OpenWater : un appareil d'IRM et BCI portable open source révolutionnaire

Lorsque j'ai vu pour la première fois la conférence TED de Mary Lou Jepsen sur OpenWater en 2018, je suis immédiatement tombée amoureuse de la technologie. En écoutant la présentation, une scène de « Minority Report » m'est venue à l'esprit, où ils parlaient brièvement de la technologie. Dans la scène, des précogs sont allongés dans une baignoire et imaginent des visions du futur, qui sont ensuite lues dans leur cerveau grâce à la lumière. Comme c’est absurde, ai-je pensé. La lumière ne peut pas pénétrer dans les tissus cérébraux. Comment pourrait-il être utilisé pour lire dans les pensées ? Eh bien, le discours de Jepsen a révélé que la lumière peut effectivement traverser non seulement le tissu cérébral, mais même le crâne. Le problème est qu’il se disperse tellement qu’il devient totalement inutilisable. C’est là qu’intervient la brillante technologie d’OpenWater…

Jepsen et son équipe ont trouvé une solution pour concentrer la lumière à travers les tissus vivants en utilisant une lumière structurée de manière appropriée. Essentiellement, ils ont construit un microscope dont le système de lentilles est constitué de chair et d’os. Cela semble étrange. Mais c'est exactement ce dont il s'agit. Ils peuvent voir à l’intérieur du corps humain en traitant les tissus vivants eux-mêmes comme faisant partie du système. Jepsen le démontre magnifiquement dans sa conférence TED, où elle place un morceau de tissu sur le trajet d'un laser, et pourtant, un point focalisé apparaît sur le mur au lieu d'une lumière dispersée. Pour comprendre comment cela est possible, regardons le brevet de Jepsen.

Sur le côté gauche du diagramme, il y a un "projecteur d'hologramme" (110), composé d'un émetteur laser (105/103) et d'un écran spécial (113). Cet affichage ajuste de manière appropriée la phase des faisceaux lumineux qui le traversent. Mais pourquoi l’appelle-t-on « projecteur d’hologrammes » ?

L’essence de la technologie des hologrammes est qu’au lieu de capturer l’intensité des faisceaux lumineux sur une plaque photographique, elle enregistre leur phase. Bien que ce processus perde des informations sur la couleur, en retour, si nous l'éclairons avec le même laser utilisé pour effectuer l'enregistrement, les faisceaux lumineux émergent dans la phase exacte comme ils le feraient de l'objet réel. C'est pourquoi nous percevons l'hologramme comme tridimensionnel. Dans le brevet de Jepsen, l'affichage joue le même rôle que la plaque photographique dans un hologramme, mais si la plaque photographique est statique, cet affichage est dynamique. Contrairement aux hologrammes traditionnels, ces hologrammes sont incompréhensibles à l’œil humain. Cependant, ils offrent la possibilité de focaliser la lumière à travers les tissus humains. Cela revient à placer un objectif devant une image floue pour obtenir une image claire et nette, sauf qu'ici, l'objectif est fait de chair et d'os humains.

Sur le côté droit du diagramme, une « caméra holographique » (160) est représentée, qui diffère d'une caméra traditionnelle en ce sens qu'elle capture un « hologramme ». Cela signifie que, comme le projecteur, il enregistre la phase de la lumière plutôt que son intensité. Le fonctionnement du système est très similaire à la façon dont un hologramme traditionnel est enregistré sur une plaque photographique à l'aide d'un laser de référence, mais ici, au lieu d'une plaque photographique, il y a un réseau de pixels d'image (170). Cette configuration permet à la caméra de capturer les informations de phase nuancées de la lumière.

Au centre, marqué « milieu diffus » (130), se trouve le tissu humain que l'on souhaite observer. C'est le support sur lequel l'hologramme est projeté et il est calibré jusqu'à ce que les tissus de la zone observée concentrent la lumière. La lumière qui sort des tissus est captée par la caméra, à partir de laquelle les informations nécessaires peuvent être extraites. En résumé, voici comment fonctionne le microscope de Jepsen (construit à partir de chair et d'os). Pour ceux qui souhaitent une compréhension plus approfondie du système, je recommande de lire les brevets . (J'ai également eu un article plus détaillé sur le sujet de 2019.)

Grâce à cet ingénieux appareil, nous pouvons créer des images du corps humain avec une résolution supérieure à celle d'une IRM, sans avoir besoin d'aimants massifs ni d'équipements coûteux. L'outil de Jepsen est abordable, accessible à tous, et peut tenir dans une boîte de la taille d'un téléphone portable ou même être intégré tout au long de la journée dans nos vêtements. Mais pourquoi quelqu’un voudrait-il porter un appareil de type IRM toute la journée ?

Savez-vous quel est le véritable traitement contre le cancer ? Non, ce n'est pas un médicament spécial, mais plutôt une détection précoce. Le cancer commence sa vie malveillante comme une cellule renégat. Il pousse tranquillement et reste assez inoffensif pendant longtemps. Le problème est qu’il se propage furtivement et inaperçu dans tout le corps humain, et souvent au moment où il est détecté, il est trop tard. Si tout le monde pouvait se scanner quotidiennement avec une IRM, nous pourrions détecter le cancer à temps avant qu’il ne cause des dommages, éliminant ainsi le besoin d’en mourir. Mais cela n’est pas seulement vrai pour le cancer. De nombreuses maladies graves peuvent être facilement traitées si elles sont détectées tôt. Compte tenu des principales causes de décès, un système comme celui-ci pourrait offrir à presque tout le monde une qualité de vie plus longue et meilleure. Par conséquent, le développement d’OpenWater n’est pas seulement un outil, mais une réforme complète des soins de santé, que Jepsen et son équipe appellent « l’hôpital Silicon ».

Ce que propose OpenWater en matière de santé est fascinant, mais mon enthousiasme pour cette technologie est ailleurs. Ceux qui lisent régulièrement mes articles savent que je suis un grand fan des interfaces cerveau-ordinateur (BCI) . Je crois qu'après Internet et la communication mobile (et peut-être la révolution VR), la prochaine révolution technologique majeure sera la révolution BCI. OpenWater présente une solution très prometteuse pour cela, puisque son dispositif permet d'observer le cerveau au niveau des neurones, le tout de manière non invasive (aucune intervention chirurgicale n'est nécessaire, contrairement à Neuralink par exemple). Des expériences sont actuellement en cours pour reconstruire des rêves , des images visuelles ou la parole humaine à partir de données IRMf. Ces expériences sont très prometteuses, mais elles nécessitent que le patient soit allongé dans un grand tube (l'appareil IRMf). La technologie de Jepsen remplacerait cela par un simple bouchon. Imaginez une casquette nette capable d'enregistrer nos rêves pendant que nous dormons.

Une autre possibilité très intéressante consiste à se concentrer sur la moelle épinière plutôt que sur le cerveau. Pensez-y : toutes les informations de notre cerveau vers le corps entier passent par un « faisceau de fils » d'environ 4 centimètres carrés de diamètre (la moelle épinière). Le cerveau contrôle ainsi nos membres, nos organes et tout notre corps. Si nous pouvons interpréter ces informations, nous pourrions restaurer la capacité des personnes paralysées à marcher ou construire pour elles une réalité virtuelle où elles pourront vivre pleinement. Puisqu’il s’agit d’une zone plus petite que l’ensemble du cerveau, l’observer pourrait être beaucoup plus simple que d’observer l’ensemble du cerveau, et les possibilités sont fascinantes.

Ce qui est encore plus excitant est la possibilité qu'avec une lumière focalisée, nous puissions non seulement observer le corps humain, mais également y provoquer des changements. Par exemple, si un cancer s’est déjà développé dans notre corps, nous pouvons utiliser la lumière pour détruire les cellules cancéreuses ou délivrer des toxines activées par la lumière qui ciblent uniquement les cellules cancéreuses. De la même manière, nous pouvons activer les neurones avec la lumière, rendant ainsi possible non seulement la lecture des pensées, mais également la projection d’images directement dans le cerveau. Cela ressemble à de la science-fiction, n'est-ce pas ?

En 2008, la DARPA a lancé son programme de neurotechnologie non chirurgicale de nouvelle génération (N3) . L'un des projets soutenus dans le cadre de ce programme est le projet MOANA de l'Université Rice , qui vise à réaliser la télépathie visuelle. Le projet a reçu un financement de 18 millions de dollars de la DARPA. La solution, similaire à l'approche d'OpenWater, utiliserait la lumière pour lire l'état du cerveau et les champs magnétiques pour activer les neurones. Cependant, cela impliquerait l’utilisation de virus vecteurs et du génie génétique pour modifier les cellules cérébrales afin qu’elles puissent être activées par des champs magnétiques. Cette dernière partie ne semble peut-être pas si attrayante, mais elle n'est peut-être pas nécessaire. Avec la technologie d'OpenWater, la lumière seule pourrait peut-être suffire à la fois pour écrire et lire sur les neurones.

Quelle que soit la technologie gagnante, il est clair que nombreux sont ceux qui prennent très au sérieux la technologie de l'interface cerveau-ordinateur (BCI), investissant des millions de dollars dans son développement. Cela n’est guère surprenant, car une telle technologie pourrait potentiellement guérir la cécité, intégrer directement des prothèses au cerveau ou même permettre des expériences de réalité virtuelle totalement immersives. Peut-être que les technologies mêmes que les chercheurs actuels développent pour de meilleurs casques VR (telles que des écrans miniatures à plus haute résolution, des processeurs dédiés, etc.) pourraient à l’avenir être utilisées pour projeter des images directement dans notre cerveau à l’aide de lasers. Cette fusion de l’imagerie avancée et de la neurotechnologie pourrait révolutionner non seulement les soins de santé, mais aussi la façon dont nous interagissons avec la technologie elle-même.

On pourrait penser que si quelqu’un possède une technologie aussi importante, il en garderait les détails comme des secrets jalousement gardés, ne donnant accès qu’à des sommes d’argent substantielles. Cependant, OpenWater a choisi une voie différente : en janvier 2024, ils ont annoncé qu'ils rendraient la technologie open source, y compris les plans matériels, les codes sources, les brevets, les données de mesure, etc. Il est difficile de déterminer ce qui est le plus révolutionnaire : la technologie elle-même. ou la philosophie et le modèle commercial qui la sous-tendent. Cette approche accélère non seulement l'innovation en permettant à d'autres de s'appuyer sur et d'améliorer la technologie, mais démocratise également l'accès, conduisant potentiellement à des applications généralisées dans divers domaines au-delà des soins de santé et de l'informatique.

Si vous êtes chercheur, développeur, expert BCI ou simplement quelqu'un intéressé par la technologie, vous pouvez accéder à tout sur GitHub et sur le site Web de l'entreprise . J'encourage tous ceux dont le domaine est même légèrement lié à OpenWater à revoir les documents et à contribuer au développement de la technologie. Il s’agit véritablement d’une avancée majeure qui pourrait entraîner un changement dans l’ensemble de l’humanité.

Je me rends compte que 2024 ne fait que commencer, mais si les promesses d’OpenWater tiennent, alors j’oserais dire que Jepsen a volé la vedette. Rendre OpenWater open source pourrait très bien être l’annonce technologique la plus importante de 2024.