OpenWater: 革新的なオープンソースのウェアラブル MRI および BCI デバイス

2018 年にメアリー ルー ジェプセンのOpenWaterに関する TED トークを初めて見たとき、私はすぐにこのテクノロジーに夢中になりました。プレゼンテーションを聞いていると、彼らがテクノロジーについて簡単に話している「マイノリティ・リポート」のシーンが頭に浮かびました。このシーンでは、プリコグたちがバスタブに横たわって未来のビジョンを夢見ており、そのビジョンが光を使って脳から読み取られます。なんてばかばかしいことだ、と私は思いました。光は脳組織を透過できません。思考を読み取るためにどのように使用できるでしょうか?ジェプセンの講演では、光が実際に脳組織だけでなく頭蓋骨さえも通過できることが明らかになりました。問題は飛散量が多すぎて全く使えなくなることです。ここで OpenWater の素晴らしいテクノロジーが登場します。

ジェプセンと彼女のチームは、適切に構造化された光を使用して、生体組織を通して光を集中させる解決策を見つけました。本質的に、彼らはレンズ系が肉と骨でできている顕微鏡を構築しました。奇妙に聞こえます。しかし、まさにその通りなのです。彼らは、生体組織そのものをシステムの一部として扱うことで、人体を観察することができます。ジェプセンは TED 講演でこのことを見事に実証しています。レーザーの経路に組織片を置きますが、散乱光の代わりに焦点が壁に現れます。これがどのようにして可能なのかを理解するために、ジェプセンの特許を見てみましょう。

図の左側には、レーザーエミッター (105/103) と特別なディスプレイ (113) で構成される「ホログラムプロジェクター」(110) があります。このディスプレイは、ディスプレイを通過する光線の位相を適切に調整します。では、なぜ「ホログラムプロジェクター」と呼ばれるのでしょうか?

ホログラム技術の本質は、写真乾板上の光線の強度を捉えるのではなく、その位相を記録することです。このプロセスでは色情報が失われますが、その代わりに、記録に使用したのと同じレーザーで照明すると、実際の物体からの場合と同じ位相で光線が現れます。私たちがホログラムを立体的に認識するのはこのためです。ジェプセンの特許では、ディスプレイはホログラムにおける写真乾板と同じ役割を果たすが、写真乾板が静的であるのに対し、このディスプレイは動的である。従来のホログラムとは異なり、これらのホログラムは人間の目には理解できません。ただし、人間の組織を通して光を集束させる可能性を提供します。これは、ぼやけた画像の前にレンズを置いて、焦点の合った鮮明な画像を取得するのと似ていますが、ここではレンズが人間の肉と骨でできている点が異なります。

図の右側には、「ホログラム」を捕捉するという点で従来のカメラとは異なる「ホログラフィックカメラ」（１６０）が示されている。これは、プロジェクターと同様に、光の強度ではなく位相を記録することを意味します。システムの動作は、従来のホログラムが参照レーザーを使用して写真乾板に記録される方法と非常に似ていますが、ここでは写真乾板の代わりに画像ピクセル アレイ (170) があります。この設定により、カメラは光の微妙な位相情報をキャプチャできるようになります。

中央の「拡散媒体」(130) とマークされているのは、観察したい人間の組織です。これはホログラムが投影される媒体であり、観察領域の組織が光の焦点を結ぶまで調整されます。組織から出た光はカメラで捉えられ、そこから必要な情報が抽出されます。一言で言えば、これがジェプセンの顕微鏡 (肉と骨から作られた) の仕組みです。このシステムをより深く理解したい方には、特許 を読むことをお勧めします。 (2019 年には、このトピックに関するより詳細な記事もありました。)

この独創的なデバイスを使用すると、MRI よりも優れた解像度で人体の画像を作成でき、巨大な磁石や高価な機器は必要ありません。ジェプセンのツールは手頃な価格で誰でも利用でき、携帯電話ほどの大きさの箱に収まるほか、衣服に一日中組み込むこともできます。しかし、なぜ人は MRI のような装置を一日中装着したいのでしょうか?

がんの本当の治療とは何か知っていますか？いいえ、特別な薬ではなく、早期発見のためのものです。癌は、1 つの反逆的な細胞としてその悪意のある生活を開始します。それは静かに成長し、長い間まったく無害です。問題は、このウイルスが人知れず気付かれることなく人体全体に広がり、発見されたときには手遅れになってしまうことが多いことです。誰もが毎日 MRI で自分自身をスキャンできれば、癌が害を及ぼす前に癌を検出できるようになり、癌で死亡する人を排除することができます。しかし、これはがんだけに当てはまるわけではありません。多くの重篤な病気は、早期に発見されれば簡単に治療できます。主な死因を考慮すると、このようなシステムはほぼすべての人に、より長く、より良い生活の質を提供できる可能性があります。したがって、OpenWater の開発は単なるツールではなく、ジェプセン氏と彼女のチームが「シリコン病院」と呼ぶ医療の完全な改革です。

OpenWater が医療分野で提供するものは魅力的ですが、このテクノロジーに対する私の熱意は別のところにあります。私の記事を定期的に読んでいる人は、私がブレイン コンピューター インターフェイス (BCI) の大ファンであることを知っています。私は、インターネットとモバイル通信 (そしておそらく VR 革命) に続く、次の大きな技術革命は BCI 革命であると信じています。 OpenWater は、この問題に対して非常に有望なソリューションを提供します。そのデバイスは、すべて非侵襲的な方法で脳のニューロンレベルの観察を可能にします (たとえば、Neuralink とは異なり、手術は必要ありません)。現在、fMRI データに基づいて夢、 視覚画像、または人間の音声を再構成する実験が進行中です。これらの実験は非常に有望ですが、患者は大きなチューブ (fMRI 装置) の中に横たわる必要があります。ジェプセンの技術はこれを単純なキャップに置き換えることになる。私たちが眠っている間に夢を記録できるネットキャップを想像してみてください。

もう 1 つの非常に興味深い可能性は、脳ではなく脊髄に焦点を当てることです。考えてみてください。私たちの脳から全身に至るすべての情報は、直径約 4 平方センチメートルの「ワイヤーの束」 (脊髄) を通過します。脳はこれによって私たちの手足、臓器、そして全身を制御しています。この情報を解釈できれば、麻痺した人々が歩く能力を回復したり、彼らが充実した生活を送れる仮想現実を構築したりできるかもしれません。これは脳全体よりも小さい領域であるため、脳全体を観察するよりもはるかに簡単な可能性があり、その可能性は興味深いものです。

さらに興味深いのは、集光された光を使用すると、人体を覗き込むだけでなく、体内の変化を引き起こすことができる可能性です。たとえば、すでに体内でがんが発生している場合、光を使用してがん細胞を破壊したり、がん細胞のみを標的とする光活性化毒素を送達したりすることができます。同様に、光でニューロンを活性化することができ、思考を読み取るだけでなく、脳に直接画像を投影することも可能になります。まるでSFのようですね。

2008 年、DARPA は次世代非外科的ニューロテクノロジー (N3)プログラムを開始しました。このプログラム内で支援されているプロジェクトの 1 つは、視覚テレパシーの実現を目的としたライス大学 MOANA プロジェクトです。このプロジェクトは DARPA から 1,800 万ドルの資金を受けました。このソリューションは、OpenWater のアプローチと同様に、光を使用して脳の状態を読み取り、磁場を使用してニューロンを活性化します。ただし、これにはベクター ウイルスと遺伝子工学を使用して脳細胞を改変し、磁場によって活性化できるようにする必要があります。この後半部分はあまり魅力的に聞こえないかもしれませんが、おそらく必要ではありません。 OpenWater のテクノロジーを使えば、おそらく光だけでニューロンへの書き込みとニューロンからの読み取りの両方に十分に対応できるでしょう。

優勝したテクノロジーが何であれ、多くの人がブレイン コンピューター インターフェイス (BCI) テクノロジーを非常に真剣に受け止めており、その開発に数百万ドルを投資していることは明らかです。このような技術は潜在的に失明を治療したり、人工装具を脳に直接統合したり、完全に没入型の仮想現実体験を可能にしたりする可能性があるため、これは驚くべきことではありません。おそらく、現在の研究者がより優れた VR ヘッドセットのために開発しているテクノロジー (高解像度の小型ディスプレイ、専用プロセッサなど) が、将来的にはレーザーを使用して私たちの脳に直接画像を投影するために使用される可能性があります。高度なイメージングとニューロテクノロジーのこの融合は、医療だけでなく、テクノロジーそのものとの関わり方にも革命をもたらす可能性があります。

誰かがそのような重要なテクノロジーを所有している場合、その詳細は厳重に守られる秘密として保護され、多額の金銭が必要な場合にのみアクセスを提供すると考える人もいるかもしれません。しかし、 OpenWater は別の道を選びました。2024 年 1 月に、ハードウェアの設計図、ソース コード、特許、測定データなどを含むテクノロジーをオープンソースにすることを発表しました。テクノロジー自体、何がより革新的であるかを判断するのは困難です。またはその背後にある哲学とビジネスモデル。このアプローチは、他の人がテクノロジーを構築して改善できるようにすることでイノベーションを加速するだけでなく、アクセスを民主化し、ヘルスケアやコンピューティングだけでなく、さまざまな分野での広範なアプリケーションにつながる可能性があります。

あなたが研究者、開発者、BCI 専門家、あるいは単にテクノロジーに興味がある人であれば、 GitHubと会社の Web サイト上のあらゆるものにアクセスできます。 OpenWater に少しでも関連する分野に携わるすべての人に、資料を参照して技術の開発に貢献することをお勧めします。これはまさに、人類全体に変化をもたらす可能性のある画期的な進歩です。

2024 年は始まったばかりであることは承知していますが、オープンウォーターの約束が当てはまるのであれば、あえてジェプセンがショーを盗んだと言いたいと思います。 OpenWater のオープンソース化は、2024 年の最も重要な技術発表になる可能性があります。