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「思っただけ」で動くロボットとブレインマシン

「思っただけ」で動いてくれるロボットの秘密は?
自らの“意思”でコントロールできるブレイン・マシン・インターフェイス、「ブレインゲート」をご紹介します 。

1997年、キャシー・ハチンソンさんは脳幹卒中を患い、首から下が麻痺してしまいました。以来、両手を元どおりに動かすことができなくなってしまい、ヘルパーさんの介助が必要でした。しかし2011年、彼女はタンブラーのコーヒーを飲むことができるようになりました。自らの“意思”でコントロールできるロボット・アームが、そのパートナーです。

これは、一般的に「ブレイン・コンピューター・インターフェース」、「ブレイン・マシン・インターフェイス」と呼ばれるテクノロジー。今回のシステムは「ブレインゲート」という神経科医や科学者、エンジニアたちによる学際チームが開発したものです。米科学誌『ネイチャー』の記事によると、今回のロボットは、手や腕の動作を司る脳領域に埋め込まれたインプラントの96本の微細な電極が、彼女の脳細胞から発信される信号を読み取ってコンピューターへ送信、コンピューターがその情報を解析してロボットアームを動かしているとか。

小さなブレインマシンのチップ

上の画像:小さな脳チップがキャシー・ハチンソンさんの思考を「読み取り」(画像:ブラウン大学)
最上部の画像:2011年、ハチンソンさんは意思でコントロールできるロボット・アームでコーヒーを口元へ運び、
15年ぶりに自分でコーヒーを飲むことに成功

GEグローバル・リサーチは、脳のニューロンが出す電気信号をより細かに把握できるようにするため、この「ブレインゲート」と協働しています。

「私たちは、神経を刺激して神経活動を記録するための超小型な脳インプラントを開発しています」と言うのは、ハチンソンさんの脳に埋め込んだものと同様の神経チップを開発した、ニューヨーク州のGEグローバル・リサーチのエンジニア、クレイグ・ギャリガン。「その目的は、神経プローブを装着する際の切開を最小限にとどめるプロセスを確立すること、そして対象となる脳の特定領域を絞り込むこと。標的となるニューロンを正確に把握し、その領域だけを刺激できるようにすることも、研究の一環なんです」

GEの研究所の科学者たちは、ジェットエンジン向け新素材から、チョウの羽をもとに開発した化学センサー、高解像度の医療用スキャナーに至るまで、さまざまな研究に取り組んでいます。「プローブのサイズがチップの成果に大きな影響を与えることは、著名な神経外科医たちの言葉からも明らかだ。細いプローブの方が組織へのダメージは少なく、長期間にわたる装着でも機能を維持できたから」と自らのブログにも書いているギャリガン。脳プローブを改良するために、ワイヤレスネットワーク用の「MEMSマイクロスイッチ」を研究する社内部門の協力を仰ぎました(GEはこうした社内のアイディアの交流/活用を「GEストア」と総称しています)。

ブレインマシンの実験装置

ジェフ・アッシュのラボにある実験装置(画像:GEグローバル・リサーチ)

脳プローブの試作品

GEが開発した脳プローブの試作品
(画像:GEグローバル・リサーチ)

「MEMS(極微小電子技術機械システム)」はヒトの髪の毛より細いにもかかわらず、電池寿命から医療機器、航空システムに至るまであらゆるものを管理することが可能。このテクノロジーの活用で、ギャリガンは縦2ミリ×横30ミクロンという、ヒトの髪の毛の直径より細いプローブの開発・テストを進めることができました。

臨床前試験は順調に推移しています。「非常に良好なS/N比(信号とノイズの比)を確認しました。これは神経スパイク波形を明確に測定できるレベルで、事前テストに用いたもっとも幅広の神経プローブと比較しても、同程度の信号を記録することができました」この試験結果をもとに、ギャリガンのチームはNIHグラント(米国立衛生研究所の研究補助金)を申請し、臨床前研究を継続中です。

ブラウン大の神経科学者、ジョン・ドナヒュー氏

ブレインゲートを率いるジョン・ドナヒュー氏(画像:ブラウン大学)

ヒトのニューロン

ヒトのニューロン(画像:GE Invention Factoryより)

ギャリガンの同僚のジェフ・アッシュは、「ブレインゲート」を率いるブラウン大の神経科学者、ジョン・ドナヒュー氏のチームとともに、脳のニューロンが発する電気信号を把握する研究に取り組んでいます。「細胞レベルで何が起きているのかを明らかにしたいんです。個々のニューロンからの信号を記録、区別することができれば、その情報やニューロン回路が構築しているはずの機能を解析することも可能になりますよ」とアッシュは言います。「今考えているのは、脳細胞の声を聞き、その言語を理解して、脳にフィードバックできるツールです。これによって、脳と機械の双方向コミュニケーションが可能になるはずですから」

脳波を活用した「ブレイン・マシン・インターフェイス」は、今回のインプラント方式以外にも、装着方式のものもあり、様々な形で研究・開発が進められています。昨年発表されたGoogle Glassを脳波でコントロールするアプリ「MindRDR」もその例のひとつ。日本では、金沢工業大学で装着式のワイヤレス脳波計を用いた、ロボットハンドの制御車いすを自律走行させるシステムの制御といった実験が行われ、それぞれ成果を収めています。

こうした脳波の研究・開発が脳疾患の治療に役立つ日が来るのは、そう遠い将来の話ではなさそうです。