TED日本語 - アレグザンダー・シアラス: 受胎から誕生までを可視化する


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TED日本語 - アレグザンダー・シアラス: 受胎から誕生までを可視化する

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Conception to birth -- visualized


Alexander Tsiaras






I was offered a position as associate professor of medicine and chief of scientific visualization at Yale University in the department of medicine. And my job was to write many of the algorithms and code for NASA to do virtual surgery in preparation for the astronauts going into deep spaceflight, so they could be kept in robotic pods. One of the fascinating things about what we were actually working on is that we were seeing, using new kinds of scanning technologies, things that had just never been seen before -- I mean, not only in disease management, but also things that allowed us to see things about the body that just made you marvel.

I remember one of the first times we were looking at collagen. And your entire body, everything -- your hair, skin, bone, nails -- everything is made of collagen. And it's a kind of rope-like structure that twirls and swirls like this. And the only place that collagen changes its structure is in the cornea of your eye. In your eye, it becomes a grid formation, and therefore, it becomes transparent, as opposed to opaque. So perfectly organized a structure, it was hard not to attribute divinity to it. Because we kept on seeing this over and over and over again in different parts of the body.

One of the opportunities I had was one person was working on a really interesting micromagnetic resonance imaging machine with the NIH. And what we were going to do was scan a new project on the development of the fetus from conception to birth using these kinds of new technologies. So I wrote the algorithms in code, and he built the hardware -- Paul Lauterbur -- then went onto win the Nobel Prize for inventing the MRI. I got the data. And I'm going to show you a sample of the piece, "From Conception to Birth."


Video text: "From Conception to Birth" Oocyte Sperm Egg Inseminated 24 Hours: Baby's first division The fertilized ovum divides a few hours after fusion ... And divides anew every 12 to 15 hours. Early Embryo Yolk sack still feeding Baby. 25 Days: Heart chamber developing 32 Days: Arms & hands are developing 36 Days: Beginning of the primitive vertabrae These weeks are the period of the most rapid development of the fetus. If the fetus continues to grow at this speed for the entire nine months, it would be 1.5 tons at birth. 45 Days Embryo's heart is beating twice as fast as the mother's. 51 Days 52 Days: Developing retina, nose and fingers The fetus' continual movement in the womb is necessary for muscular and skeletal growth. 12 Weeks: Indifferent penis -- girl or boy yet to be determined 8 Months Delivery: the expulsion stage The moment of birth


Alexander Tsiaras: Thank you. But as you can see, when you actually start working on this data, it's pretty spectacular. And as we kept on scanning more and more, working on this project, looking at these two simple cells that have this kind of unbelievable machinery that will become the magic of you. And as we kept on working on this data, looking at small clusters of the body, these little pieces of tissue that were a trophoblast coming off of a blastocyst, all of a sudden burrowing itself into the side of the uterus, saying, "I'm here to stay." All of a sudden having conversation and communications with the estrogens, the progesterones, saying, "I'm here to stay, plant me," building this incredible trilinear fetus that becomes, within 44 days, something that you can recognize, and then at nine weeks is really kind of a little human being. The marvel of this information: How do we actually have this biological mechanism inside our body to actually see this information?

I'm going to show you something pretty unique. Here's a human heart at 25 [ weeks ] . It's just basically two strands. And like this magnificent origami, cells are developing at one million cells per second at four weeks, as it's just folding on itself. Within five weeks, you can start to see the early atrium and the early ventricles. Six weeks, these folds are now beginning with the papilla on the inside of the heart actually being able to pull down each one of those valves in your heart until you get a mature heart -- and then basically the development of the entire human body. The magic of the mechanisms inside each genetic structure saying exactly where that nerve cell should go -- the complexity of these mathematical models of how these things are indeed done are beyond human comprehension.

Even though I am a mathematician, I look at this with marvel of how do these instruction sets not make these mistakes as they build what is us? It's a mystery, it's magic, it's divinity. Then you start to take a look at adult life. Take a look at this little tuft of capillaries. It's just a tiny sub-substructure, microscopic. But basically by the time you're nine months and you're given birth, you have almost 60,000 miles of vessels inside your body. I mean, and only one mile is visible. 59,999 miles that are basically bringing nutrients and taking waste away. The complexity of building that within a single system is, again, beyond any comprehension or any existing mathematics today.

And that instruction set, from the brain to every other part of the body -- look at the complexity of the folding. Where does this intelligence of knowing that a fold can actually hold more information, so as you actually watch the baby's brain grow -- and this is one of the things that we're doing right now. We're actually doing the launch of two new studies of actually scanning babies' brains from the moment they're born. Every six months until they're six years old -- we're going to be doing actually to about 250 children -- watching exactly how the gyri and the sulci of the brains fold to see how this magnificent development actually turns into memories and the marvel that is us.

And it's not just our own existence, but how does the woman's body understand to have genetic structure that not only builds her own, but then has the understanding that allows her to become a walking immunological, cardiovascular system that basically is a mobile system that can actually nurture, treat this child with a kind of marvel that is beyond, again, our comprehension -- the magic that is existence, that is us?

Thank you.


私は医学准教授 兼 科学的可視化主任として イェール大学医学部に 招かれました 私の仕事は NASAのために 宇宙飛行士の宇宙滞在に備えた ロボットポッドによる仮想手術用の プログラムを書くことでした 取り組んだ中で特に素晴らしかったのは スキャン技術を使って かつては見ることのできなかったものを 見られるようにしたことです 単に病気の処置というだけではなく 驚異に満ちた人の体の仕組みを 見ることができるようにしたのです

コラーゲンを最初に見たときのことをよく覚えています 体中のいたる部分 髪 皮膚 骨 爪 様々なものがコラーゲンでできています 縄のような構造をしており こんな風にくねり 渦巻いています コラーゲンの構造が変わる場所は 目の中の 角膜だけです そこでは格子状になっていて 透明になるのです 完璧に整った構造で 神秘を感ぜずには いられませんでした そのようなものを体の至る所で 目にしたからです

国立衛生研究所と 興味深いMRI装置に 取り組んでいる人物と 一緒に仕事する機会がありました 私たちがやっていたのは この新しい技術を使って 受胎から誕生までの胎児の発達を スキャンするというプロジェクトです 私がアルゴリズムを書き ポール・ラウターバーがハードウェアを作りました 彼は後にMRIの発明でノーベル賞を手にしています 私はデータを手にしました 「受胎から誕生まで」の 一部をご覧に入れましょう


「受胎から誕生まで」 卵母細胞 精子 受精卵 24時間 最初の卵割 受精卵は融合後数時間で分裂し・・・ 12?15時間ごとに卵割を繰り返す 初期胚 栄養はまだ卵黄嚢から取っている 25日目 心腔が発達する 32日目 腕と手が発達する 36日目 原始的な脊椎が現れる この時期に胚は最も急速に成長する このペースで成長し続けたなら 生まれる頃には 1.5トンにもなっているだろう 45日目 胚の心拍の速さは母親の2倍 51日目 52日目 網膜 鼻 指が発達する 子宮内で絶えず動いているが これは筋肉と骨格を発達させるため不可欠である 12週目 未分化のペニス? 見た目上 男女はまだわからない 8ヶ月目 分娩 娩出期 誕生の時


ありがとうございます ご覧の通り このデータに取り組んでいると その見事さに打たれます スキャンしていくごとに プロジェクトで作業するほどに感じます 2つの単純な細胞が やがて人間という魔法のような存在へと成長する 驚くべき機構を備えているのです このデータに取り組み まだ小さな塊の体に目を向けると 胚盤胞の外側の 栄養膜組織が 突然子宮の側面に付着し 「ここにいよう」と言います 卵胞ホルモン 黄体ホルモンを使って 突然 コミュニケーションを取り始め 「ここに根付くことにしよう」と伝え この驚くべき三角の胚を作り 44日目には それと認識できる形になり 9週間で 小さな人間のようになります 驚くべきは情報です 体の中の生物学的メカニズムは 情報をどうやって 得ているのでしょう?

変わったものをお見せしましょう 25日目の人の心臓です 2本の子縄のようなものが 見事な折り紙のように 4週目には 毎秒百万個の細胞を作り出しながら 自らを折り畳み 5週間目には初期の心房と心室が現れ 6週目には心臓内部に 乳頭状突起ができはじめ 心臓の弁のそれぞれが このようにできていき やがて成熟した心臓ができあがります 体全体も基本的に同じように発達します 遺伝的構造の中のメカニズムが 神経細胞が正確にどこに行くべきなのか 魔法のように伝えます それがどのように行われるかの 数学的モデルの複雑さは 人の理解力を越えています

私自身数学者ですが これら一連の命令が ミスすることもなく 私たちの体を作っていくのを 驚きをもって見ています ミステリーであり 魔法であり 神を思わせます 成長した体に目を向けましょう 毛細血管の小さな房 小さな顕微鏡的下部構造です 9ヶ月で産み落とされる時には 体の中に6万マイル近くの 血管ができていますが 見えているのはそのうちの1マイルだけ あとの59,999マイルは 栄養を運び 老廃物を運び出しています このようなシステムを作り出す複雑さは どのような理解も 既知の数学さえ越えています

脳から体の様々な部分へと 送られる命令の体系・・・ この折り畳みの複雑さを見てください 皺によってより多くの情報を 保持できるという知恵は どこからくるのか 赤ちゃんの脳の成長を見るといいです これは実際 今私たちがしていることです 生まれた瞬間から赤ちゃんの脳を スキャンする新しい研究を立ち上げています 6歳になるまで6ヶ月ごとに行い 250人ほどを対象にすることになるでしょう 脳回と溝がどう織り込まれ この発達が記憶や人間という驚異に どうつながるのかを見たいと思っています

自分自身の存在だけではありません 女性の体は遺伝子構造を どう理解しているのか 自分の体を作るだけでなく それはまた 自らを 歩く免疫学的心血管システム 移動可能な子育てシステムへと 作り上げる知恵を 持ち合わせているという驚異 これもまた我々の理解を超えているものであり 我々という存在がもつ魔法です



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