Image-maker Alexander Tsiaras shares a powerful medical visualization, showing
human development from conception to birth and beyond. (Some graphic
images.)
저는 의과대 조교수 및 과학적 시각화 부서장 자리를 예일대학교 의대에서 제안받았습니다.제 직무는 많은 알고리즘과 코드를 짜서 NASA에서 가상 수술을 하는 것으로 우주비행사들이 멀리 우주비행을 하도록 준비하는 것이었죠. 그 코드는 로봇 내에 보관할 수 있습니다. 실제로 저희가 작업했던 흥미로운 일 하나는 새로운 종류의 스캔 기술을 보고, 사용하는 것이었습니다. 이전까지 본 적이 없던 기술이었죠. 다시 말하면, 질병 관리 이외에도 인체를 관찰할 수 있게 한 기술들이 사람들을 놀라게 만들었습니다.
저희가 콜라겐을 처음 보던 순간이 생각나네요. 여러분의 온 몸, 모든 것, 머리카락, 피부, 뼈, 손톱, 이 모든 것이 콜라겐으로 되어있어요. 콜라겐은 일종의 로프 같은 구조이고 이렇게 빙글빙글 꼬여 있습니다. 콜라겐의 구조가 바뀌는 유일한 곳은 사람 눈의 각막입니다. 눈에서,콜라겐은 격자 형태가 되고, 그래서 불투명한 것의 반대로, 투명해집니다. 그 구조는 완벽하게 짜여있어서 신의 작품이라 하지 않을 수 없습니다. 왜냐하면 우리는 이것을 신체의 다른 부분에서도 계속해서 보고 또 보니까요.
제가 누린 한가지 기회는 국립보건원(NIH)에서 아주 흥미로운 자기공명영상(MRI)에 관해 연구하는 사람이었다는 겁니다. 저희가 하려던 일은 수정에서부터 출생에 이르는 태아의 발달을 이런 새로운 기술을 사용해 관찰하는 것이었습니다. 그래서 저는 알고리즘을 코드로 작성했고, 폴 로터버가 기계를 만들었습니다. 그 후 MRI를 발명한 것으로 노벨상을 받았죠. 제게 그 자료가 있습니다. 여러분께 그 작품의 일부를 보여드리겠습니다. "임신부터 출산까지"입니다.
(음악)
영상자막: "임신부터 출산까지" 난모세포 정자 수정란 24시간 : 배아의 첫 분열 수정란은 융합 후 몇시간 뒤 분열합니다. 그리고 12~15시간마다 다시 분열합니다. 초기 배아 난황낭이 영양을 공급합니다. 25일 : 심실이 발달함 32일 : 팔과 손이 발달함 36일 : 원시적인 척추의 발생 이 주간은 태아가 가장 빨리 자라는 기간입니다. 만약 태아가 이 속도로 계속 9달동안 자란다면 태어날 때 1.5톤이 될 것입니다. 45일 태아의 심장 박동은 어머니보다 2배 빠릅니다. 51일 52일 : 망막, 코, 손가락이 발달합니다. 자궁 안에서 태아는 계속 움직이며, 그래야 근육과 뼈가 성장합니다. 12주 : 발달하지 않은 성기. 여자인지 남자인지는 아직 모릅니다. 8개월 출산 : 방출 단계 탄생의 순간
(박수)
알렉산더 치아라스: 감사합니다. 여러분들께서 보셨듯이, 이 데이터로 연구를 시작할때 꽤 장관이었습니다. 저희는 더욱 더 자료를 스캔하고 이 프로젝트를 연구하면서, 이 2개의 단순한 세포들이 믿기지 않는 기계적 방법으로 마법처럼 인간이 되는 것을 봅니다. 이 데이터를 계속 연구하면서 인체의 작은 부분을 관찰합니다. 세포조직의 이 작은 부분은 배반포에서 나온 영양막이었는데, 갑자기 자궁의 측면에 붙으며 "난 여기 머물래"하고 말하죠. 갑자기 에스트로겐, 프로게스테론이 대화와 교신을 하면서 "나 여기 머물래. 여기 심어줘"라고 하는거죠.놀랍게도 삼각형의 태아를 만들고, 그것은 44일 이내에 여러분이 인식할 수 있는 모양이 됩니다. 그리고 9주째에 일종의 작은 인간이 됩니다. 정보의 경이로움이죠: 어떻게 우리는 이런 생물학적 메커니즘을 몸 안에 갖고 있고 이 정보를 볼 수 있을까요?
아주 진기한 것을 보여드리겠습니다. 25주째의 인간의 심장이 있습니다. 기본적으로 두 가닥입니다. 기막힌 종이접기를 하듯이 세포들이 발달해 4주째엔 초당 1백만개의 세포를 만듭니다. 스스로 접히면서 말이죠. 5주 내에, 초기의 심방과 심실을 볼 수 있습니다. 6주 째, 이러한 접힘은 이제 심장 내부의 돌기에서 시작해 심장 안의 판막을 각각 끌어당길 수 있게 되고마침내 성숙한 심장이 됩니다. 그러면 기본적으로 인간 몸 전체가 발달하죠. 이러한 메커니즘의 마법은 각각의 유전자 구조 안에 있으며 신경세포가 어디로 가야하는지 정확히 알려줍니다. 과연 어떻게 이런 일이 이뤄지는가 하는 수학적 모델의 복잡함은 인간의 이해 범위를 넘어섭니다.
비록 제가 수학자이긴 하지만, 저는 이걸 경이롭게 봅니다. 어떻게 이런 일련의 명령이 실수를 하지 않고 우리와 같은 인체를 만들까요? 수수께끼이자, 마법이자, 신성한 것입니다. 그럼 어른의 생명을 들여다볼까요. 이 작은 모세혈관 다발을 보세요. 이건 매우 작은 기초구조, 미세범위입니다. 하지만 여러분이 9달이 되어 태어날 때에는 몸 안에 6만 마일(10만km)에 가까운 혈관을 지니고 있습니다 오직 1마일의 혈관만 눈에 보이고, 나머지 59,999마일은 영양분을 공급하고 노폐물을 버리는 일을 합니다. 하나의 시스템 내에서 만드는 복잡함은 다시 말하지만, 그 어떤 이해나 오늘날 존재하는 어떤 수학도 뛰어넘습니다.
그 명령 집합은 뇌에서 몸의 각각 다른 부분으로 보내지죠. 복잡하게 접히는걸 보세요. 어디에 이런 지능이 있어서 주름이 보다 많은 정보를 보관할 수 있다는 것을 알까요. 아기의 뇌가 성장하는 것을 보시죠. 이건 저희가 지금 하고 있는 일 중 하나입니다. 저희는 2가지 새로운 연구를 시작했는데 아기의 뇌를 태어난 순간부터 스캔하는 것입니다. 6살까지 6개월마다 실시합니다. 250명 정도의 아이들을 대상으로 뇌회와 뇌구가 어떻게 형성되는지 관찰해서, 이런 멋진 발달이 어떻게 기억으로, 인간으로 바뀌는지를 볼 겁니다.
이는 우리 자신의 존재만이 아니라, 여성의 몸이 어떻게 유전자 구조를 이해하여 그녀 자신을 형성하고 그녀가 시스템이 되게끔 하는지 이해하는 것입니다. 걸어다니는 면역학적, 심혈관 시스템으로 기본적으로 움직이는 시스템이면서 어린이를 양육하고 다루는 시스템 말이죠. 그 경이로움은 다시금 우리의 이해를 넘어섭니다. 우리 존재의 마법입니다.
감사합니다
(박수)
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 interestingmicromagnetic resonance imaging machine with the NIH. And what we were going to dowas 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."
(Music)
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 developing32 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 DaysEmbryo'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 determined8 Months Delivery: the expulsion stage The moment of birth
(Applause)
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 fetusthat 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 beginningwith 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 developmentactually 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.
(Applause)
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