Мэри Лу Джепсен
854,991 views • 16:50

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.

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.

(Смех)

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?

(Голоса из зала) Да.

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...

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.

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.

(Аплодисменты)

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.

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.

(Смех)

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.

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.

(Аплодисменты)

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

(Смех)

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.

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.

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.

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.

(Аплодисменты)

О, спасибо!

(Аплодисменты)

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?»

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

(Аплодисменты)

Спасибо.

Второй: у двух третей людей нет доступа к медицинскому сканированию. Компактный, портативный, недорогой сканер сможет спасти многие жизни.

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.

(Аплодисменты)

Меня спрашивают, насколько глубоко мы можем проникать. Отвечаю: доступно всё тело. Но на это можно взглянуть и по-другому.

(Смех)

Моя голова засветилась, хотите увидеть снова?

(Голоса из зала) Да!

(Смех)

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.

Спасибо.

(Аплодисменты)

Спасибо.

(Аплодисменты)