из них с помощью голограммы

в исходную позицию и под тем же углом,

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

какие у них были наверху перед рассеиванием.

We're going to do that with this.

Сделаем это с помощью вот этого устройства.

This is optically similar to human brain.

Это устройство имеет те же оптические свойства,

что и человеческий мозг.

I'm going to switch to green light now,

Я переключусь на зелёный свет,

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

потому что он ярче для ваших глаз, чем красный или инфракрасный,

and I really need you to see this.

и нужно, чтобы вы увидели это.

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

Мы расположим голограмму впереди этого мозга

and make a stream of light come out of it.

и пустим поток света так, чтобы он выходил из него.

Seems impossible but it isn't.

Кажется невозможным, но это не так.

This is the setup you're going to see.

Вот установка, которую вы увидите.

Green light.

Зелёный свет.

Hologram here, green light going in,

Голограмма здесь, зелёный свет включён,

that's our brain.

это наш мозг.

And a stream of light comes out of it.

Поток света выходит из него.

We just made a brain lase of densely scattering tissue.

Мы только что сделали мозг-лазер из сильно рассеивающей ткани.

Seems impossible, no one's done this before,

Кажется невероятным, раньше никто такого не делал,

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

вы первая аудитория, которая это видит.

(Applause)

(Аплодисменты)

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

Это значит, что мы можем фокусировать лучи

в тканях на большой глубине.

Our translucency is the first key.

Принципиальный момент — это то, что наши тела пропускают свет.

Holography enabling de-scattering is the second key

Другой важный момент — голография, позволяющая фокусировать свет.

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

Это позволяет заглядывать глубже в тело и мозг человека.

You're probably thinking,

Вы, возможно, думаете:

"Sounds good, but what about skull and bones?

«Звучит отлично, но как насчёт черепа и костей?

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

Как можно увидеть мозг внутри, не видя сквозь кость?»

Well, this is real human skull.

Это настоящий человеческий череп.

We ordered it at skullsunlimited.com.

Мы заказали его на skullsunlimited.com.

(Laughter)

(Смех)

No kidding.

Я не шучу.

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

Мы обращаемся с ним очень бережно в нашей лаборатории и здесь на TED.

And as you can see,

Как вы видите,

the red light goes right through it.

красный свет проходит сквозь него.

Goes through our bones.

Проходит сквозь наши кости.

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

Таким образом, красный свет проходит через череп, кости и тело.

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

Гамма-лучи и рентгеновские лучи тоже проходят через них,

но они вызывают опухоли.

Red light is all around us.

Красный свет имеется повсюду вокруг нас.

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

Пользуясь этим, я вернусь сюда

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

и покажу вам нечто более полезное, чем мозг-лазер.

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

Мы постарались понять,

насколько хорошо мы можем фокусировать свет в мозговой ткани.

Focusing through this brain,

Мы настолько точно фокусировали луч, проходящий через этот мозг,

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

что мы установили перед ним крошечную камеру.

And the bare camera die ...

Эта камера ...

Could you turn down the spotlight?

Можете выключить прожектор?

OK, there it is.

Хорошо, вот так.

Do you see that?

Вы видите?

Each pixel is two-thousandths of a millimeter wide.

Ширина каждого пикселя составляет две тысячные миллиметра.

Two microns.

Два микрона.

Полная ширина на уровне половинной амплитуды

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

для этого сфокусированного пятна

is six to eight microns.

составляет от шести до восьми микронов.

To give you an idea of what that means:

Чтобы вы могли представить себе, что это такое:

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

это диаметр самого маленького нейрона в человеческом мозге.

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

Это значит, что мы можем направить луч через череп и мозг до нейрона.

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

Никто не видел ничего подобного раньше, мы показываем это впервые.

It's not impossible.

Это не невозможно.

(Applause)

(Аплодисменты)

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

У нас это получилось с нашей системой, так что мы совершили прорыв.

(Laughter)

(Смех)

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

Чтобы дать представление — это не просто 50 шариков.

That's billions, trillion of photons,

Это миллиарды, триллионы фотонов,

all falling in line as directed by the hologram,

все падают вдоль линии, по которой их направляет голограмма,

to ricochet through densely scattering brain,

чтобы срикошетить сквозь мозг, который сильно рассеивает свет,

and emerge as a focus.

и выходят сфокусированными.

It's pretty cool.

Это замечательно.

We're excited about it.

Мы просто в восторге.

This is an MRI machine.

Это аппарат МРТ.

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

Стоит пару миллионов долларов, занимает комнату,

many people have probably been in one.

многие уже наверняка были в таком аппарате.

I've spent a lot of time in one.

Я провела в нём много времени.

It has a focus of about a millimeter --

Он имеет фокус размером с миллиметр —

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

великоватый по сравнению с показанным мною.

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

Установка, основанная на нашей технологии, может заметно снизить стоимость,

higher resolution

обладает более высоким разрешением

and smaller medical imaging.

и лучшей медицинской визуализацией.

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

Вот что мы начали делать.

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

Наша группа построила лабораторную установку,

to scan out tissue.

сканирующую ткани.

And here it is in action.

Вот она в действии.

We wanted to see how good we could do.

Мы хотели посмотреть, что у нас получится.

We've built this over the last year.

Мы построили её за прошедший год.

And the result is,

В результате

we're able to find tumors

мы можем находить опухоли

in this sample --

в этом образце —

70 millimeters deep, the light going in here,

на глубине 70 миллиметров, свет проходит здесь,

half a millimeter resolution,

разрешение полмиллиметра.

and that's the tumor it found.

Вот найденная нами опухоль.

You're probably looking at this,

Вы, возможно, смотрите на всё это и думаете:

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

«Звучит неплохо, но это довольно большое устройство.

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

Оно меньше большого гудящего аппарата МРТ,

monster MRI machine,

аппарата-монстра,

but can you do something to shrink it down?"

но разве нельзя это как-то уменьшить?»

And the answer is:

Отвечаю:

of course.

конечно же.

We can replace each big element in that system

Мы можем заменить каждый большой элемент в этом устройстве

with a smaller component --

маленькими компонентами —

a little integrated circuit,

небольшой микросхемой,

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

чипом дисплея размером с ноготь ребёнка.

A bit about my background:

Немножко обо мне:

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

последние 20 лет я занималась созданием и разработкой прототипов

and then shipping billions of dollars of consumer electronics --

и затем транспортировкой потребительской электроники на миллиарды долларов —

with full custom chips --

со специальными чипами —

on the hairy edge of optical physics.

это очень близко к оптической физике.

So my team and I built the big lab rig

Наша группа построила большую лабораторную установку

to perfect our architecture and test the corner cases

для усовершенствования архитектуры,

её тестирования при экстремальных значениях

and really fine-tune our chip designs,

и точной настройки наших чипов,

before spending the millions of dollars to fabricate each chip.

перед тем как тратить миллионы долларов на разработку каждого чипа.

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

Наши новые разработки чипов позволяют уменьшить размеры установки и ускорить её,

and enable rapid scanning and de-scattering of light

дают возможность быстрого сканирования и фокусирования света

to see deep into our bodies.

для исследования нашего организма.

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

Это третий ключ к лучшей, быстрой и дешёвой медицине.

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

Вот макет в натуральную величину того, что может заменить по функциональности

of a multimillion-dollar MRI machine

МРТ за несколько миллионов долларов,

into a consumer electronics price point,

тем, что по карману потребителю, что можно носить в виде повязки

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

или в лыжной шапке, или положить в подушку.

That's what we're building.

Вот что мы создаём.

(Applause)

(Аплодисменты)

Oh, thanks!

О, спасибо!

(Applause)

(Аплодисменты)

So you're probably thinking,

Вы наверняка думаете:

"I get the light going through our bodies.

«Я понимаю, как свет проходит через тело.

I even get the holography de-scattering the light.

Даже как голограмма собирает лучи света.

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

Но как именно мы применяем эти чипы

to do the scanning?"

для сканирования?»

Well, we have a sound approach.

Можно использовать звук.

No, literally -- we use sound.

Нет, серьёзно — мы используем звук.

Here, these three discs represent the integrated circuits

Эти три диска представляют собой интегральные схемы,

that we've designed,

которые мы спроектировали.

that massively reduce the size of our current bulky system.

Они значительно уменьшают размеры громоздкого устройства.

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

Одна из точек, один из чипов выделяет звуковой сигнал,

and it focuses down,

он фокусируется,

and then we turn red light on.

и затем мы включаем красный свет.

And the red light that goes through that sonic spot

Красный свет, проходящий через эту звуковую точку,

changes color slightly,

немножко изменяет цвет.

much like the pitch of the police car siren changes

Это похоже на изменение высоты звука полицейской сирены,

as it speeds past you.

когда она проносится около вас.

So.

Итак.

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

Я вам не рассказала ещё об одной вещи о голограммах,

that you need to know.

о которой вам нужно знать.

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

Только два луча абсолютно одинакового цвета

могут создать голограмму.

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

Вот оранжевый свет, выходящий из звуковой точки,

that's changed color slightly,

который слегка поменял цвет.

and we create a glowing disc of orange light

Мы создаём светящийся диск оранжевого света

underneath a neighboring chip

под соседним чипом,

and then record a hologram on the camera chip.

а затем записываем голограмму на чипе камеры.

Like so.

Вот так.

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

Из голограммы мы можем почерпнуть информацию об этой точке,

because we filter out all of the red light.

так как мы отфильтровываем весь красный свет.

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

Затем можно снова сфокусировать свет обратно в мозг,

to stimulate a neuron or part of the brain.

стимулируя нейрон или часть мозга.

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

Далее мы перемещаем звуковой фокус на другую точку.

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

Так, поточечно, мы сканируем мозг.

Our chips decode holograms

Наши чипы расшифровывают голограммы,

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

как Розалинд Франклин расшифровывала изображение дифракции рентгеновских лучей

to reveal the structure of DNA for the first time.

и выявила структуру ДНК в первый раз.

We're doing that electronically with our chips,

Мы делаем это электронно с помощью чипов,

recording the image and decoding the information,

записывающих изображение и расшифровывающих информацию

in a millionth of a second.

за одну миллионную секунды.

We scan fast.

Мы сканируем быстро.

Our system may be extraordinary at finding blood.

Наша технология замечательна при обнаружении крови,

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

потому что кровь абсорбирует красный и инфракрасный свет.

Blood is red.

Кровь красная.

Here's a beaker of blood.

Вот колба с кровью.

I'm going to show you.

Сейчас я вам покажу.

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

А вот лазер, проходящий сквозь неё.

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

Это действительно лазер — вот, смотрите.

In comparison to my pound of flesh,

В сравнении с моделью тела,

where you can see the light goes everywhere.

где вы видите, что свет проходит везде.

So let's see that again, blood.

А теперь снова кровь.

This is really key: blood absorbs light,

Очередной ключевой момент: кровь абсорбирует свет,

flesh scatters light.

тело рассеивает его.

This is significant,

Это важно,

because every tumor bigger than a cubic millimeter or two

так как у каждой опухоли больше одного или двух кубических миллиметров

has five times the amount of blood as normal flesh.

содержится в пять раз больше крови.

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

Так с нашим прибором можем определить рак на ранних стадиях,

when intervention is easy,

когда ещё можно вмешаться,

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

или следить за размером опухоли, когда она растёт или уменьшается.

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

Кроме того, наше устройство

может очень эффективно определять место, где нет крови,

like a clogged artery,

например закупоренную артерию,

or the color change in blood

или определить изменение цвета крови,

as it carries oxygen versus not carrying oxygen,

идёт ли транспорт кислорода или нет,

which is a way to measure neural activity.

что является способом измерения нейронной активности.

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

Говорят, что солнечный свет — лучший дезинфектор.

It's literally true.

Это действительно так.

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

Учёные убивают пневмонию в лёгких, освещая их изнутри.

Our system could enable this noninvasively.

Наш аппарат может проделывать это неинвазивно.

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

Сейчас я приведу три примера о возможностях этой технологии.

One: stroke.

Первый: инсульт.

There's two major kinds of stroke:

Существует два вида инсульта:

the one caused by clogs

один вызывается закупориванием,

and another caused by rupture.

а другой — разрывом.

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

Если вы сможете определить тип за час или два,

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

вы сможете дать такое лекарство, которое уменьшит риск повреждения мозга.

Get the drug wrong,

Дадите неправильное лекарство,

and the patient dies.

пациент умрёт.

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

Сегодня это значит доступ к МРТ в течение одного или двух часов после инсульта.

Tomorrow, with compact, portable, inexpensive imaging,

Завтра с помощью компактного, портативного и недорогого сканера

every ambulance and every clinic can decode the type of stroke

каждая скорая и каждая клиника сможет определить тип инсульта

and get the right therapy on time.

и назначить нужное лечение вовремя.

(Applause)

(Аплодисменты)

Thanks.

Спасибо.

Two:

Второй:

two-thirds of humanity lacks access to medical imaging.

у двух третей людей нет доступа к медицинскому сканированию.

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

Компактный, портативный, недорогой сканер сможет спасти многие жизни.

And three:

И третий:

brain-computer communication.

обмен информацией между мозгом и компьютером.

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

Я уже показывала здесь на сцене просвечивание через кости черепа и мозг

to the diameter of the smallest neuron.

с фокусированием до диаметра самого маленького нейрона.

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

Используя свет и звук, можно активировать или ингибировать нейроны

and simultaneously, we can match spec by spec

и одновременно соответствовать

the resolution of an fMRI scanner,

разрешению фМРТ сканера,

which measures oxygen use in the brain.

измеряющего кислород, используемый мозгом.

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

Для этого мы наблюдаем за изменением цвета крови

rather than using a two-ton magnet.

вместо использования двухтонного магнита.

So you can imagine that with fMRI scanners today,

Вы можете представить себе, что сегодня с помощью фМРТ

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

мы можем расшифровывать воображаемые слова, изображения и сны.

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

Мы работаем над технологией, объединяющей эти три возможности

into the same system --

в одном устройстве —

neural read and write with light and sound,

чтение и запись нейронов с помощью света и звука,

while simultaneously mapping oxygen use in the brain --

с одновременным сканированием того, как мозг использует кислород, —

all together in a noninvasive portable

всё это в неинвазивном, портативном приборе,

that can enable brain-computer communication,

дающем возможность взаимодействовать мозгу с компьютером,

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

без имплантов, без каких-либо дополнительных операций на мозг.

This can do enormous good

Это огромная помощь

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

для двух миллиардов человек с болезнями мозга по всему миру.

(Applause)

(Аплодисменты)

Меня спрашивают, насколько глубоко мы можем проникать.

People ask me how deep we can go.

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

Отвечаю: доступно всё тело.

But here's another way to look at it.

Но на это можно взглянуть и по-другому.

(Laughter)

(Смех)

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

Моя голова засветилась, хотите увидеть снова?

Audience: Yes!

(Голоса из зала) Да!

(Laughter)

(Смех)

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

МЛД: Страшновато, но нет.

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

Что по-настоящему страшно — это не знать наш организм,

our brains and our diseases

наш мозг и наши болезни настолько,

so we can effectively treat them.

чтобы мы могли их вылечивать.

This technology can help.

Технология может помочь.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)