People don't realize that red light and benign near-infrared light go right through your hand, just like this. This fact could enable better, faster and cheaper health care. Our translucence is key here. I'm going to show you how we use this key and a couple of other keys to see deep inside our bodies and brains.
Люди не осознают, что красный и слабый ближний инфракрасный свет могут проходить сквозь руку, как это видно здесь. Этот факт можно было бы использовать для более быстрого и дешёвого оказания медицинской помощи. Основную роль при этом играет прозрачность тканей. Я покажу вам, как мы используем этот и другие факторы, чтобы заглядывать поглубже в тело и мозг человека.
OK, so first up ... You see this laser pointer and the spot it makes on my hand? The light goes right through my hand -- if we could bring the lights down, please -- as I've already shown. But you can no longer see that laser spot. You see my hand glow. That's because the light spreads out, it scatters. I need you to understand what scattering is, so I can show you how we get rid of it and see deep inside our bodies and brains. So, I've got a piece of chicken back here.
Сначала... Видите эту лазерную указку и пятно на моей руке? Луч проходит сквозь мою руку — ослабьте, пожалуйста, немного свет, — как я уже показывала. Но вы больше не видите лазерное пятно. Вы видите мою руку светящейся. Всё потому, что луч света рассеивается. Вам нужно понять, что такое рассеяние света, чтобы я показала вам, как от него избавляться, чтобы заглядывать поглубже в тело и мозг человека. У меня здесь есть кусочек курицы.
(Laughter)
(Смех)
It's raw. Putting on some gloves. It's got the same optical properties as human flesh. So, here's the chicken ... putting it on the light. Can you see, the light goes right through? I also implanted a tumor in that chicken. Can you see it?
Он сырой. Надеваю перчатки. Мясо курицы и тело человека обладают одинаковыми оптическими свойствами. Итак, вот кусочек курицы... кладём его на свет. Видите, свет проходит сквозь него? Я также имплантировала опухоль в этот кусок курицы. Видите?
Audience: Yes.
(Голоса из зала) Да.
Mary Lou Jepsen: So this means, using red light and infrared light, we can see tumors in human flesh. But there's a catch. When I throw another piece of chicken on it, the light still goes through, but you can no longer see the tumor. That's because the light scatters. So we have to do something about the scatter so we can see the tumor. We have to de-scatter the light. So ...
Мэри Лу Джепсен: Это значит, что, используя красный и инфракрасный свет, мы можем видеть опухоли у людей. Но тут есть проблема. Когда я сверху кладу другой кусок курицы, свет также проходит, но мы больше не видим опухоль. Это происходит из-за рассеяния света. Мы должны как-то решить эту проблему, чтобы видеть опухоль. Нужно сфокусировать свет. Итак...
A technology I spent the early part of my career on enables de-scattering. It's called holography. And it won the Nobel Prize in physics in the 70s, because of the fantastic things it enables you to do with light. This is a hologram. It captures all of the light, all of the rays, all of the photons at all of the positions and all of the angles, simultaneously. It's amazing. To see what we can do with holography ... You see these marbles? Look at these marbles bouncing off of the barriers, as an analogy to light being scattered by our bodies. As the marbles get to the bottom of the scattering maze, they're chaotic, they're scattering and bouncing everywhere. 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. And then we can bring in marbles from below and have the hologram direct each marble to exactly the right position and angle, such as they emerge in a line at the top of the scatter matrix.
Технология, над которой я работала в начале своей карьеры, позволяет фокусировать свет. Она называется голографией. За неё была получена Нобелевская премия по физике в 70-х, так как этот метод позволяет творить чудеса со светом. Это голограмма. Она содержит полную информацию о свете, лучах, фотонах и одновременно об их положениях и углах. Это восхитительно. Чтобы понять, как голография может применяться... Видите эти шарики? Они отскакивают от препятствий так же, как и свет при прохождении через наше тело. К моменту, когда шарики достигают низа лабиринта, они рассеиваются и оказываются в произвольных местах. Если записать голограмму внизу экрана, можно записать положение и угол каждого шарика, выходящего из лабиринта. Затем можно запустить шарики снизу, направляя каждый из них с помощью голограммы в исходную позицию и под тем же углом, какие у них были наверху перед рассеиванием.
We're going to do that with this. This is optically similar to human brain. I'm going to switch to green light now, because green light is brighter to your eyes than red or infrared, and I really need you to see this. So we're going to put a hologram in front of this brain and make a stream of light come out of it. Seems impossible but it isn't. This is the setup you're going to see. Green light. Hologram here, green light going in, that's our brain. And a stream of light comes out of it. We just made a brain lase of densely scattering tissue. Seems impossible, no one's done this before, you're the first public audience to ever see this.
Сделаем это с помощью вот этого устройства. Это устройство имеет те же оптические свойства, что и человеческий мозг. Я переключусь на зелёный свет, потому что он ярче для ваших глаз, чем красный или инфракрасный, и нужно, чтобы вы увидели это. Мы расположим голограмму впереди этого мозга и пустим поток света так, чтобы он выходил из него. Кажется невозможным, но это не так. Вот установка, которую вы увидите. Зелёный свет. Голограмма здесь, зелёный свет включён, это наш мозг. Поток света выходит из него. Мы только что сделали мозг-лазер из сильно рассеивающей ткани. Кажется невероятным, раньше никто такого не делал, вы первая аудитория, которая это видит.
(Applause)
(Аплодисменты)
What this means is that we can focus deep into tissue. Our translucency is the first key. Holography enabling de-scattering is the second key to enable us to see deep inside of our bodies and brains.
Это значит, что мы можем фокусировать лучи в тканях на большой глубине. Принципиальный момент — это то, что наши тела пропускают свет. Другой важный момент — голография, позволяющая фокусировать свет. Это позволяет заглядывать глубже в тело и мозг человека.
You're probably thinking, "Sounds good, but what about skull and bones? How are you going to see through the brain without seeing through bone?" Well, this is real human skull. We ordered it at skullsunlimited.com.
Вы, возможно, думаете: «Звучит отлично, но как насчёт черепа и костей? Как можно увидеть мозг внутри, не видя сквозь кость?» Это настоящий человеческий череп. Мы заказали его на skullsunlimited.com.
(Laughter)
(Смех)
No kidding. But we treat this skull with great respect at our lab and here at TED. And as you can see, the red light goes right through it. Goes through our bones. So we can go through skull and bones and flesh with just red light. Gamma rays and X-rays do that, too, but they cause tumors. Red light is all around us.
Я не шучу. Мы обращаемся с ним очень бережно в нашей лаборатории и здесь на TED. Как вы видите, красный свет проходит сквозь него. Проходит сквозь наши кости. Таким образом, красный свет проходит через череп, кости и тело. Гамма-лучи и рентгеновские лучи тоже проходят через них, но они вызывают опухоли. Красный свет имеется повсюду вокруг нас.
So, using that, I'm going to come back here and show you something more useful than making a brain lase. We challenged ourselves to see how fine we could focus through brain tissue. Focusing through this brain, it was such a fine focus, we put a bare camera die in front of it. And the bare camera die ... Could you turn down the spotlight? OK, there it is. Do you see that? Each pixel is two-thousandths of a millimeter wide. Two microns. That means that spot focus -- full width half max -- is six to eight microns. To give you an idea of what that means: that's the diameter of the smallest neuron in the human brain. So that means we can focus through skull and brain to a neuron. No one has seen this before, we're doing this for the first time here. It's not impossible.
Пользуясь этим, я вернусь сюда и покажу вам нечто более полезное, чем мозг-лазер. Мы постарались понять, насколько хорошо мы можем фокусировать свет в мозговой ткани. Мы настолько точно фокусировали луч, проходящий через этот мозг, что мы установили перед ним крошечную камеру. Эта камера ... Можете выключить прожектор? Хорошо, вот так. Вы видите? Ширина каждого пикселя составляет две тысячные миллиметра. Два микрона. Полная ширина на уровне половинной амплитуды для этого сфокусированного пятна составляет от шести до восьми микронов. Чтобы вы могли представить себе, что это такое: это диаметр самого маленького нейрона в человеческом мозге. Это значит, что мы можем направить луч через череп и мозг до нейрона. Никто не видел ничего подобного раньше, мы показываем это впервые. 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. That's billions, trillion of photons, all falling in line as directed by the hologram, to ricochet through densely scattering brain, and emerge as a focus. It's pretty cool. We're excited about it.
Чтобы дать представление — это не просто 50 шариков. Это миллиарды, триллионы фотонов, все падают вдоль линии, по которой их направляет голограмма, чтобы срикошетить сквозь мозг, который сильно рассеивает свет, и выходят сфокусированными. Это замечательно. Мы просто в восторге.
This is an MRI machine. It's a few million dollars, it fills a room, many people have probably been in one. I've spent a lot of time in one. It has a focus of about a millimeter -- kind of chunky, compared to what I just showed you. A system based on our technology could enable dramatically lower cost, higher resolution and smaller medical imaging. So that's what we've started to do. My team and I have built a rig, a lab rig to scan out tissue. And here it is in action. We wanted to see how good we could do. We've built this over the last year. And the result is, we're able to find tumors in this sample -- 70 millimeters deep, the light going in here, half a millimeter resolution, and that's the tumor it found.
Это аппарат МРТ. Стоит пару миллионов долларов, занимает комнату, многие уже наверняка были в таком аппарате. Я провела в нём много времени. Он имеет фокус размером с миллиметр — великоватый по сравнению с показанным мною. Установка, основанная на нашей технологии, может заметно снизить стоимость, обладает более высоким разрешением и лучшей медицинской визуализацией. Вот что мы начали делать. Наша группа построила лабораторную установку, сканирующую ткани. Вот она в действии. Мы хотели посмотреть, что у нас получится. Мы построили её за прошедший год. В результате мы можем находить опухоли в этом образце — на глубине 70 миллиметров, свет проходит здесь, разрешение полмиллиметра. Вот найденная нами опухоль.
You're probably looking at this, like, "Sounds good, but that's kind of a big system. It's smaller than a honking-big MRI machine, monster MRI machine, but can you do something to shrink it down?" And the answer is: of course. We can replace each big element in that system with a smaller component -- a little integrated circuit, a display chip the size of a child's fingernail.
Вы, возможно, смотрите на всё это и думаете: «Звучит неплохо, но это довольно большое устройство. Оно меньше большого гудящего аппарата МРТ, аппарата-монстра, но разве нельзя это как-то уменьшить?» Отвечаю: конечно же. Мы можем заменить каждый большой элемент в этом устройстве маленькими компонентами — небольшой микросхемой, чипом дисплея размером с ноготь ребёнка.
A bit about my background: I've spent the last two decades inventing, prototype-developing and then shipping billions of dollars of consumer electronics -- with full custom chips -- on the hairy edge of optical physics. So my team and I built the big lab rig to perfect our architecture and test the corner cases and really fine-tune our chip designs, before spending the millions of dollars to fabricate each chip. Our new chip inventions slim down the system, speed it up and enable rapid scanning and de-scattering of light to see deep into our bodies. This is the third key to enable better, faster and cheaper health care. This is a mock-up of something that can replace the functionality of a multimillion-dollar MRI machine into a consumer electronics price point, that you could wear as a bandage, line a ski hat, put inside a pillow. That's what we're building.
Немножко обо мне: последние 20 лет я занималась созданием и разработкой прототипов и затем транспортировкой потребительской электроники на миллиарды долларов — со специальными чипами — это очень близко к оптической физике. Наша группа построила большую лабораторную установку для усовершенствования архитектуры, её тестирования при экстремальных значениях и точной настройки наших чипов, перед тем как тратить миллионы долларов на разработку каждого чипа. Наши новые разработки чипов позволяют уменьшить размеры установки и ускорить её, дают возможность быстрого сканирования и фокусирования света для исследования нашего организма. Это третий ключ к лучшей, быстрой и дешёвой медицине. Вот макет в натуральную величину того, что может заменить по функциональности МРТ за несколько миллионов долларов, тем, что по карману потребителю, что можно носить в виде повязки или в лыжной шапке, или положить в подушку. Вот что мы создаём.
(Applause)
(Аплодисменты)
Oh, thanks!
О, спасибо!
(Applause)
(Аплодисменты)
So you're probably thinking, "I get the light going through our bodies. I even get the holography de-scattering the light. But how do we use these new chip inventions, exactly, to do the scanning?"
Вы наверняка думаете: «Я понимаю, как свет проходит через тело. Даже как голограмма собирает лучи света. Но как именно мы применяем эти чипы для сканирования?»
Well, we have a sound approach. No, literally -- we use sound. Here, these three discs represent the integrated circuits that we've designed, that massively reduce the size of our current bulky system. One of the spots, one of the chips, emits a sonic ping, and it focuses down, and then we turn red light on. And the red light that goes through that sonic spot changes color slightly, much like the pitch of the police car siren changes as it speeds past you.
Можно использовать звук. Нет, серьёзно — мы используем звук. Эти три диска представляют собой интегральные схемы, которые мы спроектировали. Они значительно уменьшают размеры громоздкого устройства. Одна из точек, один из чипов выделяет звуковой сигнал, он фокусируется, и затем мы включаем красный свет. Красный свет, проходящий через эту звуковую точку, немножко изменяет цвет. Это похоже на изменение высоты звука полицейской сирены, когда она проносится около вас.
So. There's this other thing about holography I haven't told you yet, that you need to know. Only two beams of exactly the same color can make a hologram. So, that's the orange light that's coming off of the sonic spot, that's changed color slightly, and we create a glowing disc of orange light underneath a neighboring chip and then record a hologram on the camera chip. Like so.
Итак. Я вам не рассказала ещё об одной вещи о голограммах, о которой вам нужно знать. Только два луча абсолютно одинакового цвета могут создать голограмму. Вот оранжевый свет, выходящий из звуковой точки, который слегка поменял цвет. Мы создаём светящийся диск оранжевого света под соседним чипом, а затем записываем голограмму на чипе камеры. Вот так.
From that hologram, we can extract information just about that sonic spot, because we filter out all of the red light. Then, we can optionally focus the light back down into the brain to stimulate a neuron or part of the brain. And then we move on to shift the sonic focus to another spot. And that way, spot by spot, we scan out the brain.
Из голограммы мы можем почерпнуть информацию об этой точке, так как мы отфильтровываем весь красный свет. Затем можно снова сфокусировать свет обратно в мозг, стимулируя нейрон или часть мозга. Далее мы перемещаем звуковой фокус на другую точку. Так, поточечно, мы сканируем мозг.
Our chips decode holograms a bit like Rosalind Franklin decoded this iconic image of X-ray diffraction to reveal the structure of DNA for the first time. We're doing that electronically with our chips, recording the image and decoding the information, in a millionth of a second. We scan fast.
Наши чипы расшифровывают голограммы, как Розалинд Франклин расшифровывала изображение дифракции рентгеновских лучей и выявила структуру ДНК в первый раз. Мы делаем это электронно с помощью чипов, записывающих изображение и расшифровывающих информацию за одну миллионную секунды. Мы сканируем быстро.
Our system may be extraordinary at finding blood. And that's because blood absorbs red light and infrared light. Blood is red. Here's a beaker of blood. I'm going to show you. And here's our laser, going right through it. It really is a laser, you can see it on the -- there it is. In comparison to my pound of flesh, where you can see the light goes everywhere. So let's see that again, blood. This is really key: blood absorbs light, flesh scatters light. This is significant, because every tumor bigger than a cubic millimeter or two has five times the amount of blood as normal flesh.
Наша технология замечательна при обнаружении крови, потому что кровь абсорбирует красный и инфракрасный свет. Кровь красная. Вот колба с кровью. Сейчас я вам покажу. А вот лазер, проходящий сквозь неё. Это действительно лазер — вот, смотрите. В сравнении с моделью тела, где вы видите, что свет проходит везде. А теперь снова кровь. Очередной ключевой момент: кровь абсорбирует свет, тело рассеивает его. Это важно, так как у каждой опухоли больше одного или двух кубических миллиметров содержится в пять раз больше крови.
So with our system, you can imagine detecting cancers early, when intervention is easy, or tracking the size of your tumor as it grows or shrinks. Our system also should be extraordinary at finding out where blood isn't, like a clogged artery, or the color change in blood as it carries oxygen versus not carrying oxygen, which is a way to measure neural activity. There's a saying that "sunlight" is the best disinfectant. It's literally true. Researchers are killing pneumonia in lungs by shining light deep inside of lungs. Our system could enable this noninvasively.
Так с нашим прибором можем определить рак на ранних стадиях, когда ещё можно вмешаться, или следить за размером опухоли, когда она растёт или уменьшается. Кроме того, наше устройство может очень эффективно определять место, где нет крови, например закупоренную артерию, или определить изменение цвета крови, идёт ли транспорт кислорода или нет, что является способом измерения нейронной активности. Говорят, что солнечный свет — лучший дезинфектор. Это действительно так. Учёные убивают пневмонию в лёгких, освещая их изнутри. Наш аппарат может проделывать это неинвазивно.
Let me give you three more examples of what this technology can do. One: stroke. There's two major kinds of stroke: the one caused by clogs and another caused by rupture. 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. Get the drug wrong, and the patient dies. Today, that means access to an MRI scanner within an hour or two of a stroke. Tomorrow, with compact, portable, inexpensive imaging, every ambulance and every clinic can decode the type of stroke and get the right therapy on time.
Сейчас я приведу три примера о возможностях этой технологии. Первый: инсульт. Существует два вида инсульта: один вызывается закупориванием, а другой — разрывом. Если вы сможете определить тип за час или два, вы сможете дать такое лекарство, которое уменьшит риск повреждения мозга. Дадите неправильное лекарство, пациент умрёт. Сегодня это значит доступ к МРТ в течение одного или двух часов после инсульта. Завтра с помощью компактного, портативного и недорогого сканера каждая скорая и каждая клиника сможет определить тип инсульта и назначить нужное лечение вовремя.
(Applause)
(Аплодисменты)
Thanks.
Спасибо.
Two: two-thirds of humanity lacks access to medical imaging. Compact, portable, inexpensive medical imaging can save countless lives.
Второй: у двух третей людей нет доступа к медицинскому сканированию. Компактный, портативный, недорогой сканер сможет спасти многие жизни.
And three: brain-computer communication. I've shown here onstage our system focusing through skull and brain to the diameter of the smallest neuron. Using light and sound, you can activate or inhibit neurons, and simultaneously, we can match spec by spec the resolution of an fMRI scanner, which measures oxygen use in the brain. We do that by looking at the color change in the blood, rather than using a two-ton magnet. So you can imagine that with fMRI scanners today, we can decode the imagined words, images and dreams of those being scanned. We're working on a system that puts all three of these capabilities into the same system -- neural read and write with light and sound, while simultaneously mapping oxygen use in the brain -- all together in a noninvasive portable that can enable brain-computer communication, no implants, no surgery, no optional brain surgery required. This can do enormous good for the two billion people that suffer globally with brain disease.
И третий: обмен информацией между мозгом и компьютером. Я уже показывала здесь на сцене просвечивание через кости черепа и мозг с фокусированием до диаметра самого маленького нейрона. Используя свет и звук, можно активировать или ингибировать нейроны и одновременно соответствовать разрешению фМРТ сканера, измеряющего кислород, используемый мозгом. Для этого мы наблюдаем за изменением цвета крови вместо использования двухтонного магнита. Вы можете представить себе, что сегодня с помощью фМРТ мы можем расшифровывать воображаемые слова, изображения и сны. Мы работаем над технологией, объединяющей эти три возможности в одном устройстве — чтение и запись нейронов с помощью света и звука, с одновременным сканированием того, как мозг использует кислород, — всё это в неинвазивном, портативном приборе, дающем возможность взаимодействовать мозгу с компьютером, без имплантов, без каких-либо дополнительных операций на мозг. Это огромная помощь для двух миллиардов человек с болезнями мозга по всему миру.
(Applause)
(Аплодисменты)
People ask me how deep we can go. And the answer is: the whole body's in reach. But here's another way to look at it.
Меня спрашивают, насколько глубоко мы можем проникать. Отвечаю: доступно всё тело. 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. What's truly scary is not knowing about our bodies, our brains and our diseases so we can effectively treat them. This technology can help.
МЛД: Страшновато, но нет. Что по-настоящему страшно — это не знать наш организм, наш мозг и наши болезни настолько, чтобы мы могли их вылечивать. Технология может помочь.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)