Το σώμα μάς μιλά αναλογικά!

Ο κορυφαίος εφευρέτης της Ευρώπης για το 2014 Χριστόφορος Τουμάζου

Στις 17 Ιουνίου τα βρετανικά ΜΜΕ πλημμύρισαν από διθυράμβους για «τον πρώτο Βρετανό που κέρδισε το πανευρωπαϊκό βραβείο ερευνητή-εφευρέτη (European Inventor Award)». Εκείνο που κάποια από αυτά παρέλειψαν να σημειώσουν είναι ότι ο 53χρονος βραβευθείς, Chris Tomazou, είναι ο Χριστόφορος Τουμάζου από τη νυν κατεχόμενη επαρχία Αμμοχώστου της Κύπρου. Το σημαντικότερο όμως είναι πως τα περισσότερα ΜΜΕ απέτυχαν να επισημάνουν ότι το κορυφαίο αυτό βραβείο απονεμήθηκε στον άνθρωπο που… αποκαθήλωσε την ψηφιακή τεχνολογία από το βάθρο της!

Αλλά για να καταλάβετε το πώς και γιατί συνέβη αυτό θα πρέπει να διαβάσετε την εκπληκτική ιστορία του Χριστόφορου Τουμάζου που ακολουθεί.

Ηταν τέλη της δεκαετίας του ’50 όταν η οικογένεια του Μάρκου και της Αντριάννας Τουμάζου άφησε το χωριό της, τη Γιαλούσα, για να μεταναστεύσει στη Γηραιά Αλβιώνα. Εγκαταστάθηκαν στο Τσέλτεναμ, λίγο δυτικότερα από την Οξφόρδη, όπου στις 5 Ιουλίου 1961 γεννήθηκε ένα ακόμη από τα συνολικά πέντε παιδιά τους, ο Χριστόφορος. Τα οικονομικά της οικογένειας πήγαιναν καλά, χάρη στα στέκια γρήγορου φαγητού που έστηναν –με κεμπάπ και fish & chips -, αλλά ο μικρός Χριστόφορος δεν έδειχνε να τα παίρνει τα γράμματα: παράτησε το σχολείο σε ηλικία 16 ετών, αποφαινόμενος ότι οι καθηγητές του δεν τον εμπνέουν.

Λογικά, το μέλλον του ήταν προδιαγεγραμμένο ανάμεσα στις σούβλες και τα τηγάνια, όμως ο πιτσιρικάς αποζήτησε μια δεύτερη ευκαιρία σε τοπικό ΙΕΚ (City & Guilds). Εκεί έμαθε τα βασικά του ηλεκτροτεχνικού, αλλά ήταν η θεωρία της ηλεκτρολογίας που τον μάγεψε. Επακολούθησε μια πραγματική μεταμόρφωσή του: Πήρε ύστερα από δύο χρόνια την εθνική επαγγελματική πιστοποίηση του ηλεκτρολόγου και ύστερα πήγε στο ΤΕΙ της Οξφόρδης (νυν Oxford Brookes University) απ’ όπου πήρε και το πτυχίο του ηλεκτρολόγου μηχανικού και το διδακτορικό του. Μάλιστα, η διδακτορική του διατριβή ήταν τόσο καλή ώστε το 1986 αποτόλμησε να διεκδικήσει ένα μεταδιδακτορικό στο φημισμένο Imperial College του Λονδίνου. Τον δέχθηκαν και το 1995 έγινε… ο νεότερος καθηγητής που δίδαξε ποτέ στο Imperial, σε ηλικία 33 ετών. Εγινε σταδιακά επικεφαλής του Circuits and Systems Group και το 2001 του Τμήματος Εμβιομηχανικής. Το 2003 δημιούργησε το Ινστιτούτο Εμβιομηχανικής του Imperial και χρίστηκε ο πρώτος διευθυντής του και επικεφαλής επιστήμων (Chief Scientist).

Ακριβώς προτού αποδυθεί στη δημιουργία του Ινστιτούτου Εμβιομηχανικής, κάτι ιδιαίτερα σημαντικό συνέβη: Μια εταιρεία ακουστικών εμφυτευμάτων τον ρώτησε αν μπορούσε να της σχεδιάσει ένα μικροκύκλωμα που θα έκανε ένα παιδάκι εκ γενετής κωφό να ξανακούσει. Το κατάφερε, υποκαθιστώντας τα 20.000 τριχίδια του κοχλία με μόλις 16 ηλεκτρόδια, αλλά αυτή η εμπειρία τον έκανε να αναθεωρήσει εκ βάθρων την πίστη του στην αποδοτικότητα των ψηφιακών κυκλωμάτων. Οπως δήλωσε αργότερα, «προσεγγίζουμε τον έμβιο κόσμο με εντελώς λανθασμένο τρόπο.

Ενώ εκείνος είναι απόλυτα αναλογικός, εμείς του προσθέτουμε αισθητήρες που μεταφράζουν τα πάντα ψηφιακά». Με άλλα λόγια, όταν η φωνή είναι μια συνεχής διαδοχή μεταβαλλόμενων εντάσεων, τι έννοια έχει να τη συλλαμβάνεις με όργανα που τη μεταφράζουν σε «ψηφιακά σκαλοπάτια», του 0 και του 1, για να προσπαθήσεις μετά να αποδόσεις την αναλογικότητα του ήχου με προσεγγίσεις; Εκτός από ανόητα περιττές, αυτές οι αλλεπάλληλες μεταφράσεις είναι και φοβερά ενεργοβόρες. Αντίθετα, αν εξαρχής χρησιμοποιήσεις αναλογικά κυκλώματα, έχεις αφενός πιο πιστή απόδοση και αφετέρου μικρότερη κατανάλωση ενέργειας –άρα και μικρότερη τελική συσκευή.

Το θεωρητικό υπόβαθρο για μια τέτοια «επιστροφή στο μέλλον» το βρήκε ο Τουμάζου στα γραπτά ενός ξεχασμένου γίγαντα της Φυσικής: ο Αυστριακός Λούντβιχ Μπόλτσμαν (Ludwig Boltzmann, 1844-1906) –ο οποίος πριν από έναν αιώνα είχε αποδείξει το θεώρημα ισοκατανομής της ενέργειας (Νόμος Μάξουελ – Μπόλτσμαν) –είχε διατυπώσει τη θεωρία ότι τα κύτταρα κινούνται στον οργανισμό μας ακολουθώντας μια εκθετική κατανομή ενέργειας. Αλλά, από την ηλεκτρολογική του παιδεία, ο Τουμάζου γνώριζε πολύ καλά ότι με την ίδια εκθετική κατανομή κινούνται τα ηλεκτρόνια στους ημιαγωγούς. Γιατί λοιπόν να μην είναι δυνατή η αναλογική παραλληλία, αντιστοίχιση και συμβατότητα των δύο κόσμων;

Επεκτείνοντας αυτή την ιδέα, σκέφθηκε ότι χοντρικά τα ρεύματα ιόντων στον οργανισμό μας αντιστοιχούν στο ηλεκτρικό ρεύμα των ημιαγωγών και τα κύτταρα των νευρώνων στα όποια κυκλώματα.

Αλλά η δοκιμή της ιδέας στην πράξη θα απαιτούσε πολλά βήματα, και εκείνος είχε ήδη πολλές υπευθυνότητες καθημερινά. Τότε όμως, το 2002, συνέβη ένα αναπάντεχο γεγονός που επανακαθόρισε την πορεία του: και οι δύο νεφροί του εννιάχρονου γιου του έπαψαν να λειτουργούν, λόγω –όπως διαγνώστηκε –της ύπαρξης μιας μετάλλαξης στο DNA του που δημιουργούσε γενετική προδιάθεση. Οπότε ο Τουμάζου βίωσε το οικογενειακό δράμα ενός παιδιού που δενόταν 12 ώρες καθημερινά στο μηχάνημα αιμοκάθαρσης. Και τότε απηύδησε από την «πρωτόγονη» αντιμετώπιση των χρόνιων παθήσεων. Αποφάσισε ότι εφεξής θα εστίαζε όλες του τις προσπάθειες στην ανάπτυξη συσκευών που θα έδιναν προσωπικές λύσεις σε κάθε ασθενή. Λύσεις διάγνωσης και λύσεις θεραπείας, χωρίς την εξάρτηση από χορεία πολυδάπανων νοσοκόμων, γιατρών και εργαστηρίων.

Οι εντατικές προσπάθειες του Τουμάζου να μιμηθεί τα βιολογικά κυκλώματα με αναλογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα απέδωσαν γρήγορα θεαματικούς καρπούς. Η πρώτη εφεύρεσή του στον τομέα της υγείας που έλαβε προϊοντική μορφή ήταν το Sensium, ένας αισθητήρας που προσκολλάται στην επιδερμίδα του ασθενούς και καταγράφει τους καρδιακούς του παλμούς, τη θερμοκρασία του σώματος, την εφίδρωση, την αναπνοή και τη φυσική δραστηριότητα. Με κόστος όχι μεγαλύτερο των 30 ευρώ ανά τεμάχιο, υποκαθιστά επάξια την αποκλειστική νοσοκόμα, τα μηχανήματα και τα εργαστήρια που συνήθως χρειάζονται οι χρόνιοι ασθενείς. Το κύκλωμα που σχεδίασε ο Τουμάζου επιτρέπει τη λήψη, την επεξεργασία και την ασύρματη μετάδοση μεικτών σημάτων, με κατανάλωση ενέργειας 100 φορές μικρότερη των συσκευών των ανταγωνιστών του. Η εταιρεία που έστησε για την παραγωγή και την πώληση αυτής της εφεύρεσης –η Toumaz Ltd. –γνώρισε αμέσως παγκόσμια επιτυχία. Τώρα, ακόμη και στα χωριά της Σαχάρας, οι χρόνιοι ασθενείς μπορούσαν να προσβλέπουν σε μια ελεγχόμενη υγεία.

Ο «αναγνώστης DNA σε USB», επάνω, και οι φάσεις χρήσης του κάτω [ερμηνεία όρων]
Collect = Δείγμα DNA
Prep = Ετοιμασία
Test = Ανάγνωση

Επειτα, το 2005, δημιούργησε την εταιρεία DNA Electronics Ltd. Ο λόγος; Είχε βρει τον τρόπο να «διαβάζει αστραπιαία το DNA». Οχι βέβαια και τα 3 δισεκατομμύρια βάσεις νουκλεοτιδίων που απαρτίζουν το σύνολο του ανθρώπινου γονιδιώματος, αλλά το κρίσιμο 0,1% του DNA στο οποίο διαφέρουμε από άνθρωπο σε άνθρωπο. Εκείνο δηλαδή το ποσοστό που εμπεριέχει τις προδιαθέσεις μας σε ασθένειες και τις ιδιαιτερότητες αντίδρασης του οργανισμού μας σε ουσίες και φάρμακα. Το πώς το κατάφερε ήταν και πάλι μια ιστορία θριάμβου της απλότητας εφαρμογής του σκεπτικού ενός ηλεκτρολόγου στα «χωράφια των βιολόγων»: Ξεκίνησε από το ότι όποτε οι βιολόγοι θέλουν να ξετυλίξουν τη διπλή έλικα του DNA προσθέτουν σε αυτήν ένα ένζυμο –την πολυμεράση –που «κατεβαίνει» την έλικα προσθέτοντας στην καθεμία λωρίδα της νέα νουκλεοτίδια. Κάτι σαν βαρίδια, δηλαδή, που επιφέρουν το ξετύλιγμα. Αλλά κατά την προσθήκη κάθε νέου νεουκλεοτιδίου στο DNA ένα ιόν υδρογόνου απελευθερώνεται.

Αυτό το «ρεύμα ιόντων» (το οποίο κατά τον Μπόλτσμαν έχει εκθετική κατανομή ενέργειας) έφερε στον νου του Τουμάζου τη δυνατότητα αντιστοίχισής του με ηλεκτρικό ρεύμα σε αναλογικό κύκλωμα. Σχεδίασε λοιπόν ένα κύκλωμα όπου κάθε τρανζιστοράκι του βρισκόταν εγκλωβισμένο σε ένα στεγανό δοχείο (φαντασθείτε μια κηρήθρα μελιού). Το συνολικό ολοκληρωμένο κύκλωμα διαθέτει εκατοντάδες τέτοιες κυψελίδες, σε αναμονή. Μόλις ο ασθενής συλλέξει το σάλιο του σε ένα δοχείο και το ακουμπήσει στο ολοκληρωμένο αυτό κύκλωμα οι κυψελίδες-ημιαγωγοί ανιχνεύουν τα κομμάτια του DNA που τους επιμερίζεται. Στον παραμικρό εντοπισμό ρεύματος ιόντων υδρογόνου εκπέμπουν ένα αντίστοιχο ηλεκτρικό ρεύμα. Τη σκυτάλη παίρνει τότε ο επεξεργαστής του πλησιέστερου υπολογιστή, που –μέσω θύρας USB και ειδικού προγράμματος –συγκρίνει αυτόν τον «χάρτη ρευμάτων» με τον εναποθηκευμένο γνωστό χάρτη του ανθρωπίνου γονιδιώματος. Κάθε απόκλιση μεταξύ των συγκρινόμενων χαρτών σημαίνει μετάλλαξη και το σημείο στο οποίο αυτή σημειώνεται επαρκεί για να ταυτοποιηθούν ο τύπος και η δράση της. Πόσο διαρκεί αυτή η διάγνωση; Μόλις 15-20 λεπτά –σε αντίθεση με τις δύο-τρεις εβδομάδες που χρειάζεται η ανάλυση με αποστολή σε ειδικά εργαστήρια. Πόσο μεγάλο είναι το μέγεθος της συσκευής; Μόλις όσο μία ηλεκτρονική μνήμη σε USB. Και πόσο κοστίζει η κατασκευή της; Οχι περισσότερο από 15 ευρώ!

Η υλοποίηση αυτής της πρωτοποριακής ιδέας ήταν που χάρισε εφέτος στον Χριστόφορο Τουμάζου το μέγιστο βραβείο εφευρέτη-ερευνητή, παρά το βαρύ πλήγμα που επέφερε ο αναλογικός σχεδιασμός του στη βιομηχανία των ψηφιακών κυκλωμάτων. Μάλιστα, ο ερευνητής δεν δίστασε να παραλάβει το βραβείο του με τα λόγια του καναδού συγγραφέα επιστημονικής φαντασίας Γουίλιαμ Γκίμπσον, δηλώνοντας ότι «το μέλλον είναι ήδη εδώ αλλά δεν είναι ακόμη ισότιμα κατανεμημένο».

Η αντιπαράθεση του Τουμάζου με το «ψηφιακό κατεστημένο» δεν περιορίζεται στην παραγωγή φθηνών προσωπικών συσκευών διάγνωσης και θεραπείας απέναντι στα γνωστά πανάκριβα ιατρικά μηχανήματα των νοσοκομείων. Ο πολυμήχανος εφευρέτης πρεσβεύει ότι η όλη πορεία μας προς μια υγεία εποπτευόμενη τηλεματικά από ανεξέλεγκτους από τον ασθενή υπολογιστές (τα λεγόμενα Big Data της Υγείας) είναι λάθος. «Για ποιον λόγο» λέει «να στέλνουμε τα ιατρικά μας δεδομένα σε απόμακρους υπολογιστές για να τα επεξεργαστούν και να εξαγάγουν πορίσματα, όταν ο ίδιος μας ο οργανισμός επεξεργάζεται τα δεδομένα του επί τόπου; Με αναλογικά κυκλώματα εξειδικευμένα σε κάθε τμήμα που πάσχει, μπορούμε να έχουμε τις απαντήσεις –διαγνωστικές και θεραπευτικές –επί τόπου, στο σώμα μας».

Την καλύτερη απόδειξη ότι έχει δίκιο την προσέφερε πρόσφατα, με την παρουσίαση ενός τεχνητού παγκρέατος για διαβητικούς τύπου 1 που βρίσκεται σε φάση κλινικών δοκιμών. Ο ερευνητής μιμήθηκε με αναλογικό κύκλωμα τη λειτουργία των βιολογικών β-κυττάρων (τα οποία ρυθμίζουν την παραγωγή ινσουλίνης) και το παρενέβαλε σε μια κλασική αντλία ινσουλίνης, μαζί με έναν αισθητήρα ινσουλίνης. Το αποτέλεσμα ήταν να προσφέρει μια φθηνή, συνεχή και αποδοτική λύση, σε μια πάθηση που ταλανιζόταν ως τώρα από ακριβούς, αραιούς και σχετικά επικίνδυνους καθετηριασμούς.

Αλλά το «πορτφόλιο των απαντήσεων» του Τουμάζου δεν περιορίζεται σε αυτές τις εφευρέσεις που επιλέξαμε να σας παρουσιάσουμε. Στα 15 χρόνια που θαυματουργεί στο Imperial έχει αποκτήσει τουλάχιστον 50 διπλώματα ευρεσιτεχνίας και έχει δημοσιεύσει περισσότερες από 700 ερευνητικές εργασίες. Οι δε τέσσερις εξειδικευμένες εμβιομηχανικές επιχειρήσεις που έχει συνιδρύσει (Toumaz Technology Ltd, Applied Bionics PTE, Future Waves και DNA Electronics Ltd.) έχουν ήδη πωλήσεις άνω του ενός δισ. ευρώ. Οσο για τις βραβεύσεις… έχει γίνει συλλέκτης: μέσα σε μία δεκαετία τού απονεμήθηκαν εννέα σημαντικά βραβεία και τον έχρισαν μέλος τους η Academia Europea, η Academy of Medical Sciences, η Royal Academy of Engineering και η περίφημη Royal Society. Ακόμη και το νεότευκτο βραβείο καθηγεσίας «Regius Professorship», το οποίο θεσμοθέτησε η Βασίλισσα της Αγγλίας το 2013, ήταν ο πρώτος που το κατέκτησε.

Βρίσκεται λοιπόν στη χρυσή περίοδο της καριέρας του και τα 53 του χρόνια εγγυώνται ότι έχει πολλά ακόμη να δώσει. Δεν ξέρουμε αν θα καταφέρει «να μας ισοκατανείμει το μέλλον», αλλά έχει όλα τα εχέγγυα ενός εφευρέτη που φτιάχνει λύσεις για τον τελικό αποδέκτη τους –τον άνθρωπο –και όχι για τα μονοπώλια της υγείας. Αν μπορείτε να παρακολουθήσετε αγγλιστί, ακούστε τον στη διάλεξη που έδωσε στο TEDmed του Σαν Φρανσίσκο, στο www.tedmed.com/talks/show?id=6992/. Οπως δηλώνει εκεί, «το σώμα μας μάς προσφέρει το δικό του Διαδίκτυο, όπου το κάθε όργανο, η κάθε λειτουργία και η κάθε πάθηση έχουν τη δική τους ιστοσελίδα, με σαφή διεύθυνση. Το μόνο που χρειάζεται ο παθολόγος μας είναι να πηγαίνει, με την αντίστοιχη προσωπική μας συσκευή, στην όποια ιστοσελίδα χρειάζεται για να κάνει τη διάγνωση και να πάρει τις απαντήσεις θεραπείας». Και όσο για το πού θα οδηγήσει αυτό, λέει ότι «αν μέχρι τώρα ο γιατρός κοιτάει με αυτές τις συσκευές στο παρελθόν μας για να καταλάβει το παρόν μας, αύριο θα κοιτάει με αυτές το μέλλον μας».