OpenWater: Thiết bị MRI và BCI có thể đeo được nguồn mở mang tính cách mạng

Khi tôi lần đầu tiên xem bài nói chuyện TED của Mary Lou Jepsen trên OpenWater vào năm 2018, tôi ngay lập tức yêu thích công nghệ này. Khi tôi nghe bài thuyết trình, tôi chợt nhớ đến một cảnh trong ' Báo cáo thiểu số ', nơi họ nói ngắn gọn về công nghệ. Trong cảnh này, những đứa trẻ nằm trong bồn tắm, mơ về những viễn cảnh về tương lai, sau đó được đọc từ não của chúng bằng ánh sáng. Thật vô lý, tôi nghĩ. Ánh sáng không thể xuyên qua mô não. Làm sao nó có thể được sử dụng để đọc suy nghĩ? Chà, bài nói chuyện của Jepsen tiết lộ rằng ánh sáng thực sự có thể xuyên qua không chỉ mô não mà còn xuyên qua cả hộp sọ. Vấn đề là nó phân tán nhiều đến mức hoàn toàn không thể sử dụng được. Đây là nơi mà công nghệ tuyệt vời của OpenWater xuất hiện…

Jepsen và nhóm của cô đã tìm ra giải pháp tập trung ánh sáng qua mô sống bằng cách sử dụng ánh sáng có cấu trúc phù hợp. Về cơ bản, họ đã chế tạo một chiếc kính hiển vi có hệ thống thấu kính được làm bằng thịt và xương. Nó có vẻ kỳ lạ. Nhưng đó chính xác là những gì nó là. Họ có thể nhìn vào cơ thể con người bằng cách coi chính mô sống như một phần của hệ thống. Jepsen thể hiện điều này một cách tuyệt vời trong bài nói chuyện TED của mình, khi cô đặt một mảnh khăn giấy trên đường đi của tia laser, tuy nhiên, một điểm hội tụ lại xuất hiện trên tường thay vì ánh sáng tán xạ. Để hiểu điều này có thể thực hiện được như thế nào, chúng ta hãy xem bằng sáng chế của Jepsen.

Ở phía bên trái của sơ đồ, có một "máy chiếu ảnh ba chiều" (110), bao gồm bộ phát laser (105/103) và một màn hình đặc biệt (113). Màn hình này điều chỉnh thích hợp pha của chùm ánh sáng đi qua nó. Nhưng tại sao nó lại được gọi là “máy chiếu ảnh ba chiều”?

Bản chất của công nghệ ảnh ba chiều là thay vì ghi lại cường độ của chùm ánh sáng trên tấm ảnh, nó sẽ ghi lại pha của chúng. Mặc dù quá trình này làm mất thông tin màu sắc, nhưng đổi lại, nếu chúng ta chiếu sáng nó bằng cùng loại tia laser được sử dụng để ghi âm, các chùm ánh sáng sẽ xuất hiện theo pha chính xác như khi chúng phát ra từ vật thật. Đó là lý do tại sao chúng ta cảm nhận hình ảnh ba chiều là ba chiều. Trong bằng sáng chế của Jepsen, màn hình đóng vai trò tương tự như tấm ảnh trong ảnh ba chiều, nhưng trong khi tấm ảnh ở trạng thái tĩnh thì màn hình này lại động. Không giống như hình ảnh ba chiều truyền thống, những hình ảnh ba chiều này mắt người không thể hiểu được. Tuy nhiên, chúng mang lại khả năng tập trung ánh sáng qua mô người. Nó giống như việc đặt một thấu kính trước một hình ảnh mờ để thu được hình ảnh rõ nét, ngoại trừ ở đây, thấu kính được làm bằng thịt và xương con người.

Ở phía bên phải của sơ đồ, một "máy ảnh ba chiều" (160) được mô tả, khác với máy ảnh truyền thống ở chỗ nó chụp được "hình ba chiều". Điều này có nghĩa là, giống như máy chiếu, nó ghi lại pha ánh sáng thay vì cường độ của nó. Hoạt động của hệ thống rất giống với cách ghi ảnh ba chiều truyền thống trên tấm ảnh bằng tia laser tham chiếu, nhưng ở đây, thay vì tấm ảnh, có một mảng pixel hình ảnh (170). Thiết lập này cho phép máy ảnh ghi lại thông tin pha sắc thái của ánh sáng.

Ở giữa, được đánh dấu là "môi trường khuếch tán" (130), là mô người mà chúng ta muốn quan sát. Đây là môi trường mà hình ảnh ba chiều được chiếu lên và nó được hiệu chỉnh cho đến khi các mô trong khu vực quan sát tập trung ánh sáng. Ánh sáng thoát ra khỏi mô sẽ được camera ghi lại, từ đó có thể trích xuất thông tin cần thiết. Tóm lại, đây là cách hoạt động của kính hiển vi Jepsen (được chế tạo từ xương và thịt). Đối với những người muốn hiểu sâu hơn về hệ thống, tôi khuyên bạn nên đọc các bằng sáng chế . (Tôi cũng đã có một bài viết chi tiết hơn về chủ đề này từ năm 2019.)

Với thiết bị khéo léo này, chúng ta có thể tạo ra hình ảnh cơ thể con người với độ phân giải vượt trội so với MRI và không cần nam châm lớn và thiết bị đắt tiền. Công cụ của Jepsen có giá cả phải chăng, mọi người đều có thể tiếp cận và có thể nhét vừa trong một chiếc hộp có kích thước bằng một chiếc điện thoại di động hoặc thậm chí có thể tích hợp vào quần áo của chúng ta suốt cả ngày. Nhưng tại sao ai đó lại muốn đeo thiết bị giống MRI cả ngày?

Bạn có biết phương pháp điều trị ung thư thực sự là gì không? Không, đó không phải là một loại thuốc đặc biệt mà là việc phát hiện sớm. Ung thư bắt đầu cuộc sống độc hại của nó như một tế bào nổi loạn. Nó phát triển lặng lẽ và khá vô hại trong một thời gian dài. Vấn đề là nó lây lan một cách lén lút và không được chú ý khắp cơ thể con người, và thường khi bị phát hiện thì đã quá muộn. Nếu mọi người có thể tự quét bản thân hàng ngày bằng MRI, chúng ta có thể phát hiện ung thư kịp thời trước khi nó gây hại, loại bỏ khả năng ai đó phải chết vì nó. Nhưng điều này không chỉ đúng với bệnh ung thư. Nhiều bệnh hiểm nghèo có thể dễ dàng điều trị nếu được phát hiện sớm. Xem xét các nguyên nhân gây tử vong hàng đầu, một hệ thống như thế này có thể mang lại cho hầu hết mọi người chất lượng cuộc sống lâu hơn và tốt hơn. Do đó, sự phát triển của OpenWater không chỉ là một công cụ mà còn là một cuộc cải cách toàn diện về chăm sóc sức khỏe, mà Jepsen và nhóm của cô gọi là "Bệnh viện Silicon".

Những gì OpenWater cung cấp trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe thật hấp dẫn, tuy nhiên sự nhiệt tình của tôi đối với công nghệ này nằm ở chỗ khác. Những người thường xuyên đọc bài viết của tôi đều biết tôi là một fan hâm mộ lớn của Giao diện não-máy tính (BCI) . Tôi tin rằng sau Internet và truyền thông di động (và có thể cả cuộc cách mạng VR), cuộc cách mạng công nghệ lớn tiếp theo sẽ là cuộc cách mạng BCI. OpenWater trình bày một giải pháp rất hứa hẹn cho vấn đề này, vì thiết bị của nó cho phép quan sát não ở cấp độ nơ-ron, tất cả đều theo cách không xâm lấn (chẳng hạn như không cần phẫu thuật, không giống như Neuralink). Các thí nghiệm hiện đang được tiến hành để tái tạo lại giấc mơ , hình ảnh trực quan hoặc lời nói của con người dựa trên dữ liệu fMRI. Những thí nghiệm này rất hứa hẹn nhưng chúng yêu cầu bệnh nhân phải nằm trong một ống lớn (máy fMRI). Công nghệ của Jepsen sẽ thay thế nó bằng một chiếc nắp đơn giản. Hãy tưởng tượng một chiếc mũ lưới có khả năng ghi lại những giấc mơ của chúng ta khi chúng ta ngủ.

Một khả năng rất thú vị khác là tập trung vào tủy sống thay vì não. Chỉ cần nghĩ mà xem: tất cả thông tin từ bộ não của chúng ta đến toàn bộ cơ thể đều đi qua một “bó dây” có đường kính khoảng 4 cm vuông (tủy sống). Bộ não điều khiển các chi, các cơ quan và toàn bộ cơ thể của chúng ta thông qua việc này. Nếu chúng ta có thể diễn giải thông tin này, chúng ta có thể khôi phục khả năng đi lại của những người bị liệt hoặc xây dựng một thực tế ảo cho họ nơi họ có thể sống một cuộc sống trọn vẹn. Vì đây là một khu vực nhỏ hơn toàn bộ não nên việc quan sát nó có thể đơn giản hơn nhiều so với quan sát toàn bộ não và khả năng thực hiện rất hấp dẫn.

Thú vị hơn nữa là khả năng với ánh sáng tập trung, chúng ta không chỉ có thể nhìn vào cơ thể con người mà còn tạo ra những thay đổi bên trong cơ thể con người. Ví dụ, nếu ung thư đã phát triển trong cơ thể chúng ta, chúng ta có thể sử dụng ánh sáng để tiêu diệt các tế bào ung thư hoặc cung cấp chất độc được kích hoạt bằng ánh sáng chỉ nhắm vào các tế bào ung thư. Tương tự, chúng ta có thể kích hoạt tế bào thần kinh bằng ánh sáng, không chỉ có thể đọc suy nghĩ mà còn có thể chiếu hình ảnh trực tiếp vào não. Nghe có vẻ giống khoa học viễn tưởng phải không?

Năm 2008, DARPA triển khai chương trình Công nghệ thần kinh không phẫu thuật thế hệ tiếp theo (N3) . Một trong những dự án được hỗ trợ trong chương trình này là dự án MOANA của Đại học Rice , nhằm đạt được khả năng thần giao cách cảm bằng thị giác. Dự án đã nhận được 18 triệu USD tài trợ từ DARPA. Giải pháp tương tự như phương pháp của OpenWater, sẽ sử dụng ánh sáng để đọc trạng thái của não và từ trường để kích hoạt tế bào thần kinh. Tuy nhiên, điều này sẽ liên quan đến việc sử dụng virus vector và kỹ thuật di truyền để sửa đổi các tế bào não để chúng có thể được kích hoạt bằng từ trường. Phần sau này nghe có vẻ không hấp dẫn lắm nhưng có lẽ nó không cần thiết. Với công nghệ của OpenWater, có lẽ chỉ riêng ánh sáng thôi cũng có thể đủ cho cả việc ghi và đọc từ các tế bào thần kinh.

Dù công nghệ chiến thắng là gì thì rõ ràng là nhiều người đang rất coi trọng công nghệ Giao diện Máy tính-Não bộ (BCI), đầu tư hàng triệu đô la vào việc phát triển nó. Điều này hầu như không có gì đáng ngạc nhiên, vì công nghệ như vậy có khả năng chữa khỏi bệnh mù lòa, tích hợp trực tiếp các bộ phận giả với não hoặc thậm chí cho phép trải nghiệm thực tế ảo hoàn toàn sống động. Có lẽ chính những công nghệ mà các nhà nghiên cứu hiện tại đang phát triển cho tai nghe VR tốt hơn (chẳng hạn như màn hình thu nhỏ có độ phân giải cao hơn, bộ xử lý chuyên dụng, v.v.) trong tương lai có thể được sử dụng để chiếu hình ảnh trực tiếp vào não chúng ta bằng tia laser. Sự kết hợp giữa hình ảnh tiên tiến và công nghệ thần kinh này có thể cách mạng hóa không chỉ chăm sóc sức khỏe mà còn cả cách chúng ta tương tác với chính công nghệ.

Người ta có thể nghĩ rằng nếu ai đó sở hữu một công nghệ quan trọng như vậy, họ sẽ bảo vệ các chi tiết của nó như những bí mật được bảo vệ chặt chẽ, chỉ cung cấp quyền truy cập khi có số tiền đáng kể. Tuy nhiên, OpenWater đã chọn một con đường khác: vào tháng 1 năm 2024, họ tuyên bố sẽ biến công nghệ này thành nguồn mở, bao gồm bản thiết kế phần cứng, mã nguồn, bằng sáng chế, dữ liệu đo lường, v.v. Thật khó để xác định điều gì mang tính cách mạng hơn: bản thân công nghệ hoặc triết lý và mô hình kinh doanh đằng sau nó. Cách tiếp cận này không chỉ đẩy nhanh sự đổi mới bằng cách cho phép người khác xây dựng và cải tiến công nghệ mà còn dân chủ hóa quyền truy cập, có khả năng dẫn đến các ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau ngoài chăm sóc sức khỏe và điện toán.

Nếu bạn là nhà nghiên cứu, nhà phát triển, chuyên gia BCI hoặc đơn giản là người quan tâm đến công nghệ, bạn có thể truy cập mọi thứ trên GitHub và trang web của công ty . Tôi khuyến khích tất cả những người có lĩnh vực thậm chí hơi liên quan đến OpenWater xem xét tài liệu và đóng góp cho sự phát triển của công nghệ. Đây thực sự là bước đột phá có thể mang lại sự thay đổi toàn diện cho nhân loại.

Tôi nhận ra rằng năm 2024 chỉ mới bắt đầu, nhưng nếu những gì OpenWater hứa hẹn giữ vững, thì tôi dám nói rằng Jepsen đã đánh cắp chương trình. Tạo nguồn mở OpenWater rất có thể là thông báo công nghệ quan trọng nhất của năm 2024.