OpenWater: революционное носимое устройство МРТ и ИМК с открытым исходным кодом

Когда я впервые увидел выступление Мэри Лу Джепсен на TED об OpenWater в 2018 году, я сразу влюбился в эту технологию. Когда я слушал презентацию, мне на ум пришла сцена из « Особого мнения », где они кратко говорили о технологии. В этой сцене предсказатели лежат в ванне и мечтают о видениях будущего, которые затем считываются из их мозга с помощью света. «Какой абсурд», — подумал я. Свет не может проникнуть в ткани мозга. Как его можно использовать для чтения мыслей? Выступление Джепсена показало, что свет действительно может проходить не только через ткань мозга, но даже через череп. Проблема в том, что он настолько разлетается, что становится совершенно непригодным для использования. Именно здесь на помощь приходит блестящая технология OpenWater…

Джепсен и ее команда нашли решение, позволяющее фокусировать свет через живые ткани, используя соответствующим образом структурированный свет. По сути, они создали микроскоп, система линз которого сделана из плоти и костей. Это звучит странно. Но это именно то, что есть. Они могут заглянуть внутрь человеческого тела, рассматривая живую ткань как часть системы. Джепсен прекрасно демонстрирует это в своем выступлении на TED, где она помещает кусок ткани на путь лазера, и все же на стене вместо рассеянного света появляется сфокусированная точка. Чтобы понять, как это возможно, давайте посмотрим на патент Джепсена.

В левой части схемы расположен «голограммный проектор» (110), состоящий из лазерного излучателя (105/103) и специального дисплея (113). Этот дисплей соответствующим образом регулирует фазу проходящих через него световых лучей. Но почему его называют «проектором голограмм»?

Суть технологии голограмм заключается в том, что вместо фиксации интенсивности световых лучей на фотопластине она записывает их фазу. Хотя этот процесс теряет информацию о цвете, в свою очередь, если мы освещаем его тем же лазером, который использовался для записи, световые лучи появляются в той же фазе, что и от реального объекта. Вот почему мы воспринимаем голограмму как трехмерную. В патенте Джепсена дисплей играет ту же роль, что и фотопластинка в голограмме, но, хотя фотопластинка статична, этот дисплей является динамичным. В отличие от традиционных голограмм, эти голограммы непонятны человеческому глазу. Однако они предлагают возможность фокусировать свет через ткани человека. Это похоже на размещение линзы перед размытым изображением, чтобы получить четкое, сфокусированное изображение, за исключением того, что линза сделана из человеческой плоти и костей.

В правой части схемы изображена «голографическая камера» (160), отличающаяся от традиционной камеры тем, что она фиксирует «голограмму». Это означает, что, как и проектор, он записывает фазу света, а не его интенсивность. Работа системы очень похожа на то, как традиционная голограмма записывается на фотопластину с помощью эталонного лазера, только здесь вместо фотопластинки используется матрица пикселей изображения (170). Такая настройка позволяет камере улавливать тонкую информацию о фазе света.

В центре, отмеченном как «диффузная среда» (130), находится человеческая ткань, которую мы хотим наблюдать. Это среда, на которую проецируется голограмма, и она калибруется до тех пор, пока ткани в наблюдаемой области не фокусируют свет. Свет, выходящий из тканей, улавливается камерой, из которой можно извлечь необходимую информацию. В двух словах, именно так работает микроскоп Джепсена (построенный из плоти и костей). Тем, кто заинтересован в более глубоком понимании системы, рекомендую прочитать патенты . (У меня также была более подробная статья на эту тему от 2019 года.)

С помощью этого гениального устройства мы можем создавать изображения человеческого тела с разрешением, превосходящим разрешение МРТ, и нет необходимости в массивных магнитах и дорогостоящем оборудовании. Инструмент Jepsen доступен по цене, доступен каждому и может поместиться в коробку размером с мобильный телефон или даже быть интегрирован в нашу одежду в течение дня. Но зачем кому-то носить устройство, похожее на МРТ, весь день?

Знаете ли вы, каково настоящее лечение рака? Нет, это не специальный препарат, а скорее раннее выявление. Рак начинает свою вредоносную жизнь как одна клетка-отступник. Он растет спокойно и довольно безвреден в течение длительного времени. Проблема в том, что он распространяется незаметно и незаметно по всему человеческому телу, и зачастую к тому времени, когда его обнаруживают, уже слишком поздно. Если бы каждый мог ежедневно сканировать себя с помощью МРТ, мы могли бы обнаружить рак вовремя, прежде чем он причинит вред, избавив кого-либо от необходимости умирать от него. Но это справедливо не только для рака. Многие серьезные заболевания можно легко вылечить, если их обнаружить на ранней стадии. Учитывая основные причины смертности, подобная система могла бы предложить почти каждому более долгую и лучшую жизнь. Поэтому разработка OpenWater — это не просто инструмент, а полноценная реформа здравоохранения, которую Джепсен и ее команда называют «Силиконовой больницей».

То, что OpenWater предлагает в сфере здравоохранения, впечатляет, но мой энтузиазм по поводу этой технологии заключается в другом. Те, кто регулярно читает мои статьи, знают , что я большой поклонник интерфейсов «мозг-компьютер» (BCI) . Я считаю, что после Интернета и мобильной связи (и, возможно, революции виртуальной реальности) следующей крупной технологической революцией станет революция BCI. OpenWater представляет собой очень многообещающее решение для этой цели, поскольку его устройство позволяет наблюдать за мозгом на уровне нейронов неинвазивным способом (не требуется хирургического вмешательства, в отличие, например, от Neuralink). В настоящее время проводятся эксперименты по реконструкции снов , зрительных образов или человеческой речи на основе данных фМРТ. Эти эксперименты очень многообещающие, но они требуют, чтобы пациент лежал внутри большой трубки (аппарата фМРТ). Технология Джепсена заменила бы это простой кепкой. Представьте себе сетевую шапку, способную записывать наши сны, пока мы спим.

Еще одна очень интересная возможность — сосредоточиться на спинном мозге, а не на головном. Только вдумайтесь: вся информация от нашего мозга ко всему телу проходит через «пучок проводов» диаметром около 4 квадратных сантиметров (спинной мозг). Благодаря этому мозг управляет нашими конечностями, органами и всем нашим телом. Если мы сможем интерпретировать эту информацию, мы сможем восстановить способность парализованных людей ходить или построить для них виртуальную реальность, где они смогут жить полноценной жизнью. Поскольку это меньшая область, чем весь мозг, наблюдать за ней может быть намного проще, чем наблюдать за всем мозгом, а возможности просто потрясающие.

Еще более интересной является возможность того, что с помощью сфокусированного света мы сможем не только заглянуть в человеческое тело, но и вызвать внутри него изменения. Например, если в нашем организме уже развился рак, мы можем использовать свет для уничтожения раковых клеток или доставлять активируемые светом токсины, нацеленные только на раковые клетки. Точно так же мы можем активировать нейроны светом, делая возможным не только чтение мыслей, но и проекцию изображений непосредственно в мозг. Звучит как научная фантастика, не так ли?

В 2008 году DARPA запустило программу «Нехирургические нейротехнологии следующего поколения» (N3) . Одним из проектов, поддерживаемых в рамках этой программы, является проект MOANA Университета Райса , целью которого является достижение визуальной телепатии. Проект получил финансирование в размере 18 миллионов долларов от DARPA. Решение, аналогичное подходу OpenWater, будет использовать свет для определения состояния мозга и магнитные поля для активации нейронов. Однако это потребует использования векторных вирусов и генной инженерии для модификации клеток мозга, чтобы их можно было активировать магнитными полями. Эта последняя часть может показаться не такой привлекательной, но, возможно, в этом нет необходимости. Благодаря технологии OpenWater, возможно, одного света будет достаточно для записи и чтения нейронов.

Какой бы ни была технология-победитель, очевидно, что многие очень серьезно относятся к технологии интерфейса мозг-компьютер (BCI), инвестируя миллионы долларов в ее развитие. Это неудивительно, поскольку такая технология потенциально может вылечить слепоту, напрямую интегрировать протезы с мозгом или даже обеспечить полное погружение в виртуальную реальность. Возможно, те самые технологии, которые нынешние исследователи разрабатывают для улучшения гарнитур виртуальной реальности (например, миниатюрные дисплеи с более высоким разрешением, специализированные процессоры и т. д.), в будущем могут быть использованы для проецирования изображений непосредственно в наш мозг с помощью лазеров. Такое слияние передовых методов визуализации и нейротехнологий может произвести революцию не только в здравоохранении, но и в том, как мы взаимодействуем с самими технологиями.

Можно подумать, что если кто-то обладает такой важной технологией, он будет хранить ее детали как строжайший секрет, предоставляя доступ только за значительные суммы денег. Однако OpenWater пошла по другому пути: в январе 2024 года они объявили, что сделают технологию открытой, включая чертежи оборудования, исходные коды, патенты, данные измерений и т. д. Трудно определить, что является более революционным: сама технология. или философия и бизнес-модель, лежащие в ее основе. Такой подход не только ускоряет инновации, позволяя другим развивать и совершенствовать технологию, но также демократизирует доступ, что потенциально может привести к широкому распространению приложений в различных областях, помимо здравоохранения и вычислений.

Если вы исследователь, разработчик, эксперт BCI или просто человек, интересующийся технологиями, вы можете получить доступ ко всему на GitHub и на веб-сайте компании . Я бы посоветовал всем, чья сфера хоть немного связана с OpenWater, ознакомиться с материалами и внести свой вклад в развитие технологии. Это действительно прорыв, который может привести к изменению всего человечества.

Я понимаю, что 2024 год только начался, но если обещания OpenWater сбудутся, то я бы рискнул сказать, что Джепсен затмил всех. Открытие открытого исходного кода OpenWater вполне может стать самым важным технологическим объявлением 2024 года.