If you are a blind child in India, you will very likely have to contend with at least two big pieces of bad news. The first bad news is that the chances of getting treatment are extremely slim to none, and that's because most of the blindness alleviation programs in the country are focused on adults, and there are very, very few hospitals that are actually equipped to treat children. In fact, if you were to be treated, you might well end up being treated by a person who has no medical credentials as this case from Rajasthan illustrates. This is a three-year-old orphan girl who had cataracts. So, her caretakers took her to the village medicine man, and instead of suggesting to the caretakers that the girl be taken to a hospital, the person decided to burn her abdomen with red-hot iron bars to drive out the demons. The second piece of bad news will be delivered to you by neuroscientists, who will tell you that if you are older than four or five years of age, that even if you have your eye corrected, the chances of your brain learning how to see are very, very slim -- again, slim or none.
Якщо ви - незряча дитина в Індії, то скоріш за все, ви будете змушені боротися як мінімум з двома серйозними проблемами. Перша проблема полягає в тому, що шанси отримати лікування наближаються до нуля, тому що більшість програм реабілітації сліпоти в країні орієнтовані на дорослих, і там дуже-дуже мало лікарень, що обладнані для лікування дітей. По суті, якщо б вас і лікували, скоріш за все, це робила би людина без медичного диплома, як показує цей випадок в штаті Раджастан. Це трирічна дівчина-сирота, у якої була катаракта. Опікуни дівчинки відвезли її до сільського лікаря, та замість того, щоб запропонувати опікунам відвезти дівчинку до лікарні, він вирішив припекти їй живіт розпеченим залізом, щоб вигнати з дівчинки демонів. Про другу проблему вам повідомлять неврологи, які скажуть, що якщо ви старше чотирьох-п'яти років, то навіть якщо вам вилікують очі, шанси на те, що ваш мозок навчиться бачити, дуже і дуже малі. Малі або взагалі відсутні.
So when I heard these two things, it troubled me deeply, both because of personal reasons and scientific reasons. So let me first start with the personal reason. It'll sound corny, but it's sincere. That's my son, Darius. As a new father, I have a qualitatively different sense of just how delicate babies are, what our obligations are towards them and how much love we can feel towards a child. I would move heaven and earth in order to get treatment for Darius, and for me to be told that there might be other Dariuses who are not getting treatment, that's just viscerally wrong. So that's the personal reason.
Коли я почув про ці проблеми, вони глибоко занепокоїли мене, як по особистим причинам, так і по науковим. Дозвольте почати з особистого. Це прозвучить банально, але це правда. Це мій син Даріус. Як новоспечений батько, я абсолютно інакше розумію, наскільки діти чуттєві, які у нас перед ними зобов'язання, і як сильно ми здатні любити їх. Я б перевернув гори, заради лікування Даріуса. І для мене той факт, що в світі можуть бути інші Даріуси, які не отримують лікування, абсолютно не справедливий. Це моя особиста причина.
Scientific reason is that this notion from neuroscience of critical periods -- that if the brain is older than four or five years of age, it loses its ability to learn -- that doesn't sit well with me, because I don't think that idea has been tested adequately. The birth of the idea is from David Hubel and Torsten Wiesel's work, two researchers who were at Harvard, and they got the Nobel Prize in 1981 for their studies of visual physiology, which are remarkably beautiful studies, but I believe some of their work has been extrapolated into the human domain prematurely. So, they did their work with kittens, with different kinds of deprivation regiments, and those studies, which date back to the '60s, are now being applied to human children.
Наукова причина складається у представлені в неврології критичного періоду розвитку, ніби, якщо мозок старше чотирьох-п'яти років, то він втрачає здатність до навчання, що протирічить моїм представленням, оскільки я вважаю, що ця ідея не була адекватно перевірена. Ідея бере свій початок з робіт Девіда Хьюбела і Торстена Візеля, двох гарвардських дослідників, які отримали Нобелівську премію в 1981 році за дослідження фізіології зору -- прекрасні дослідження, але, я думаю, що деякі їх ідеї були передчасно екстрапольовані на людину. Вони працювали з кошенятами, піддаючи їх різним видам депривації, і ті дослідження, що були отримані ще в 60-х роках, зараз застосовуються до людських дітей.
So I felt that I needed to do two things. One: provide care to children who are currently being deprived of treatment. That's the humanitarian mission. And the scientific mission would be to test the limits of visual plasticity. And these two missions, as you can tell, thread together perfectly. One adds to the other; in fact, one would be impossible without the other. So, to implement these twin missions, a few years ago, I launched Project Prakash. Prakash, as many of you know, is the Sanskrit word for light, and the idea is that in bringing light into the lives of children, we also have a chance of shedding light on some of the deepest mysteries of neuroscience. And the logo -- even though it looks extremely Irish, it's actually derived from the Indian symbol of Diya, an earthen lamp. The Prakash, the overall effort has three components: outreach, to identify children in need of care; medical treatment; and in subsequent study. And I want to show you a short video clip that illustrates the first two components of this work.
Я зрозумів, що повинен зробити дві речі. Перша: надати медичний догляд дітям, що в даний момент не забезпечені лікуванням. І це гуманітарна місія. Науковою місією буде пошук границі зорового пристосування. Можна сказати, що ці дві місії відмінно поєднуються та доповнюють одна одну. Насправді, одна не можлива без іншої. Щоб виконати цю подвійну місію, декілька років назад я запустив проект Пракаш. "Пракаш", як ви знаєте, в перекладі з санскриту - "світло" і ідея полягає тому, що, приносячи світло в житті дітей, ми отримуємо шанс пролити світло на деякі з самих складних загадок неврології. Емблема, не дивлячись на дуже ірландський вигляд, насправді з'явилася від індійського символа - Дия, глиняної лампи. Загалом, ідея проекту складається з трьох етапів: соціальна програма для визначення, яким дітям потрібна допомога, лікування та наступні дослідження. Я хочу представити вам короткий відеоролик, в якому показані два перших етапи роботи.
This is an outreach station conducted at a school for the blind.
Це соціальний центр, що організований в школі для сліпих.
(Text: Most of the children are profoundly and permanently blind ...)
(Текст: У більшості дітей повна, хронічна сліпота...)
Pawan Sinha: So, because this is a school for the blind, many children have permanent conditions. That's a case of microphthalmos, which is malformed eyes, and that's a permanent condition; it cannot be treated. That's an extreme of micropthalmos called enophthalmos. But, every so often, we come across children who show some residual vision, and that is a very good sign that the condition might actually be treatable. So, after that screening, we bring the children to the hospital. That's the hospital we're working with in Delhi, the Schroff Charity Eye Hospital. It has a very well-equipped pediatric ophthalmic center, which was made possible in part by a gift from the Ronald McDonald charity. So, eating burgers actually helps.
Паван Сінха: Оскільки це школа для сліпих, велика кількість дітей там з хронічними захворюванням. Це - випадок мікрофтальмії, тобто недорозвинених очей, і це хронічне захворювання. Воно не лікується. Це крайній випадок мікрофтальмії, що називається енофтальмом. Але час від часу ми натрапляємо на дітей, у яких виявляється залишковий зір, і це дуже гарний знак, що говорить про те, що від захворювання можна позбавитись. Після огляду ми відправляємо дітей у лікарню. Це лікарня в Делі, з якою ми працюємо, Благодійна лікарня зору Шкрофа (Schroff Charity Eye Hospital). Там є дуже добре обладнаний педіатричний офтальмологічний центр, який став можливим частково дякуючи благодійності Рональда МакДональда. Харчування гамбургерами іноді дійсно корисне.
(Text: Such examinations allow us to improve eye-health in many children, and ... ... help us find children who can participate in Project Prakash.)
(Текст: Такі обстеження дозволяють нам підвищити здоров'я зору у багатьох дітей і допомагають знайти дітей, які зможуть брати участь в проекті Пракаш.)
PS: So, as I zoom in to the eyes of this child, you will see the cause of his blindness. The whites that you see in the middle of his pupils are congenital cataracts, so opacities of the lens. In our eyes, the lens is clear, but in this child, the lens has become opaque, and therefore he can't see the world. So, the child is given treatment. You'll see shots of the eye. Here's the eye with the opaque lens, the opaque lens extracted and an acrylic lens inserted. And here's the same child three weeks post-operation, with the right eye open.
П.С.: Зараз камера наблизиться до очей дитини, ви побачите причину його сліпоти. Білі плями в центрі його зіниць -- це вроджена катаракта, яка замутняє кришталик ока. Кришталики наших очей прозорі, але кришталики цієї дитини стали непрозорими, і тому він не може бачити світ. Отже, дитина отримує лікування. Ви побачите знімки ока. Тут око ще з мутним кришталиком, тут кришталик вилучений, а тут в око вставлено акриловий кришталик. Тут ця ж дитина через три тижні після операції, з відкритим правим оком.
(Applause)
(Оплески)
Thank you.
Дякую.
So, even from that little clip, you can begin to get the sense that recovery is possible, and we have now provided treatment to over 200 children, and the story repeats itself. After treatment, the child gains significant functionality. In fact, the story holds true even if you have a person who got sight after several years of deprivation. We did a paper a few years ago about this woman that you see on the right, SRD, and she got her sight late in life, and her vision is remarkable at this age. I should add a tragic postscript to this -- she died two years ago in a bus accident. So, hers is just a truly inspiring story -- unknown, but inspiring story. So when we started finding these results, as you might imagine, it created quite a bit of stir in the scientific and the popular press. Here's an article in Nature that profiled this work, and another one in Time. So, we were fairly convinced -- we are convinced -- that recovery is feasible, despite extended visual deprivation.
Навіть після цього маленького відео стає ясно, що одужання можливо, і зараз ми забезпечуємо лікування більш ніж 200 дітям, і історія з ними повторюється. Після лікування дитина отримує значні можливості. Насправді так відбувається, навіть якщо людина отримала зір після декількох років сліпоти. Кілька років тому ми написали статтю про жінку, на фотографії вона праворуч, вона стала бачити в літньому віці, і для її віку в неї чудовий зір. Я повинен зробити трагічне зауваження. Два роки тому вона загинула в автокатастрофі. Її історія справді надихає, маловідома, але надихаюча історія. І коли ми стали отримувати такі результати, ви можете уявити, що це викликало багато шуму у науковій та популярній пресі. Ось стаття в журналі "Nature", описує нашу роботу, і ще одна в "Time". Ми були достатньо впевнені, ми і зараз впевнені, що відновлення можливо, незважаючи на тривалу сліпоту.
The next obvious question to ask: What is the process of recovery? So, the way we study that is, let's say we find a child who has light sensitivity. The child is provided treatment, and I want to stress that the treatment is completely unconditional; there is no quid pro quo. We treat many more children then we actually work with. Every child who needs treatment is treated. After treatment, about every week, we run the child on a battery of simple visual tests in order to see how their visual skills are coming on line. And we try to do this for as long as possible. This arc of development gives us unprecedented and extremely valuable information about how the scaffolding of vision gets set up. What might be the causal connections between the early developing skills and the later developing ones?
Напрошується очевидне запитання: як іде процес відновлення? Ми досліджуємо процес наступним чином. Припустимо, ми знайшли дитину, чутливу до світла. Дитині надається лікування, і я хочу підкреслити, що лікування абсолютно безкоштовне. Ми не вимагаємо компенсацій. Лікування отримують і велика кількість дітей, з якими ми не працюємо. Кожну дитину, що потребує лікування, лікують. Після лікування, приблизно щотижня, дитина проходить ряд простих перевірок, які дозволяють зрозуміти, як її зір приходить в норму. І ми намагаємося робити це якомога довше. Цей шлях розвитку дає нам безпрецедентну і неймовірно цінну інформацію про те, як підтримуваний зір відновлюється. Які причинні зв'язки можуть бути між здібностями, що рано розвиваються і тими, які з'являються пізніше?
And we've used this general approach to study many different visual proficiencies, but I want to highlight one particular one, and that is image parsing into objects. So, any image of the kind that you see on the left, be it a real image or a synthetic image, it's made up of little regions that you see in the middle column, regions of different colors, different luminances. The brain has this complex task of putting together, integrating, subsets of these regions into something that's more meaningful, into what we would consider to be objects, as you see on the right. And nobody knows how this integration happens, and that's the question we asked with Project Prakash.
Ми використовували загальноприйнятий підхід для дослідження безлічі різних зорових здібностей, але я хочу особливо виділити одну з них -- це розбиття зображення на об'єкти. Будь-яке зображення, подібне зображенню ліворуч, будь це реальне або штучне зображення, складається з маленьких областей, які ви бачите посередині, областей різних кольорів і різної яскравості. Перед мозком стоїть складне завдання суміщення та об'єднання підмножин цих областей на щось більш осмислене, в те, що ми можемо вважати об'єктами, що ви і бачите справа. І ніхто не знає, як це відбувається. Це питання, яким ми задаємося в проекті Пракаш.
So, here's what happens very soon after the onset of sight. Here's a person who had gained sight just a couple of weeks ago, and you see Ethan Myers, a graduate student from MIT, running the experiment with him. His visual-motor coordination is quite poor, but you get a general sense of what are the regions that he's trying to trace out. If you show him real world images, if you show others like him real world images, they are unable to recognize most of the objects because the world to them is over-fragmented; it's made up of a collage, a patchwork, of regions of different colors and luminances. And that's what's indicated in the green outlines. When you ask them, "Even if you can't name the objects, just point to where the objects are," these are the regions that they point to. So the world is this complex patchwork of regions. Even the shadow on the ball becomes its own object. Interestingly enough, you give them a few months, and this is what happens.
Ось що відбувається незабаром після відновлення зору. Ця людина отримала зір всього пару тижнів тому, і ви бачите як, Етан Майерс, аспірант з Массачусетського Технологічного Інституту, проводить з ним експеримент. Його зорова координація дуже слабка, але ви можете бачити, які саме області він намагається розпізнати. Якщо показати йому зображення реального світу, якщо показати реальний світ будь-якій людині на зразок нього, він не зможе розпізнати більшість об'єктів, тому що світ для нього надто фрагментований, для нього це колаж, строката мозаїка з областей різного кольору і яскравості. Такі області виділені зеленим контуром. Якщо попросити його показати, де знаходяться об'єкти, навіть якщо він не може їх назвати, він покаже на ці області. Таким чином, світ -- це складна мозаїка з таких областей. Навіть тінь на м'ячі стає окремим об'єктом. Досить цікаво, що через кілька місяців відбувається наступне.
Doctor: How many are these?
Доктор: Скільки тут об'єктів?
Patient: These are two things.
Пацієнт: Два об'єкти.
Doctor: What are their shapes?
Доктор: Якої вони форми?
Patient: Their shapes ... This one is a circle, and this is a square.
Пацієнт: Форми ... Ось це коло, а це квадрат.
PS: A very dramatic transformation has come about. And the question is: What underlies this transformation? It's a profound question, and what's even more amazing is how simple the answer is. The answer lies in motion and that's what I want to show you in the next clip.
П.С.: Відбулася істотна зміна. Виникає питання: що лежить в основі цієї зміни? Це глибоке питання і особливо вражає те, яка проста відповідь на нього. Відповідь полягає в русі, і я хочу показати це в наступному відео.
Doctor: What shape do you see here?
Доктор: Які фігури ви бачите?
Patient: I can't make it out.
Пацієнт: Я не можу розібрати.
Doctor: Now?
Доктор: А зараз?
Patient: Triangle.
Пацієнт: Трикутник.
Doctor: How many things are these? Now, how many things are these?
Доктор: Скільки тут об'єктів? А зараз, скільки тут об'єктів?
Patient: Two.
Пацієнт: Два.
Doctor: What are these things?
Доктор: Що це за об'єкти?
Patient: A square and a circle.
Пацієнт: Квадрат і коло.
PS: And we see this pattern over and over again. The one thing the visual system needs in order to begin parsing the world is dynamic information. So the inference we are deriving from this, and several such experiments, is that dynamic information processing, or motion processing, serves as the bedrock for building the rest of the complexity of visual processing; it leads to visual integration and eventually to recognition.
П.С.: І ми бачимо цю закономірність знову і знову. Саме динамічна інформація потрібна зоровій системі, щоб розпізнавати світ. Таким чином, на основі цього і деяких інших експериментів, ми робимо висновок, що обробка динамічної інформації, або обробка руху, є основною для побудови всієї системи візуальної обробки. На ній заснована візуальна інтеграція, а потім і розпізнавання.
This simple idea has far reaching implications. And let me just quickly mention two, one, drawing from the domain of engineering, and one from the clinic. So, from the perspective of engineering, we can ask: Goven that we know that motion is so important for the human visual system, can we use this as a recipe for constructing machine-based vision systems that can learn on their own, that don't need to be programmed by a human programmer? And that's what we're trying to do.
Ця проста ідея має далекосяжні наслідки. Дозвольте коротко сказати про два з них. Перший -- з галузі інженерії, а другий з області медицини. Отже, з позиції інженерії ми можемо поставити запитання, знаючи, що рух такий важливий для людської зорової системи, чи можемо ми використовувати цей підхід при створенні штучної зорової системи, яка може самонавчатися, яку не повинен програмувати програміст-людина. Саме це ми і намагаємося зробити.
I'm at MIT, at MIT you need to apply whatever basic knowledge you gain. So we are creating Dylan, which is a computational system with an ambitious goal of taking in visual inputs of the same kind that a human child would receive, and autonomously discovering: What are the objects in this visual input? So, don't worry about the internals of Dylan. Here, I'm just going to talk about how we test Dylan. The way we test Dylan is by giving it inputs, as I said, of the same kind that a baby, or a child in Project Prakash would get. But for a long time we couldn't quite figure out: Wow can we get these kinds of video inputs? So, I thought, could we have Darius serve as our babycam carrier, and that way get the inputs that we feed into Dylan? So that's what we did. (Laughter) I had to have long conversations with my wife. (Laughter) In fact, Pam, if you're watching this, please forgive me.
Я з МІТ, а там потрібно застосовувати будь-які знання, які у вас є. І ми створюємо систему "Ділан", це обчислювальна система з претензійним завданням: отримувати візуальні сигнали, подібні тим, що отримує людське дитя, і самостійно з'ясовувати, які об'єкти знаходяться в полі зору. Не замислюйтеся про внутрішню будову Ділана. Зараз я хочу розповісти про те, як ми його тестували. Ми тестували Ділана, подаючи йому відео того ж роду, як я говорив, що бачать діти, які беруть участь у проекті Пракаш. Але досить довго ми не могли зрозуміти, як ми можемо отримати подібне відео. І я подумав, що ми можемо зробити Даріуса носієм нашої бебі-камери, і таким чином забезпечувати Ділана потрібними сигналами. Ось що ми зробили. (Сміх) Мені довелося довго вмовляти дружину. (Сміх) Пем, якщо ти дивишся цю програму, вибач мене, будь ласка.
So, we modified the optics of the camera in order to mimic the baby's visual acuity. As some of you might know, babyies are born pretty much legally blind. Their acuity -- our acuity is 20/20; babies' acuity is like 20/800, so they are looking at the world in a very, very blurry fashion. Here's what a baby-cam video looks like.
Ми скоригували оптику камери так, щоб імітувати гостроту зору малюка. Можливо, ви знаєте, що діти народжуються практично сліпими. У них гострота зору -- у нас це 20/20 -- гострота зору у малюків приблизно 20/800, це означає, що вони бачать світ в дуже, дуже розмитому вигляді. Ось як виглядає відео з дитячою камери.
(Laughter) (Applause)
(Сміх) (Оплески)
Thankfully, there isn't any audio to go with this. What's amazing is that working with such highly degraded input, the baby, very quickly, is able to discover meaning in such input. But then two or three days afterward, babies begin to pay attention to their mother's or their father's face. How does that happen? We want Dylan to be able to do that, and using this mantra of motion, Dylan actually can do that. So, given that kind of video input, with just about six or seven minutes worth of video, Dylan can begin to extract patterns that include faces. So, it's an important demonstration of the power of motion.
На щастя, в цьому ролику немає звукової доріжки. І дивно, що працюючи з таким сильно розмитим зображенням, малюк дуже швидко здатний знаходити в цьому зображенні сенс. А через два або три дні малюк починає звертати увагу на обличчя своєї матері або батька. Як це відбувається? Ми хочемо, щоб Ділан був здатний на це. І користуючись цією мантрою руху, Ділан насправді робить це, навіть отримуючи зображення подібної якості. Всього через шість-сім хвилин перегляду відео Ділан починає виділяти ділянки, що містять обличчя. Це істотний доказ сили руху.
The clinical implication, it comes from the domain of autism. Visual integration has been associated with autism by several researchers. When we saw that, we asked: Could the impairment in visual integration be the manifestation of something underneath, of dynamic information processing deficiencies in autism? Because, if that hypothesis were to be true, it would have massive repercussions in our understanding of what's causing the many different aspects of the autism phenotype.
А ось медичний наслідок, який стосується області аутизму. Кілька дослідників пов'язують візуальну інтеграцію з аутизмом. Коли ми дізналися про це, ми поставили запитання: чи може порушення візуальної інтеграції бути проявом якогось прихованого дефекту обробки динамічної інформації при аутизмі? Тому що, якщо це припущення вірне, то це матиме неабиякий вплив на наше розуміння причин прояви різних аспектів фенотипу аутизму.
What you're going to see are video clips of two children -- one neurotypical, one with autism, playing Pong. So, while the child is playing Pong, we are tracking where they're looking. In red are the eye movement traces. This is the neurotypical child, and what you see is that the child is able to make cues of the dynamic information to predict where the ball is going to go. Even before the ball gets to a place, the child is already looking there. Contrast this with a child with autism playing the same game. Instead of anticipating, the child always follows where the ball has been. The efficiency of the use of dynamic information seems to be significantly compromised in autism. So we are pursuing this line of work and hopefully we'll have more results to report soon.
Зараз ви побачите на відео двох дітей, що грають в "понг", один з них з аутизмом, інший без. Поки дитина грає в "понг", ми стежимо за тим, куди він дивиться. Червоні точки показують, куди спрямований погляд, це нейротипічна дитина, і ви бачите, що дитина може отримувати підказки з динамічної інформації, щоб вгадати, куди прилетить кулька. Ще до того, як кулька досягне місця, дитина вже дивиться туди. Тепер подивіться, як в ту ж гру грає дитина з аутизмом. Замість того, щоб передбачати, він постійно дивиться туди, де знаходиться кулька. Ефективність використання динамічної інформації при аутизмі здається значно зниженою. Ми продовжуємо працювати в цьому напрямку, і, сподіваюся, скоро ми отримаємо ще більше результатів.
Looking ahead, if you think of this disk as representing all of the children we've treated so far, this is the magnitude of the problem. The red dots are the children we have not treated. So, there are many, many more children who need to be treated, and in order to expand the scope of the project, we are planning on launching The Prakash Center for Children, which will have a dedicated pediatric hospital, a school for the children we are treating and also a cutting-edge research facility. The Prakash Center will integrate health care, education and research in a way that truly creates the whole to be greater than the sum of the parts.
Забігаючи вперед, якщо уявити, що це коло символізує всіх дітей, яких ми вже вилікували, то ось це -- реальний обсяг завдання. Червоні точки -- це ті діти, яких ми не лікували. Таким чином, ще дуже багато дітей потребують лікування, і для того щоб розширити рамки проекту, ми плануємо відкрити дитячий центр Пракаш, в якому буде спеціальна педіатрична лікарня, школа для дітей, яких ми лікуємо, а також передовий дослідний центр. Центр Пракаш об'єднає охорону здоров'я, освіту і дослідження так, що це безсумнівно зробить його чимось більшим, ніж сума його частин.
So, to summarize: Prakash, in its five years of existence, it's had an impact in multiple areas, ranging from basic neuroscience plasticity and learning in the brain, to clinically relevant hypotheses like in autism, the development of autonomous machine vision systems, education of the undergraduate and graduate students, and most importantly in the alleviation of childhood blindness. And for my students and I, it's been just a phenomenal experience because we have gotten to do interesting research, while at the same time helping the many children that we have worked with.
Підводячи підсумок, Пракаш за свої п'ять років існування вплинув на кілька областей, таких як неврологія, пристосованість і здатність до навчання мозку, медично важливі гіпотези щодо аутизму, розробка автономної машинної зорової системи, навчання студентів і аспірантів, і, що найважливіше, на реабілітацію дитячої сліпоти. І для моїх студентів, і для мене це було феноменальним досвідом, тому що ми провели цікаве дослідження, і в той же час допомогли багатьом дітям, з якими працювали.
Thank you very much.
Дякую!
(Applause)
(Оплески)