The problem I want to talk with you about is really the problem of: How does one supply health care in a world in which cost is everything? How do you do that? And the basic paradigm we want to suggest to you, I want to suggest to you, is one in which you say that in order to treat disease, you have to first know what you're treating, that's diagnostics, and then you have to do something.
Проблема, о которой я буду говорить, состоит вот в чём. Как можно предоставлять медицинскую помощь, когда стоимость – это всё? Как работать в этих условиях? Основная модель, которую я хочу предложить, состоит в том, что, перед тем как лечить, надо сначала узнать, с какой болезнью имеем дело – т.е. диагностировать – а потом начинать лечение.
The program we're involved in is something we call "Diagnostics for All," or "zero-cost diagnostics." How do you provide medically relevant information at as close as possible to zero cost? How do you do it? Let me just give you two examples. The rigors of military medicine are not so dissimilar from the third world: poor resources, a rigorous environment -- a series of problems -- light weight and things of this kind. And also they're not so different from the home health care and diagnostic system world.
Проводимая нами программа называется диагностика для всех, или диагностика с нулевыми затратами. Как получить нужную медицинскую информацию при затратах как можно ближе к нулю? Как? Приведу два примера. Тяжёлые условия военной медицины сродни положению в третьем мире: скудость ресурсов, суровое окружение, ряд проблем с потерей веса и прочее. И не сильно отличается от ухода за больным и диагностики в домашних условиях.
So, the technology I want to talk about is for the third world, for the developing world, but it has, I think, much broader application, because information is so important in the health care system. So you see two examples here. One is a lab that is actually a fairly high-end laboratory in Africa. The second is basically an entrepreneur who is set up and doing who-knows-what at a table in a market. I don't know what kind of health care is delivered there. But it's not really what is probably most efficient.
Технология, о которой я буду говорить, предназначена для третьего мира, для развивающихся стран, но я думаю, что она имеет и более широкое применение ввиду важности информации в системе здравоохранения. Перед вами два примера. Первый: довольно продвинутая лаборатория в Африке. Второй: предприниматель, устроившийся у стола на рынке и делающий неизвестно что. Не знаю, что за медпомощь оказывается в данном случае, но она, по-видимому, не самая эффективная.
What is our approach? The way in which one typically approaches a problem of lowering cost, starting from the perspective of the United States, is to take our solution, and then try to cut cost out of it. No matter how you do that, you're not going to start with a $100,000 instrument and bring it down to no cost. It isn't going to work.
Какой подход у нас? Типичный подход к проблеме снижения затрат состоит, если говорить о США, в том, чтобы взять имеющееся решение и попытаться снизить его стоимость. Каким бы способом это ни делать, невозможно 100-тысячный метод довести до нуля. Не получится. Мы подошли к проблеме с противоположной стороны, задавшись вопросом:
So the approach we took was the other way around, to ask: What is the cheapest possible stuff that you could make a diagnostic system out of, and get useful information and add function? And what we've chosen is paper. What you see here is a prototypic device. It's about a centimeter on the side. It's about the size of a fingernail. The lines around the edges are a polymer. It's made of paper. And paper, of course, wicks fluid, as you know, paper, cloth -- drop wine on the tablecloth, and the wine wicks all over everything. Put it on your shirt, it ruins the shirt. That's what a hydrophilic surface does.
«Из какого самого дешёвого материала можно создать диагностическую систему, для получения полезной информации и полноценной работы.» Мы выбрали бумагу. Здесь вы видите прототип устройства. Размер стороны – около 1 сантиметра, примерно размер ногтя. А линии по сторонам – полимер. Сделано из бумаги, а бумага, как вы знаете, впитывает влагу. Бумага, материя, … Вино, разлитое на скатерть, проникает повсюду. Попади оно на рубашку — рубашка испорчена. Таков эффект влагопоглощающей поверхности.
So in this device, the idea is that you drip the bottom end of it in a drop of, in this case, urine. The fluid wicks its way into those chambers at the top. The brown color indicates the amount of glucose in the urine, the blue color indicates the amount of protein in the urine. And the combination of those two is a first-order shot at a number of useful things that you want. So, this is an example of a device made from a simple piece of paper.
Идея этого устройства состоит в том, что кончик обмакивается, в данном случае, в моче, и жидкость постепенно пропитывается в верхние отделения. Коричневый цвет указывает на количество глюкозы в моче. Синий – на количество белка в моче. А их комбинация – это первоклассная информация для вывода целого ряда необходимых данных. Это пример устройства, сделанного из простой бумаги.
Now, how simple can you make the production? Why do we choose paper? There's an example of the same thing on a finger, showing you basically what it looks like. One reason for using paper is that it's everywhere. We have made these kinds of devices using napkins and toilet paper and wraps, and all kinds of stuff.
Посмотрим насколько просто его производство. Почему мы выбрали бумагу? Вот та же вещь на пальце, чтобы показать, как она выглядит. Один из доводов в пользу выбора бумаги в том, что она повсюду в наличии. Мы производили наши устройства из салфеток и туалетной бумаги, из обёрточной бумаги и подобных материалов.
So the production capability is there. The second is, you can put lots and lots of tests in a very small place. I'll show you in a moment that the stack of paper there would probably hold something like 100,000 tests, something of that kind.
Так что, производственные возможности налицо. Второе. Можно поместить массу тестов на очень малом пространстве. Немного погодя я вам покажу, что из одной пачки бумаги можно получить порядка 100 тысяч тестов.
And then finally, a point you don't think of so much in developed world medicine: it eliminates sharps. And what sharps means is needles, things that stick. If you've taken a sample of someone's blood and the someone might have hepatitis C, you don't want to make a mistake and stick it in you. You don't want to do that. So how do you dispose of that? It's a problem everywhere, and here, you simply burn it. So it's a sort of a practical approach to starting on things.
И наконец, аспект, который в развитых странах не сразу приходит в голову – наш метод устраняет уколы. Укол означает наличие игл, колющих устройств. Если у больного гепатитом С взяли кровь на анализ, вам не захочется той же иглой по ошибке уколоться самому. Этого вам совсем бы не хотелось. И что делать? Эта проблема повсюду. Здесь мы просто сжигаем бумагу. Вот практический подход для начала.
Now, you say, "If paper is a good idea, other people have surely thought of it." And the answer is, of course, yes. Those half of you, roughly, who are women, at some point may have had a pregnancy test. And the most common of these is in a device that looks like the thing on the left. It's something called a lateral-flow immunoassay. In that particular test, urine, either containing a hormone called hCG, does or does not flow across a piece of paper. And there are two bars; one bar indicates that the test is working, and if the second bar shows up, you're pregnant.
Вы можете сказать: если идея с бумагой хорошая, то, наверняка, до этого уже кто-то додумался. Ответ: правильно, так оно и есть. Те из присутствующих, кто относится к женской половине, возможно, когда-то проходили тест на беременность. Тут наиболее распространённым является прибор, показанный на слайде слева. Называется иммунноанализ растекающейся жидкости. В данном конкретном тесте, моча, содержащая или не содержащая т.н. гормон HCG, пропитывается через бумагу. Имеется две полоски. Одна показывает, что всё функционирует. А вторая указывает, что вы беременны.
This is a terrific kind of test in a binary world, and the nice thing about pregnancy is either you are pregnant or you're not pregnant; you're not partially pregnant or thinking about being pregnant or something of that sort. So it works very well there, but it doesn't work very well when you need more quantitative information.
Это прекрасно в случае бинарных решений. По поводу беременности хорошо известно, что либо вы беременны, либо - нет. Беременность не бывает частичной или мнимой. Ничего такого не бывает. Так что, для этого случая тест прекрасно работает. Но это не так, если необходимая информация – количественного характера
There are also dipsticks, but if you look at the dipsticks, they're for another kind of urine analysis. There are an awful lot of colors and things like that. What do you actually do about that in a difficult circumstance? So the approach we started with is to ask: Is it really practical to make things of this sort? And that problem is now, in a purely engineering way, solved. And the procedure that we have is simply to start with paper. You run it through a new kind of printer called a wax printer. The wax printer does what looks like printing. It is printing. You put that on, you warm it a little bit, the wax prints through, so it absorbs into the paper, and you end up with the device you want.
Ещё имеются тест-полоски. Они, вообще-то, для иного типа анализа мочи. Они бывают самых разных цветов и т.п. Что же делать в сложных обстоятельствах? Наш подход состоит в том, что мы сначала спрашиваем, насколько практично делать такие вещи? Эта проблема, с чисто инженерной точки зрения, уже решена. Процедура состоит в том, что просто берётся бумага и прогоняется через новый вид принтера, т.н. восковый принтер. Он делает нечто типа печати. Он печатает. Включаешь, немного подогреваешь, воск пропечатывается так, что бумага его абсорбирует. Вот вы и получили желаемое устройство. Такие принтеры сейчас стоят 800 долларов.
The printers cost 800 bucks now. We estimate that if you were to run them 24 hours a day, they'd make about 10 million tests a year. So it's a solved problem. That particular problem is solved. And there is an example of the kind of thing that you see. That's on a piece of 8 by 12 paper. That takes about two seconds to make. And so I regard that as done. There's a very important issue here, which is that because it's a printer, a color printer, it prints colors. That's what color printers do. I'll show you in a moment, that's actually quite useful.
Если запустить такой круглосуточно, то за год можно произвести 10 миллионов тестов. Эта конкретная проблема решена. Вот пример, как это выглядит. Бумага стандартного размера A4, печатается за 2 секунды. Я считаю, что это для нас не проблема. Тут есть важный момент: принтер цветной, значит можно печатать в цвете – ведь именно это и делает цветной принтер. Попозже я вам покажу, насколько это полезно.
Now, the next question that you would like to ask is: What would you like to measure? What would you like to analyze? And the thing you'd most like to analyze, we're a fair distance from. It's what's called "fever of undiagnosed origin." Someone comes into the clinic, they have a fever, they feel bad. What do they have? Do they have TB? Do they have AIDS? Do they have a common cold? The triage problem. That's a hard problem for reasons I won't go through. There are an awful lot of things that you'd like to distinguish among. But then there are a series of things -- AIDS, hepatitis, malaria, TB, others -- and simpler ones, such as guidance of treatment.
Следующий вопрос, которым мы задаёмся: а что измерять, что анализировать? Больше всего необходимо анализировать то, до чего нам ещё далеко: т.н. «Температура неустановленного происхождения» Человек приходит в клинику, у него температура, он чувствует себя плохо. Что с ним? Туберкулёз? СПИД? Обычная простуда? Установить срочность помощи и её очерёдность очень трудно ввиду причин, о которых я здесь не говорю, и тут надо определяться среди огромного разнообразия. Далее, надо определиться среди целого спектра: СПИД, гепатит, малярия, туберкулёз, и другое. Проблема попроще: выработка правильного хода лечения.
Now, even that's more complicated than you think. A friend of mine works in transcultural psychiatry, and he is interested in the question of why people do and don't take their meds. So Dapsone, or something like that, you have to take for a while. He has a wonderful story of talking to a villager in India and saying, "Have you taken your Dapsone?" "Yes." "Have you taken it every day?" "Yes." "Have you taken if for a month?" "Yes." What the guy actually meant was that he'd fed a 30-day dose of Dapsone to his dog that morning.
Но даже это сложнее, чем вы думаете. Один мой знакомый занимается психиатрией культурных различий. Он заинтересовался вопросом, почему люди принимают или не принимают прописанные лекарства. Скажем, Dapsone и другие медикаменты, которые необходимо принимать регулярно. Он рассказывает о разговоре с сельским жителем в Индии. «Вы принимали Dapsone?» «Да.» «Каждый день?» «Да.» «В течение месяца?» «Да.» Сельчанин на самом деле имел в виду, что 30-дневную дозу Dapsone он сегодня утром
(Laughter)
скормил своей собаке.» (Смех)
And he was telling the truth, because in a different culture, the dog is a surrogate for you; "today," "this month," "since the rainy season" -- there are lots of opportunities for misunderstanding.
Он говорил правду, потому что в другой культуре собака может вполне заменять хозяина а когда он сказал «сегодня», или «месяц» или «сезон дождей»… есть масса путей для ошибочного толкования.
(Laughter)
И проблема в том,
And so an issue here is to, in some cases, figure out how to deal with matters that seem uninteresting, like compliance.
что тут возникают вопросы, которые кажутся неинтересными, например, строгое следование предписаниям врача.
Now, take a look at what a typical test looks like. Prick a finger, you get some blood -- about 50 microliters. That's about all you're going to get, because you can't use the usual sort of systems. You can't manipulate it very well; I'll show something about that in a moment. So you take the drop of blood, no further manipulations, you put it on a little device, the device filters out the blood cells, lets the serum go through, and you get a series of colors down in the bottom there. And the colors indicate "disease" or "normal." But even that's complicated, because to me, colors might indicate "normal," but after all, we're all suffering from probably an excess of education.
Посмотрим, как выглядит типичный тест. После укола в палец, получаем кровь, примерно 50 микролитров. Это почти всё, что удастся получить, потому что обычные системы применить невозможно. Это не так уж легко обрабатывать, хотя я кое-что по этому поводу вскоре скажу. Итак, капля крови, никакой обработки. Помещаем её в маленькое устройство. Устройство отфильтровывает кровяные тельца, пропуская сыворотку, и выдаёт ряд цветных индикаторов здесь, внизу. Цвета указывает на болезни или норму. Но и это слишком сложно. Потому что для вас и для меня цветные индикаторы – норма, но дело в том, что мы все страдаем
What do you do about something which requires quantitative analysis?
избытком общего образования.
And so the solution that we and many other people are thinking about there, and at this point, there is a dramatic flourish, and out comes the universal solution to everything these days, which is a cell phone -- in this particular case, a camera phone. They're everywhere -- six billion a month in India. And the idea is that what one does is to take the device, you dip it, you develop the color, you take a picture, the picture goes to a central laboratory. You don't have to send out a doctor, you send out somebody who can just take the sample, and in the clinic either a doctor, or ideally, a computer in this case, does the analysis. Turns out to work actually quite well, particularly when your color printer has printed the color bars that indicate how things work.
Как же поступить в случаях, требующих количественного анализа? Решение, над которым вместе с нами работают и многие другие, в том, что в настоящий момент идёт бурный расцвет, и в сегодняшнем мире появляется универсальное решение для всех и вся: сотовые телефоны. В данном, случае это – телефоны с фотоаппаратом внутри. Они есть всюду, в Индии их продаётся 6 миллионов в месяц Идея состоит в следующем. Берём устройство. Макаем. Появляется окраска. Делаем снимок. Отправляем в центральную лабораторию. Врач не нужен: достаточно уметь взять мочу на анализ. А анализ в клинике делает либо врач, либо, в идеале, компьютер, как в этом случае. Такая система весьма эффективна, в особенности если на принтере распечатаны цветные полоски с разъяснениями индикаторов.
So my view of the health care worker of the future is not a doctor, but an 18-year-old, otherwise unemployed, who has two things: a backpack full of these tests and a lancet to occasionally take a blood sample, and an AK-47. And these are the things that get him through his day.
Моё представление о работнике здравоохранения будущего: это не врач, а 18-летний безработный, носит с собой две вещи: рюкзак на спине с тестами и со скальпелем, чтобы, если надо, взять на анализ кровь и автомат Калашникова. Этим он и перебивается со дня на день.
(Laughter)
There's another very interesting connection here, and that is, that what one wants to do is pass through useful information over what is generally a pretty awful telephone system. It turns out there's an enormous amount of information already available on that subject, which is the Mars Rover problem. How do you get back an accurate view of the color on Mars if you have a really terrible bandwidth to do it with? And the answer is not complicated, but it's one which I don't want to go through here, other than to say that the communication systems for doing this are really pretty well understood.
Тут есть одна интересная побочная проблема. Фактически, бывает необходимо передавать важную информацию посредством ненадёжной телефонной связи. Оказывается, по этому предмету имеется огромное количество материала, это – т.н. проблема вездехода на Марсе: как получить точную картину расцветки Марса, если передатчик имеет ужасную полосу пропускания частот? Ответ несложный, но, вместо того, чтобы пускаться в подробности, просто скажу, что имеются хорошо отработанные системы связи, решающие эту задачу.
Also, a fact which you may not know is that the compute capability of this thing is not so different from the compute capability of your desktop computer. This is a fantastic device which is only beginning to be tapped. I don't know whether the idea of one computer, one child makes any sense. Here's the computer of the future, because this screen is already there and they're ubiquitous.
И ещё один, возможно, малоизвестный факт: вычислительные способности этой штуки не сильно отличаются от вычислительных способностей персонального компьютера. Это – потрясающий прибор, который мы только начинаем осваивать. Я не знаю, насколько разумна идея «каждому ребёнку по компьютеру». Компьютер будущего – вот он! Он оснащён экраном, он есть повсюду.
All right, let me show you just a little bit about advanced devices. And we'll start by posing a little problem. What you see here is another centimeter-sized device, and the different colors are different colors of dye. And you notice something which might strike you as a little bit interesting, which is, the yellow seems to disappear, get through the blue, and then get through the red. How does that happen? How do you make something flow through something? And, of course the answer is, "You don't." You make it flow under and over.
Давайте теперь я немного расскажу про более продвинутые устройства. Начнём с постановки небольшого вопроса. Перед вами – ещё одно устройство размером в 1 сантиметр. Разные цвета – это красители. И вы можете заметить довольно интересный момент – жёлтый вроде бы исчезает, проходит сквозь синий, затем сквозь зелёный. Как это происходит? Как можно заставить одно течь сквозь другое? Ответ, конечно же: «Никак». Надо пустить поток либо снизу либо сверху. Но тогда вопрос в том, как пустить потоки
But now the question is: How do you make it flow under and over in a piece of paper? The answer is that what you do -- and the details are not terribly important here -- is to make something more elaborate: You take several different layers of paper, each one containing its own little fluid system, and you separate them by pieces of, literally, double-sided carpet tape, the stuff you use to stick the carpets onto the floor. And the fluid will flow from one layer into the next. It distributes itself, flows through further holes, distributes itself.
под или над друг другом на бумаге? Ответ состоит в том, что – детали тут не очень-то важны – надо разработать нечто более совершенное: берётся несколько слоёв бумаги, на каждом своя маленькая система потоков, они изолируются кусочками, двусторонней клейкой ленты, той самой, что используется для приклеивания ковра к полу. Жидкость потечёт с одного слоя на следующий, распространится, проходя сквозь отверстия и рассредоточится.
And what you see, at the lower right-hand side there, is a sample in which a single sample of blood has been put on the top, and it has gone through and distributed itself into these 16 holes on the bottom, in a piece of paper -- basically, it looks like a chip, two pieces of paper thick. And in this particular case, we were just interested in the replicability of that. But that is, in principle, the way you solve the "fever of unexplained origin" problem, because each one of those spots then becomes a test for a particular set of markers of disease, and this will work in due course.
Здесь в правом нижнем углу вы видите образец того, что происходит если взятая на анализ кровь попала наверх. Она проникает насквозь и перераспределяется внутри бумаги по этим 16 отверстиям внизу, и это выглядит как [компьютерный] чип толщиной в два листа бумаги. В данном конкретном случае нас интересовала только возможность воспроизведения результата. Но на том же принципе строится решение проблемы «Температуры неустановленного происхождения», при этом каждая отметка становится тестом на конкретный индикатор болезни. Это со временем будет эффективно работать.
Here is an example of a slightly more complicated device. There's the chip. You dip in a corner. The fluid goes into the center. It distributes itself out into these various wells or holes and turns color, all done with paper and carpet tape. So it's, I think, as low-cost as we're likely to be able to come up and make things.
Вот пример несколько более сложного устройства. Вот – чип, он обмакивается краешком, жидкость проникает в центр, распределяется по разным канальцам и отверстиям и окрашивается в разные цвета. Всё делается из бумаги и клейкой ленты. Думаю, что тут затраты настолько низки, насколько вообще это возможно для производства.
Now, I have two last little stories to tell you in finishing off this business. This is one: One of the things you occasionally need to do is separate blood cells from serum. And the question was, here we do it by taking a sample, we put it in a centrifuge, we spin it, and you get blood cells out. Terrific. What happens if you don't have electricity, a centrifuge, and whatever? And we thought for a while of how you might do this, and the way, in fact, you do it, is what's shown here. You get an eggbeater, which is everywhere, and you saw off a blade, and then you take tubing, and you stick it on that. You put the blood in, somebody sits there and spins it. It works really, really well.
У меня напоследок одна, нет две небольшие истории. Вот первая. Время от времени бывает необходимо отделять кровяные тельца от сыворотки. Вопрос вот в чём. Здесь мы берём анализ крови, помещаем в центрифугу, она вращается и кровяные тельца отделяются. Потрясающе. А что делать, если нет электричества, нет центрифуги и всего прочего? Мы обдумывали выход их такого положения. И вот что у нас получилось. Берётся миксер – миксеры есть всюду. Отпиливается лопасть, сюда втыкаются трубочки. А когда они наполнены кровью, вся штука вращается, кто-то должен просто взять и вращать.
And we sat down, we did the physics of eggbeaters
И это очень здорово работает.
and self-aligning tubes and all the rest of that kind of thing, and sent it off to a journal. We were very proud of this, particularly the title, which was "Eggbeater as Centrifuge."
Мы посчитали это вкладом в разработку физических принципов работы миксеров, саморегулирующихся трубок и т.п. Мы послали это в научный журнал. Мы очень гордились, особенно названием: «Миксер в качестве центрифуги».
(Laughter)
(Смех)
And we sent it off, and by return mail, it came back. I called up the editor and I said, "What's going on? How is this possible?" The editor said, with enormous disdain, "I read this. And we're not going to publish it, because we only publish science."
Отсылаем, а статья тут же возвращается. Я звоню редактору и спрашиваю: «В чём дело? Что-то не то?» Редактор, с неописуемым снисхождением, отвечает: «Да, я прочитал вашу вещицу. Это не для нас: мы публикуем
(Laughter)
только научные статьи.»
And it's an important issue, because it means that we have to, as a society, think about what we value. And if it's just papers and Phys. Rev. letters, we've got a problem.
А это очень важная проблема, потому что мы, как общество, должны понять, что для нас ценно. Если только статьи и научные обзоры по физике, то это недобрый знак.»
Here is another example of something which is -- this is a little spectrophotometer. It measures the absorption of light in a sample. The neat thing about this is, you have a light source that flickers on and off at about 1,000 hertz, another light source that detects that light at 1,000 hertz, and so you can run this system in broad daylight. It performs about equivalently to a system that's on the order of 100,000 dollars. It costs 50 dollars. We can probably make it for 50 cents if we put our mind to it. Why doesn't somebody do it? The answer is: How do you make a profit in a capitalist system, doing that? Interesting problem.
Вот другой пример. Это – спектрофотометр. Он измеряет поглощение света материалом. Идея в том, что один источник света мигает с частотой 1000 герц, другой регистрирует свет с частотой 1000 герц, а потому можно работать при дневном свете. Его производительность примерно та же, что у прибора стоимостью порядка 100 тысяч долларов. Этот обходится в 50 долларов. Мы можем снизить, наверное, до 50 центов, если хорошенько подумаем. Почему никто этого не делает? Ответ: «А как с этого можно получить прибыль в капиталистической системе?» Интересная проблема.
So, let me finish by saying that we've thought about this as a kind of engineering problem. And we've asked: What is the scientific unifying idea here? And we've decided we should think about this not so much in terms of cost, but in terms of simplicity. Simplicity is a neat word. You've got to think about what simplicity means. I know what it is, but I don't actually know what it means.
В заключение скажу, что мы подходили к проблемам с инженерной точки зрения. А нам захотелось понять, какая тут всеобъемлющая научная идея? И мы решили, что должны думать о задачах не в терминах стоимости, а в терминах простоты. Простота – красивое слово. И надо понимать, что означает простота. Я знаю, что это, но я не знаю, что это означает. Я настолько заинтересовался этим, что
So I actually was interested enough in this to put together several groups of people. The most recent involved a couple of people at MIT, one of them being an exceptionally bright kid who is one of the very few people I would think of who's an authentic genius. We all struggled for an entire day to think about simplicity. And I want to give you the answer of this deep scientific thought.
организовал обсуждения с разным составом групп. На последнем участвовали несколько специалистов из МТИ, один из которых был просто блестящий парень, один из тех немногих, кого я бы назвал настоящим гением. Мы все целый день бились над смыслом простоты. И я хочу показать вам ответ на этот глубокий научный вопрос.
[What is simplicity? "It's impossible to f..k it up"]
(Смех) [Надпись: Простоту не испоганишь]
(Laughter)
В каком-то смысле, за что заплатил, то и получил.
So, in a sense, you get what you pay for.
Благодарю вас.
Thank you very much.
(Applause)
(Смех)