脳力

ロードアイランド州プロビデンスにあるブラウン大学の小さな研究室では、アカゲザルがコンピューターの画面に面した椅子に座って、ヨットのティラーによく似たデバイスのハンドルを握っています。今のところ、サルはこのデバイスをコンピューターのジョイスティックのように使用して、単純なビデオゲームを制御します。画面に色付きのドットが表示され、動物はそれに合わせてカーソルを動かします。ただし、動物がタスクを上手く行うと、隣接する部屋の研究者がスイッチを切り替え、カーソルを動かすのはジョイスティックの動きではなく、サルの脳から直接信号が送られます。

この不気味な偉業は、ブラウンの神経科学者ジョン・ドノヒューが率いる研究者がサルの脳に電極の小さな配列を埋め込んだために可能です。電極は脳内の個々のニューロンからの信号を傍受し、特別に開発されたコンピューターアルゴリズムがこれらの信号をコンピューターカーソルの軌道と速度に変換します。しかし、研究者の野心は、ビデオゲームをプレイするサルをはるかに超えています。彼らの希望は、彼らのブレインマシンインターフェースシステムが、脊髄損傷や神経変性疾患によって麻痺した患者に、彼らの思考の力だけを使って、彼らの周りの世界と相互作用する新しい能力を与えることです。

この話は2002年4月号の一部でした

• 残りの問題を見る
• 購読

Donoghueと彼のチームは、そのビジョンを追求するために2001年6月にCyber​​kineticsを立ち上げました。同社は、これまで主に世界中の少数の学術研究室に追いやられてきたブレインマシンインターフェースの研究から生まれた最初の企業の1つです（ ブレイン・マシン・インターフェースを参照してください。 子供達 2001年1月/ 2月 ）。まだ多くの開発が行われていませんが、脳を直接利用するCyber​​kineticsのようなシステムは、理論的には麻痺した患者にコンピューター、ロボット補助装置、そしておそらく自分の筋肉を制御する手段を与える可能性があります。 Cyber​​kineticsは、今年の終わりまでに人間でその理論のテストを開始することを目指しています。

人間のテストへの道を開くサルの研究では、シカゴ大学の共同創設者ニコラス・ハトソプロス、ブラウン大学のMD / PhD学生ミジャイル・セルヤ、プロビデンスのロードアイランド病院の神経外科医であるゲルハルト・フリースを含む会社が焦点を当てていますサルの腕にコマンドを発行する脳の領域。 Friehsは、耳と頭蓋骨の上部のほぼ中間にある脳の最外層にあるこの領域に、100個の電極からなる4mm四方のアレイを埋め込むことから始めます。手術後、ワイヤーの小さな束がアレイから動物の頭蓋骨の穴を通って蛇行します。これらのワイヤーはコンピューターに接続され、各電極の近くで発火するニューロンによって生成された電気信号をマシンに送ります。

プラグを差し込んだサルが隣の部屋でビデオゲームを練習している間、ハトソプロスはそのコンピューターの前に座ります。アレイによって検出された脳の活動は、運動亢進性のEKGのようなグラフの寄せ集めとして画面全体に点滅します。コンピューターのスピーカーから聞こえるようになり、脳の信号がパチパチと音を立てて、ミルクのライスクリスピーのように飛び出します。 Hatsopoulosは音量を上げます。私はそれを聞くのに飽きることはありません、と彼は言います。これは本当に心を読んで、サルが何かを考えているときに脳の細胞を盗聴するようなものです。パターン認識ソフトウェアは、脳のバックグラウンドノイズから信号スパイク（それぞれが単一ニューロンの単一発火を表す）を取得し、それらをサルの腕の位置と相関させます。 Donoghue氏によると、驚くべきことは、ニューロンの活動をすばやく把握し、手の軌跡を抽出できることです。実際、ビデオゲームのエクササイズからわずか3分程度のデータを使用して、コンピューターは、脳の信号だけからサルの腕の動きを推定できるモデルを構築できます。モデルが微調整されると、コンピューターは脳の信号を使用して、カーソルまたはロボットアームのいずれかをリアルタイムで駆動できます。

このような有望な結果は、研究者がサイバーキネティクスを立ち上げ、臨床試験に向けて前進するきっかけとなったものの一部です。私たちはすでに多くのことを知っています。それでは、それを使用してみましょう、とSerruyaは言います。 Cyber​​kineticsの最初の人間によるテストの参加者は、怪我、脳卒中、または神経疾患のために完全に麻痺し、目の微妙な動きを除いてコミュニケーションさえできない、閉じ込められた患者になります。これらの最初の試験では、同社はユタ州ソルトレイクシティに本拠を置くBionic Technologiesが製造した電極アレイを移植しますが、信号処理ハードウェアと電源は体外に残ります。これらの最初の人間によるテストがサルの実験の可能性を裏付ける場合、同社は完全に移植可能なデバイスを作成するための技術をさらに開発することを計画しています。

今日まで、麻痺した患者の機能回復を助けることを目的として、脳記録インプラントの人間によるテストを実施したのは、ジョージア州アトランタを拠点とするニューラルシグナルの1社だけです。同社は、電極アレイの代わりに、2つの神経栄養電極を移植します。細いワイヤーを含むガラス管と、脳細胞がデバイスに成長するのを促進する物質です。神経内科医で神経信号の創設者であるフィリップ・ケネディ氏は、1997年に開始された研究は当初の予想よりもゆっくりと進んでいるが、会社は年末までに明確な結果を出すはずだと述べています。ただし、サイバーキネティクスの研究者は、2つではなく100の電極を埋め込むと、システムがより堅牢になり、脳からより多くの情報を収集できるようになると考えています。

ブレインマシンインターフェースの最近の研究は有望ですが、いくつかの重要なハードルが残っていると、ブレインマシンインターフェースの研究に資金を提供する国立衛生研究所の神経プロテーゼプログラムの責任者であるウィリアムヒートダークスは言います。おそらく最大の課題は、記録装置（硬いハードウェア）と脳（脳脊髄液に浮かぶスクイーズの塊）の間に、脳の小さな動きにもかかわらず正確な位置を数十年維持するインターフェースを構築することだとHeetderksは言います。 。ケネディとドノヒューの両方のデバイスは、その前線での進歩を表しています-ケネディは、細胞がデバイスに成長して接続を安定させることを奨励しますが、ドノヒューは、ゴルフクリートが湿った地球をつかむのと同じように脳をつかむことによって-アプローチのいくつかの組み合わせが最終的に必要になる可能性があると考えています。この時点で、Heetderksは、人間の研究はまだ少し時期尚早かもしれないと言います。しかし、明らかにそれはただ1つの意見です。

ミネソタ州メドトロニックに本拠を置くミネアポリスの神経部門のベンチャーおよび事業開発のディレクターであるグレッグ・リコライは、異なる見解を示しています。これは、神経障害への取り組みにおける真のブレークスルーであると、リコライはドノヒューの取り組みについて述べています。患者の募集に問題はないと思います。このシステムは動物モデルで十分に証明されています。唯一の潜在的な停滞は、彼らが文書を作成し、それらの初期段階の試験のFDA承認を得るのにどれくらいの時間がかかるかです。

Cyber​​kineticsのビジネスマネージャーであり、唯一の従業員であるブラウン大学のミハイルシャピロは、会社が経営陣を探すのを支援し、その事務処理と人間によるテストを実施するために必要な資金を提供しています。 Shapiroと会社の創設者は全員、ビジネスと技術の両方の課題に直面することを認識していますが、Hatsopoulosが言うように、これは現実であるとも確信しています。これは本当に人々を助けるつもりです。

隠れる