TED日本語 - メアリー・ルー・ジェプセン: 未来のマシンで脳からイメージを読み出せるか?

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TED日本語 - メアリー・ルー・ジェプセン: 未来のマシンで脳からイメージを読み出せるか?

TED Talks

未来のマシンで脳からイメージを読み出せるか?
Could future devices read images from our brains?
メアリー・ルー・ジェプセン
Mary Lou Jepsen

内容

最先端デジタル・ディスプレイの専門家メアリー・ルー・ジェプセンは、人間が生み出す創造的なアイデアを画面に表示する方法を研究しています。また、自分自身が脳手術を受けた経験からより深く理解したいと望んでいることがあります。発想、創造性、思考過程の背後にある神経活動です。彼女は、自分が情熱を注ぐ2つの取り組みを結びつけるため、驚くべき最先端の脳科学研究について語ります。その2つの研究は人間の思考方法(そして思考内容)の理解に向けた新分野を切り開く可能性を秘めているのです。

Script

I had brain surgery 18 years ago, and since that time, brain science has become a personal passion of mine. I'm actually an engineer. And first let me say, I recently joined Google's Moonshot group, where I had a division, the display division in Google X, and the brain science work I'm speaking about today is work I did before I joined Google and on the side outside of Google.

So that said, there's a stigma when you have brain surgery. Are you still smart or not? And if not, can you make yourself smart again?

After my neurosurgery, part of my brain was missing, and I had to deal with that. It wasn't the grey matter, but it was the gooey part dead center that makes key hormones and neurotransmitters. Immediately after my surgery, I had to decide what amounts of each of over a dozen powerful chemicals to take each day, because if I just took nothing, I would die within hours. Every day now for 18 years -- every single day -- I've had to try to decide the combinations and mixtures of chemicals, and try to get them, to stay alive. There have been several close calls.

But luckily, I'm an experimentalist at heart, so I decided I would experiment to try to find more optimal dosages because there really isn't a clear road map on this that's detailed. I began to try different mixtures, and I was blown away by how tiny changes in dosages dramatically changed my sense of self, my sense of who I was, my thinking, my behavior towards people. One particularly dramatic case: for a couple months I actually tried dosages and chemicals typical of a man in his early 20s, and I was blown away by how my thoughts changed. (Laughter) I was angry all the time, I thought about sex constantly, and I thought I was the smartest person in the entire world, and -- (Laughter) -- of course over the years I'd met guys kind of like that, or maybe kind of toned-down versions of that. I was kind of extreme. But to me, the surprise was, I wasn't trying to be arrogant. I was actually trying, with a little bit of insecurity, to actually fix a problem in front of me, and it just didn't come out that way.

So I couldn't handle it. I changed my dosages. But that experience, I think, gave me a new appreciation for men and what they might walk through, and I've gotten along with men a lot better since then.

What I was trying to do with tuning these hormones and neurotransmitters and so forth was to try to get my intelligence back after my illness and surgery, my creative thought, my idea flow. And I think mostly in images, and so for me that became a key metric -- how to get these mental images that I use as a way of rapid prototyping, if you will, my ideas, trying on different new ideas for size, playing out scenarios. This kind of thinking isn't new. Philiosophers like Hume and Descartes and Hobbes saw things similarly. They thought that mental images and ideas were actually the same thing. There are those today that dispute that, and lots of debates about how the mind works, but for me it's simple: Mental images, for most of us, are central in inventive and creative thinking.

So after several years, I tuned myself up and I have lots of great, really vivid mental images with a lot of sophistication and the analytical backbone behind them. And so now I'm working on, how can I get these mental images in my mind out to my computer screen faster? Can you imagine, if you will, a movie director being able to use her imagination alone to direct the world in front of her? Or a musician to get the music out of his head? There are incredible possibilities with this as a way for creative people to share at light speed. And the truth is, the remaining bottleneck in being able to do this is just upping the resolution of brain scan systems.

So let me show you why I think we're pretty close to getting there by sharing with you two recent experiments from two top neuroscience groups. Both used fMRI technology -- functional magnetic resonance imaging technology -- to image the brain, and here is a brain scan set from Giorgio Ganis and his colleagues at Harvard. And the left-hand column shows a brain scan of a person looking at an image. The middle column shows the brainscan of that same individual imagining, seeing that same image. And the right column was created by subtracting the middle column from the left column, showing the difference to be nearly zero. This was repeated on lots of different individuals with lots of different images, always with a similar result. The difference between seeing an image and imagining seeing that same image is next to nothing.

Next let me share with you one other experiment, this from Jack Gallant's lab at Cal Berkeley. They've been able to decode brainwaves into recognizable visual fields. So let me set this up for you. In this experiment, individuals were shown hundreds of hours of YouTube videos while scans were made of their brains to create a large library of their brain reacting to video sequences. Then a new movie was shown with new images, new people, new animals in it, and a new scan set was recorded. The computer, using brain scan data alone, decoded that new brain scan to show what it thought the individual was actually seeing. On the right-hand side, you see the computer's guess, and on the left-hand side, the presented clip. This is the jaw-dropper. We are so close to being able to do this. We just need to up the resolution. And now remember that when you see an image versus when you imagine that same image, it creates the same brain scan.

So this was done with the highest-resolution brain scan systems available today, and their resolution has increased really about a thousandfold in the last several years. Next we need to increase the resolution another thousandfold to get a deeper glimpse. How do we do that? There's a lot of techniques in this approach. One way is to crack open your skull and put in electrodes. I'm not for that. There's a lot of new imaging techniques being proposed, some even by me, but given the recent success of MRI, first we need to ask the question, is it the end of the road with this technology? Conventional wisdom says the only way to get higher resolution is with bigger magnets, but at this point bigger magnets only offer incremental resolution improvements, not the thousandfold we need. I'm putting forward an idea: instead of bigger magnets, let's make better magnets. There's some new technology breakthroughs in nanoscience when applied to magnetic structures that have created a whole new class of magnets, and with these magnets, we can lay down very fine detailed magnetic field patterns throughout the brain, and using those, we can actually create holographic-like interference structures to get precision control over many patterns, as is shown here by shifting things. We can create much more complicated structures with slightly different arrangements, kind of like making Spirograph.

So why does that matter? A lot of effort in MRI over the years has gone into making really big, really huge magnets, right? But yet most of the recent advances in resolution have actually come from ingeniously clever encoding and decoding solutions in the F.M. radio frequency transmitters and receivers in the MRI systems. Let's also, instead of a uniform magnetic field, put down structured magnetic patterns in addition to the F.M. radio frequencies. So by combining the magnetics patterns with the patterns in the F.M. radio frequencies processing which can massively increase the information that we can extract in a single scan. And on top of that, we can then layer our ever-growing knowledge of brain structure and memory to create a thousandfold increase that we need. And using fMRI, we should be able to measure not just oxygenated blood flow, but the hormones and neurotransmitters I've talked about and maybe even the direct neural activity, which is the dream.

We're going to be able to dump our ideas directly to digital media. Could you imagine if we could leapfrog language and communicate directly with human thought? What would we be capable of then? And how will we learn to deal with the truths of unfiltered human thought? You think the Internet was big. These are huge questions. It might be irresistible as a tool to amplify our thinking and communication skills. And indeed, this very same tool may prove to lead to the cure for Alzheimer's and similar diseases.

We have little option but to open this door. Regardless, pick a year -- will it happen in five years or 15 years? It's hard to imagine it taking much longer. We need to learn how to take this step together.

Thank you.

(Applause)

18年前に脳の手術を受けて以来 ― 脳科学に 夢中になりました 私は技術者です Googleの ムーンショット・プロジェクトに 最近加わり Xラボで ディスプレイ部門を担当しています 今日お話しする研究は それより前の Google社外での話です

さて 脳の手術を受けると ある種の烙印が押されます つまり頭が悪くなっていないか ― もし悪くなっていたとしたら 元に戻れるのか・・・

脳神経外科手術を受けて 脳の一部を失ったので 対処が必要になりました 失ったのは灰白質ではなく 重要なホルモンや 神経伝達物質を作る 中心部のブヨブヨした部分です 手術を終えるとすぐに 毎日 飲まなければならない ― 12種類以上ある薬品の量を 個々に決める必要がありました もし飲まなかったら 数時間で死んでしまうからです この18年間 毎日欠かさず 薬の組み合わせや 調合を決定し それを理解しようと努めました 生きるためにです 何度も危険な目にあいました

でも幸い私は 根っからの実験家なので 最適な投薬量を見つけようと 実験を続けることにしました 投薬量には明確な 目安がなかったからです 色々な調合を試して驚いたのは 投薬量のほんの わずかな違いによって 自意識や 自分が何者かという感覚 ― 思考や 他者に対する行動が 劇的に変化することでした 特に印象的だった事があります 2か月に渡って 投薬量を20代前半の 男性に典型的な量にしてみたのです びっくりする程 思考が変化しました (笑) どんな時も怒りっぽくなり セックスのことばかり考え 自分が世界一の天才だと 思うようになったのです (笑) これまで そういう男性にも そこまででもない男性にも 出会ってきましたが 私の場合は少し極端でした ただ 驚いたのは 自分では大きな態度など とるつもりは なかったことです 本当は不安を抱えながら 目の前の問題を 解決しようとしただけなのに 行動には現れないのです

私の手に負えず 投薬量を変えましたが この体験のおかげで 男性の経験することが 理解できました それ以来 男性達とは 前よりうまく つき合っています

私が目指したのは ホルモンや神経伝達物質の 量を調整して 病気と手術を経た自分に 知性と創造性 ― そして湧き出るアイデアを 取り戻すことでした 私は普段 イメージで考えるので イメージは重要でした つまりアイデアを思い描いたり 新しいアイデアを試したり シナリオをなぞるための 方法であるイメージを 取り戻す方法です この思考法は新しいものではなく ヒュームやデカルト ホッブズといった哲学者も 事物を同様に捉えました 彼らは心的イメージとアイデアを 同じだと考えたのです 現在は この考えに 反対する人も多く 心の働きに関する 議論も盛んですが 私はシンプルに考えています 私達の大部分にとって 独創的で創造的な思考の 中心にはイメージがあるのです

私は数年かけて 自分を調節することで かなり精巧で 分析的な基盤をもった 多くの鮮明なイメージを 取り戻しました 今取り組んでいるのは 頭の中にあるイメージを 即 コンピュータ画面に 表示する方法です 想像できますか? 映画監督は想像するだけで 目の前の世界を 映像化できるようになります 作曲家は頭の中から 直接音楽を取り出せます クリエイティブな人々にとって アイデアを光速で共有するという ― 大きな可能性が開かれるのです 実現するための 最後の障害は 脳スキャンの解像度を 上げることです

私はもう少しで 実現できると考えています その理由を 最先端の2つの 神経科学研究を元にお話しします どちらもfMRI つまり ― 機能的磁気共鳴 画像診断装置で 脳内を可視化します これはハーバード大の ジョージオ・ガニス他による ― スキャン画像のセットです 左の列は ある画像を見ている人の 脳をスキャンしたもの ― 中央は同じ人が その画像を 想像しているところを スキャンしたものです 右の列は 左と中央の画像の差分で ほぼ違いがないことがわかります 色々な画像を使って たくさんの人に この実験を繰り返してみると 常に同様の結果が出ました 画像を見ることと その画像を見ていると 想像することの間には ほとんど違いがないのです

もう一つ実験を紹介します カリフォルニア大学バークレー校の ジャック・ギャラント他は 脳波を解読して 映像に変換することに成功しました ご覧ください 実験では被験者がYouTubeの ビデオを数百時間分 見ます 同時に脳をスキャンして ビデオ映像に 脳が反応する様子を 巨大なライブラリーに蓄えます 新たなイメージや人物 動物が映った 新たなビデオが流れると 新しいスキャン・セットが記録されます 脳をスキャンしたデータだけを使って コンピュータが新しいスキャンを解析し その人が実際に見ている映像を 推測して表示します 右はコンピュータが推測した映像で 左は実際に流したビデオです これはまさに驚きです ここまで来ているのです あとはただ解像度を上げるだけです ここで確認したいのは 実際に画像を見た時と その画像を想像した時では 同じスキャン画像が 得られるという点です

これは現在 最も解像度が高い システムでスキャンされたものですが 解像度は ここ数年で 千倍向上しています もっと詳しく観察するには さらに解像度を千倍上げる ― 必要があります これをどう実現するか? いろいろな技術があります 頭がい骨を割って 電極を差し込む手もありますが 賛成はできません 新たなイメージング技術が 次々に提案され 私もいくつか開発しましたが 近年のMRIによる成果を考えると 検討が必要なことがあります この技術の進歩は 限界に達したのでしょうか? 一般的に 解像度を上げるには 磁石の巨大化が 必須だとされています ただ 磁石を大きくしても 解像度は少しずつしか向上せず 必要な千倍には達しません そこで考えました 磁石を大きくするのではなく 磁石の性能を上げてはどうだろう ナノサイエンスの分野では 次々に技術革新が起きていて 磁気構造に応用すると まったく新しい磁石が作れます このような磁石を使うと 脳全体の詳細な磁場のパターンを 捉えられます この磁場パターンを使うと ホログラフィのように 干渉構造を描き出せます そして それをずらしていけば 様々なパターンを 精密に制御できるのです 少し配置を変えると より複雑な構造を 描くこともできます 歯車を回して模様を描く おもちゃのようにです

では なぜこれが重要なのか? MRIを改良する試みは 長年 磁石を巨大化する方向に 進んできました 一方 近年 解像度が向上した理由は MRIシステムの内部にある ― FM電波の送受信機における 符号化と復号化の方法が 革新を遂げたためです また均一な磁場を使う代わりに 構造化した磁気パターンと FM電波を組み合わせて 使ってみましょう 磁気パターンとFM電波の 周波数パターンの処理を 組み合わせることで 一回のスキャンで 抽出できる情報が 飛躍的に増加します こうして得た情報に 急速に進展する脳の構造や 記憶に関する知識を組み合わせることで 必要な千倍の解像度が 得られるのです fMRIを使えば 酸素を含む血流の量だけでなく ホルモンや神経伝達物質 ― 神経活動までもが 直接 測定可能になるでしょう これが実現したい夢です

私達は自分のアイデアを 直接デジタル・メディアに 書き込めるようになるでしょう 言語を介さずに 直接 思考を使って コミュニケーションをとる姿を 想像できますか? その時 何が 可能になるのでしょう? 私達は どうやって 生の思考を扱う方法を 学んでいくのでしょう? インターネットは 大きな意味を持つでしょう これは大きな課題です 思考やコミュニケーション能力を 拡張するために不可欠の 手段となるかもしれません 実際に このツールこそが アルツハイマー病などを 治療する鍵に なるかもしれません

私達は この方向に 進むほかありません 何年かかるかは 関係ありません 5年後か15年後か? でも そんなに時間が かかるとは思えません 皆で この道を進む方法を 探るしかないのです

ありがとうございました

(拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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