TED日本語 - ネイサン・ミアボルド: レーザーでマラリアは退治できるか


TED Talks(英語 日本語字幕付き動画)

TED日本語 - ネイサン・ミアボルド: レーザーでマラリアは退治できるか

TED Talks

Could this laser zap malaria?
Nathan Myhrvold




We invent. My company invents all kinds of new technology in lots of different areas. And we do that for a couple of reasons. We invent for fun -- invention is a lot of fun to do -- and we also invent for profit. The two are related because the profit actually takes long enough that if it isn't fun, you wouldn't have the time to do it. So we do this fun and profit-oriented inventing for most of what we do, but we also have a program where we invent for humanity -- where we take some of our best inventors, and we say, "Are there problems where we have a good idea for solving a problem the world has?" -- and to solve it in the way we try to solve problems, which is with dramatic, crazy, out-of-the-box solutions. Bill Gates is one of those smartest guys of ours that work on these problems and he also funds this work, so thank you. So I'm going to briefly discuss a couple of problems that we have and a couple of problems where we've got some solutions underway.

Vaccination is one of the key techniques in public health, a fantastic thing. But in the developing world a lot of vaccines spoil before they're administered, and that's because they need to be kept cold. Almost all vaccines need to be kept at refrigerator temperatures. They go bad very quickly if you don't, and if you don't have stable power grid, this doesn't happen, so kids die. It's not just the loss of the vaccine that matters; it's the fact that those kids don't get vaccinated. This is one of the ways that vaccines are carried: These are Styrofoam chests. These are being carried by people, but they're also put on the backs of pickup trucks. We've got a different solution. Now,one of these Styrofoam chests will last for about four hours with ice in it.

And we thought, well, that's not really good enough. So we made this thing. This lasts six months with no power; absolutely zero power, because it loses less than a half a watt. Now, this is our second generations prototype. The third generation prototype is, right now, in Uganda being tested. Now, the reason we were able to come up with this is two key ideas: One is that this is similar to a cryogenic Dewar, something you'd keep liquid nitrogen or liquid helium in. They have incredible insulation, so let's put some incredible insulation here. The other idea is kind of interesting, which is, you can't reach inside anymore. Because if you open it up and reach inside, you'd let the heat in, the game would be over. So the inside of this thing actually looks like a Coke machine. It vends out little individual vials. So a simple idea, which we hope is going to change the way vaccines are distributed in Africa and around the world.

We'll move on to malaria. Malaria is one of the great public health problems. Esther Duflo talked a little bit about this. Two hundred million people a year. Every 43 seconds a child in Africa dies; 27 will die during my talk. And there's no way for us here in this country to grasp really what that means to the people involved. Another comment of Esther's was that we react when there's a tragedy like Haiti, but that tragedy is ongoing. So what can we do about it? Well, there are a lot of things people have tried for many years for solving malaria. You can spray; the problem is there are environmental issues. You can try to treat people and create awareness. That's great, except the places that have malaria really bad, they don't have health care systems. A vaccine would be a terrific thing, only they don't work yet. People have tried for a long time. There are a couple of interesting candidates. It's a very difficult thing to make a vaccine for. You can distribute bed nets, and bed nets are very effective if you use them. You don't always use them for that. People fish with them. They don't always get to everyone. And bed nets have an effect on the epidemic, but you're never going to make it extinct with bed nets.

Now, malaria is an incredibly complicated disease. We could spend hours going over this. It's got this sort of soap opera-like lifestyle; they have sex, they burrow into your liver, they tunnel into your blood cells ... it's an incredibly complicated disease, but that's actually one of the things we find interesting about it and why we work on malaria: There's a lot of potential ways in. One of those ways might be better diagnosis. So we hope this year to prototype each of these devices. One does an automatic malaria diagnosis in the same way that a diabetic's glucose meter works: You take a drop of blood, you put it in there and it automatically tells you. Today, you need to do a complicated laboratory procedure, create a bunch of microscope slides and have a trained person examine it.

The other thing is, you know, it would be even better if you didn't have to draw the blood. And if you look through the eye, or you look at the vessels on the white of the eye, in fact, you may be able to do this directly, without drawing any blood at all, or through your nail beds. Because if you actually look through your fingernails, you can see blood vessels, and once you see blood vessels, we think we can see the malaria. We can see it because of this molecule called hemozoin. It's produced by the malaria parasite and it's a very interesting crystalline substance. Interesting, anyway, if you're a solid-state physicist. There's a lot of cool stuff we can do with it.

This is our femtosecond laser lab. So this creates pulses of light that last a femtosecond. That's really, really, really short. This is a pulse of light that's only about one wavelength of light long, so it's a whole bunch of photons all coming and hitting simultaneously. It creates a very high peak power and it lets you do all kinds of interesting things; in particular, it lets you find hemozoin. So here's an image of red blood cells, and now we can actually map where the hemozoin and where the malaria parasites are inside those red blood cells. And using both this technique and other optical techniques, we think we can make those diagnostics. We also have another hemozoin-oriented therapy for malaria: a way, in acute cases, to actually take the malaria parasite and filter it out of the blood system. Sort of like doing dialysis, but for relieving the parasite load.

This is our thousand-core supercomputer. We're kind of software guys, and so nearly any problem that you pose, we like to try to solve with some software. One of the problems that you have if you're trying to eradicate malaria or reduce it is you don't know what's the most effective thing to do. Okay, we heard about bed nets earlier. You spend a certain amount per bed net. Or you could spray. You can give drug administration. There's all these different interventions but they have different kinds of effectiveness. How can you tell? So we've created, using our supercomputer, the world's best computer model of malaria, which we'll show you now.

We picked Madagascar. We have every road, every village, every, almost, square inch of Madagascar. We have all of the precipitation data and the temperature data. That's very important because the humidity and precipitation tell you whether you've got standing pools of water for the mosquitoes to breed. So that sets the stage on which you do this. You then have to introduce the mosquitoes, and you have to model that and how they come and go. Ultimately, it gives you this. This is malaria spreading across Madagascar. And this is this latter part of the rainy season. We're going to the dry season now. It nearly goes away in the dry season, because there's no place for the mosquitoes to breed. And then, of course, the next year it comes roaring back. By doing these kinds of simulations, we want to eradicate or control malaria thousands of times in software before we actually have to do it in real life; to be able to simulate both the economic trade-offs -- how many bed nets versus how much spraying? -- or the social trade-offs -- what happens if unrest breaks out?

We also try to study our foe. This is a high-speed camera view of a mosquito. And, in a moment, we're going to see a view of the airflow. Here, we're trying to visualize the airflow around the wings of the mosquito with little particles we're illuminating with a laser. By understanding how mosquitoes fly, we hope to understand how to make them not fly. Now,one of the ways you can make them not fly is with DDT. This is a real ad. This is one of those things you just can't make up. Once upon a time, this was the primary technique, and, in fact, many countries got rid of malaria through DDT. The United States did. In 1935, there were 150,000 cases a year of malaria in the United States, but DDT and a massive public health effort managed to squelch it.

So we thought, "Well, we've done all these things that are focused on the Plasmodium, the parasite involved. What can we do to the mosquito? Well, let's try to kill it with consumer electronics." Now, that sounds silly, but each of these devices has something interesting in it that maybe you could use. Your Blu-ray player has a very cheap blue laser. Your laser printer has a mirror galvanometer that's used to steer a laser beam very accurately; that's what makes those little dots on the page. And, of course, there's signal processing and digital cameras. So what if we could put all that together to shoot them out of the sky with lasers?



Now, in our company, this is what we call "the pinky-suck moment."


What if we could do that? Now, just suspend disbelief for a moment, and let's think of what could happen if we could do that. Well, we could protect very high-value targets like clinics. Clinics are full of people that have malaria. They're sick, and so they're less able to defend themselves from the mosquitoes. You really want to protect them. Of course, if you do that, you could also protect your backyard. And farmers could protect their crops that they want to sell to Whole Foods because our photons are 100 percent organic. (Laughter) They're completely natural.

Now, it actually gets better than this. You could, if you're really smart, you could shine a nonlethal laser on the bug before you zap it, and you could listen to the wing beat frequency and you could measure the size. And then you could decide: "Is this an insect I want to kill, or an insect I don't want to kill?" Moore's law made computing cheap; so cheap we can weigh the life of an individual insect and decide thumbs up or thumbs down. (Laughter) Now, it turns out we only kill the female mosquitoes. They're the only ones that are dangerous. Mosquitoes only drink blood to lay eggs. Mosquitoes actually live ... their day-to-day nutrition comes from nectar, from flowers -- in fact, in the lab, we feed ours raisins -- but the female needs the blood meal. So, this sounds really crazy, right? Would you like to see it?

Audience: Yeah!

Nathan Myhrvold: Okay, so our legal department prepared a disclaimer, and here it is. (Laughter) Now, after thinking about this a little bit we thought, you know, it probably would be simpler to do this with a nonlethal laser. So, Eric Johanson, who built the device, actually, with parts from eBay; and Pablos Holman over here, he's got mosquitoes in the tank. We have the device over here. And we're going to show you, instead of the kill laser, which will be a very brief, instantaneous pulse, we're going to have a green laser pointer that's going to stay on the mosquito for, actually, quite a long period of time; otherwise, you can't see it very well. Take it away Eric.

Eric Johanson: What we have here is a tank on the other side of the stage. And we have ... this computer screen can actually see the mosquitoes as they fly around. And Pablos, if he stirs up our mosquitoes a little bit we can see them flying around. Now, that's a fairly straightforward image processing routine, and let me show you how it works. Here you can see that the insects are being tracked as they're flying around, which is kind of fun. Next we can actually light them up with a laser. (Laughter) Now, this is a low powered laser, and we can actually pick up a wing-beat frequency. So you may be able to hear some mosquitoes flying around.

NM: That's a mosquito wing beat you're hearing.

EJ: Finally, let's see what this looks like. There you can see mosquitoes as they fly around, being lit up. This is slowed way down so that you have an opportunity to see what's happening. Here we have it running at high-speed mode. So this system that was built for TED is here to illustrate that it is technically possible to actually deploy a system like this, and we're looking very hard at how to make it highly cost-effective to use in places like Africa and other parts of the world.


NM: So it wouldn't be any fun to show you that without showing you what actually happens when we hit 'em. (Laughter) (Laughter) This is very satisfying. (Laughter) This is one of the first ones we did. The energy's a little bit high here. (Laughter) We'll loop around here in just a second, and you'll see another one. Here's another one. Bang. An interesting thing is, we kill them all the time; we've never actually gotten the wings to shut off in midair. The wing motor is very resilient. I mean, here we're blowing wings off but the wing motor keeps all the way down.

So, that's what I have. Thanks very much.


私たちは発明をしています 私の会社は 様々な領域で 多様な新技術を発明しています そうしているのには 2つの理由があります 私たちは楽しみで発明をしています 発明というのはとても楽しいものなのです そしてまた 発明は収益のためでもあります この2つは関連しています 収益が得られるまでには長くかかるため 楽しくないと続かないのです だから私たちのする多くのことは 楽しみと収益のための 発明なのですが 人道的目的の発明をするプログラムも行っており 最高の発明家たちが取り組んでいます そして世界が抱える問題に対し うまい解決のアイデアを出せないかと考えています 私たちが問題を解こうとするときには 劇的で クレージーで 型破りなソリューションを探します そういう問題に取り組んでいる 最も聡明な人間に ビル ゲイツがいます 彼は私たちの仕事にも投資しており 感謝しています それでは 私たちが抱える問題の いくつかを簡単にご説明し 開発中のソリューションを 2つばかりご覧いただこうと思います

予防接種というのは公衆衛生における 重要な技術であり 素晴しいものですが 発展途上国では ワクチンの多くが 使われる前に駄目になっています ワクチンは冷却しておく必要があるためです ほとんどのワクチンは冷蔵する必要があります 冷やさなければ短時間で駄目になります でもこれは安定した電力網がないと難しい話であり 結果として子どもたちが死んでいます ワクチンが無駄になるだけの話ではありません 子どもたちが予防接種を受けられずにいるのです ワクチンはこの様にして 運ばれています 発泡スチロールの箱を使っています それを人が担いだり トラックに乗せたりして運びます 私たちは別な方法を考えました あの発泡スチロールの箱は 氷を入れて4時間ほど 低温に保つことができます

しかしそれでは十分ではないと思いました それで作ったのがこれです これは電気なしで6ヶ月間持ちます 失うのは0.5ワット未満なので 電気は全く 必要ありません これは第2世代のプロトタイプです 現在第3世代のプロトタイプを ウガンダで試験しています これの実現には2つの鍵となる アイデアがありました 液体窒素や液体ヘリウム保存用の 低温保持装置のような 非常に高い断熱性を 持たせるというのが1つ もう1つのアイデアは ちょっと面白いんですが 中に触れることができないようにすることです ふたを開けて中に触れられるようになっていたら 熱が入り込んで ゲームオーバーになってしまいます だからこれの側面はコーラの自動販売機のようになっていて そこから個々の小瓶が出てきます このシンプルなアイデアが アフリカやその他の地域でのワクチンの輸送法を 変えることを願っています

マラリアに話を進めましょう マラリアは公衆衛生上の大きな問題の1つです エスター デュフロが話していましたね 年に2億5千万人がマラリアにかかり 43秒に1人の子どもがアフリカで死んでいます 私が話している間にも27人が死ぬことになります それが当事者にとってどういうものなのか ここにいる私たちが本当に把握するすべはありません エスターが言っていたもう1つのことは ハイチのような悲劇があると 私たちは反応しますが マラリアの悲劇はずっと継続していることです 私たちにいったい何ができるのでしょう? マラリアの問題に対処するため 長年に渡って様々なことが行われてきました 消毒薬を散布できますが 環境問題が生じます 治療し 啓蒙しようとすることもできます 素晴しいことですが マラリアが本当に酷い地域には 医療制度がないのです ワクチンは素晴しいものですが まだ有効なものがありません 長年研究が続けられ 2つほど興味深い候補が出ていますが マラリアに対するワクチンを作るのは非常に難しいのです 蚊帳を配布することもできます 蚊帳はとても効果がありますが 蚊帳として使われずに 魚捕りに使われたりします みんなに行き渡るわけでもありません 蚊帳はマラリアの蔓延抑止には 効果がありますが 蚊帳でマラリアを根絶することはできません

マラリアは 非常に複雑な病気です 何時間でも話ができるくらい メロドラマのような生き方をしています 関係を持って 肝臓に潜り込み 血球に侵入します すごく複雑な病気ですが 私たちは実際そこに関心を持ち 取り組むことにしたのです 可能性がある方法は たくさんあります 1つの方法は より良い診断をすることです これらの装置のプロトタイプを 今年中に作りたいと思っています 1つは糖尿病の糖度計のように 自動的にマラリアの診断をするものです 血を一滴取り 中に入れてやると 自動的に答えが出ます 現在では込み入った実験手順を踏んで たくさんの顕微鏡スライドを作り 訓練された人間が見る必要があります

血を採らずに済めば さらにいいでしょう 目を通して 白目の血管を見ることで 血を採らずに 直に確認できるかもしれません あるいは爪床でも可能でしょう 爪を通して血管を見ることができます 血管が見えれば マラリアも見ることができるはずです 見れば分かるのは ヘモゾインという分子のためです これはマラリアの寄生によって生成されます とても面白い結晶構造を持つ物質で 固体物理学者にはとても興味深いものです これを使ってできることがたくさんあるんです

これは私たちのフェムトセカンドレーザー実験室です フェムト秒の長さの 光のパルスを作ります 実に実に短いものです 光の波長1つ分くらいの長さの 光のパルスです ひとまとまりの光子が 同時にやってきてぶつかるわけです 非常に高いピーク出力があります これでいろんなすごいことができますが とくにヘモゾインを見つけるのに使えます これは赤血球の画像です 赤血球の中の どこにヘモゾインがあり どこにマラリアが寄生しているのか 映し出すことができます このテクニックと その他の光学的テクニックを使えば 診断ができると思います 他にもヘモゾインを利用した マラリア治療法があります 緊急の場合に 血液からマラリア原虫を濾過して取り除くという 一種の透析のようなもので 寄生生物の毒性を緩和します

これは1000コアのスーパーコンピュータです 私たちはソフトウェア屋で どんな問題に対しても 何らかのソフトウェアで解こうとします マラリアを根絶したり 減らそうとする上で 問題になるのは 何が最も効果的か分からないことです 蚊帳という話が出てきました 蚊帳をどれくらい使えば良いのでしょう あるいは薬剤の散布 薬の処方 みんな異なった対処法であり 異なった効果があります どうすれば分かるのでしょう? それで私たちはスーパーコンピュータを使って 世界最高のマラリアのモデルを作りました それをご覧いただきましょう

選んだのはマダガスカルです 全ての道 全ての村 ほとんど平方インチ単位のマダガスカルの情報がここにあります 降雨データがあり 気温データがあります これはとても重要で 湿度や降雨量から 蚊が産卵する 水たまりがあるか判断できます これで舞台が整いました それから蚊を導入します 蚊がどのように発生するかの モデルを用意します 最終的に得られるのがこれ マダガスカルに広がる マラリアの状況です 雨期の後半です 乾期に入りました 乾期にはほとんどなくなります 蚊が産卵できる場所がなくなるためです それから翌年また盛り返します このようなシミュレーションをすることで 実際に対策を行う前に ソフトウェアの中で何千回も マラリアの根絶や制御を行い 経済的なトレードオフを検討します 蚊帳はどれだけで 散布はどれだけやるか それに社会的なトレードオフも 社会不安が起きるとどうなるか というような

私たちは敵のことも研究しています これは蚊の 高速度カメラ映像です この後に 空気の流れが出ます 蚊の羽の周りの空気の流れを レーザーで発光させた微粒子によって 可視化しています 蚊がどうやって飛んでいるか知ることで どうすれば飛ばなくできるかを知りたいのです 飛ばなくさせる1つの方法は DDTです これは本物の広告です 作り物ではありません 昔はこれが主要な手段で 実際多くの国で マラリアはDDTにより根絶されました アメリカは1935年に行いました アメリカでは年に15万の マラリア患者が出ていましたが DDTと大々的な公衆衛生改善の努力により 撲滅しました

だから対処すべきことのうち マラリア原虫については できることをすべてしました では蚊に対しては何ができるでしょうか? 家電製品を使って駆除するというのはどうでしょう? 馬鹿げたことに聞こえるかもしれませんが これらの装置には 利用可能な面白いものがいろいろ入っています ブルーレイプレーヤーには とても安価なブルーレーザー装置が入っています レーザープリンタには レーザービームを 非常に正確に制御するために使われる検流計が入っています それによって紙の上に小さな点を描くわけです そしてもちろん信号処理 デジタルカメラなんかがあります これらを一緒にして 飛んでいる蚊をレーザーで撃ち落とすのはどうでしょう?



私たちの会社では これを 小指しゃぶりの瞬間と呼んでいます


できたらどうなるのでしょう? 疑いはいったん置いておき それができたらどんなことが起きるか 考えてみましょう 診療所のような 価値の高い場所を守ることができます 診療所にはマラリア患者がたくさんいます 彼らは病気で 蚊から自分を守る力がありません 彼らを守りたいと思うでしょう もちろん 自宅の裏庭を守ることもできます 自然食品会社に売る作物を 農家は守れます 私たちの使う光子は 100%オーガニックですからね 全く自然のものです

実際 これはもっと改善できます うまくすれば 虫を殺す前に 殺傷力のないレーザーを当てて 羽音の周波数を聞き取り 大きさを計測することができます そしてそれが退治したい虫か そうでないかを 判断できます ムーアの法則は 計算のコストを安価にし 個々の虫の命の重さを測って やるかやらないか 判断できるまでになったのです 殺すのはメスの蚊だけです 危険なのはメスなんです 蚊が血を吸うのは 卵を産むためで 日常生活の栄養は 花の蜜から取っています 実際私たちの実験室では干しブドウをエサにしています しかしメスは血を必要とします すごくクレージーな話に聞こえますよね? ご覧になりたいですか?

(会場 イェーイ)

いいでしょう うちの法務部が作った注意書きをお見せします これです (すごく恐いレーザー ―― 残っている目でビームをのぞき込まないで) (笑) このデモについて少し考えて 殺傷力のないレーザーを使ったほうが 分かりやすいだろうと思いました エリック ヨハンソンが実際に この装置をeBayで買った部品で作りました そして向こうにいるパブロス ホールマンが 水槽に蚊を集めています こちらに装置があります これからお見せするのは 瞬間的なパルスの 殺傷レーザーではなく 緑色のレーザーポインタです 蚊に長い間当て続けることができます そうしないと見ても分からないでしょう じゃあエリック 頼むよ

ステージの反対側に 水槽があります このコンピュータ画面で 飛び回っている蚊を確認することができます パブロスがもう少しかき回してくれたら 飛び回っているのがわかるはずです これはごく単純な画像処理ルーチンです 仕組みをご説明します 飛び回っている蚊を 追尾しています ちょっと面白いでしょ 次にレーザーを実際に蚊に当ててみましょう 低出力のレーザーです 羽音の周波数を捉えることができます 飛び回っている蚊の羽音をお聞きいただけるかと思います


最後に どんな具合になっているかよく見てみましょう 飛び回っている蚊が照らされています 何が起きているのか分かるように スロー再生しています 高速モードで撮っていました このシステムはTEDで このようなものが実現可能なことを示すために作ったものです そしてアフリカのような地域で使えるようにするため どうすればコスト効率を上げられるか熱心に取り組んでいるところです


本番のレーザーが蚊に当たったときに どうなるかを見なきゃつまりませんよね (笑) (拍手) 満足の瞬間です (笑) この映像は最初にやったときのです エネルギーが少し強すぎですね (笑) もう1つの映像を ループ再生させて… 面白いのは 何度撃ち落しても 空中で羽が止まったことはないということです 羽の筋肉は非常に弾力があるのです 羽を吹き飛ばしても 落下しながら羽の筋肉は動き続けています

以上です どうもありがとうございました


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