脳インプラントがロボットハンドで触覚を提供する - これはほんの始まりに過ぎない
12年前、ネイサン・コープランドさんは交通事故で麻痺し、指の感覚を失いました。しかし今、脳インプラントに接続されたロボットハンドのおかげで、感覚を取り戻しました。
「ほぼすべての指の感覚がわかる。本当に奇妙な感覚だ」と、ペンシルバニア州出身の28歳の男性は手術から1カ月後に医師に語った。
現在、ピッツバーグで開催されているホワイトハウス・フロンティアーズ・カンファレンスでは、バラク・オバマ大統領をはじめとする著名人が出席し、脳コンピューター・インターフェースが注目を集めている。
人間の触覚を感知する脳の部分にセンサーを配線する能力は、リハビリテーションのハイテク最前線で開発されている数多くの医学的驚異のうちの 1 つにすぎません。
「異なる方向からアプローチするたびに、まったく新しい、異なることを学ぶことができる」と、国防総省の国防高等研究計画局のアラティ・プラバカール局長は先週シアトルで開催されたGeekWireサミットで語った。
プラバカール氏は講演の中で、コープランド社の進捗状況について概要を説明しました。このプロジェクトは、ピッツバーグ大学とその医療センターであるUPMCで実施され、国防高等研究計画局（DARPA）の「Revolutionizing Prosthetics（義肢革命）」プログラムが主な資金提供を行いました。
実験の詳細は本日、Science Translational Medicine誌にオンラインで発表された。
2004年冬、コープランドさんは18歳の大学1年生だった時に事故に遭い、脊髄を重傷しました。この怪我により、上胸部から下は麻痺し、下腕と下肢の感覚と運動能力は失われました。
事故直後、コープランドはピット大学の臨床試験参加希望患者登録簿に自ら登録した。約10年後、ピット大学の研究者ロバート・ゴーント率いる医療チームが、画期的な一連の手術に彼を参加させることに決めた。
ゴーント氏とその同僚たちは、障害を持つ患者が思考で義肢を制御できる脳インプラントの開発に長年取り組んできた。「ゆっくりと、しかし確実に、この研究を前進させてきました」と、研究の共著者でピット大学教授であり、UPMC医療サービス部門のポストアキュートケアディレクターも務めるマイケル・ボニンジャー氏はニュースリリースで述べた。
この実験は、チームの研究を新たな方向に導きました。コープランド氏の脳内の、通常は指からの感覚信号を受け取る領域に、4つの微小電極アレイが埋め込まれました。数ヶ月にわたり、研究者たちは体性感覚皮質の特定の点を刺激し、どの点がコープランド氏に幻の指が触れられているように感じさせるかをマッピングしました。
「電気が走るような感覚もあれば、圧迫感を感じることもあります」とコープランド氏は言う。「でも、ほとんどの場合、ほとんどの指ははっきりと正確に分かります。指が触られたり、押されたりしているように感じます。」
結果を検証するため、研究者たちはロボットハンドの各指にセンサーを設置した。このシステムをコープランド氏の脳の電極に接続し、目に目隠しをした。そして、実験者がロボットハンドの指に触れ、その感覚がどこから来ているのかわかるかコープランド氏に尋ねた。
13回のセッションで数百回もの指のタッチを繰り返すコープランド氏の成功率は84%だった。人差し指と小指は簡単に識別できたが、中指と薬指は識別が難しかった。
実験中、コープランドは触覚の強さをある程度区別できるようになった。しかし、熱さと冷たさの区別はできなかった。これは今後の課題だ。
「究極の目標は、まるで自然な腕のように動き、感じるシステムを作ることです」とゴーント氏は語った。「そこに到達するにはまだ長い道のりがありますが、これは素晴らしいスタートです。」
プラバカール氏は、海外の紛争で兵士たちが負った傷害の種類を考慮すると、神経技術は DARPA にとって優先度の高い課題であると述べた。
「下肢の義肢は非常に進歩しましたが、上肢の義肢はごく最近まで、非常に単純なフックに限られていました」と彼女は語った。
DARPA（国防高等研究計画局）の資金提供を受けた先進的なロボットアームのモデルの一つが、ついに市販化されました。映画『スター・ウォーズ』でルーク・スカイウォーカーに与えられた義肢にちなんで、「ルーク・アーム」と名付けられました。
ピッツバーグでの実験では、触覚感覚が加わり、さらに進化を遂げています。プラバーカー氏は、腕の大部分を失った患者がコンピューターで生成されたドアに仮想の手の感触を感じる様子を捉えたビデオクリップを公開しました。
「なんてことだ！ドアが開いたのが分かったよ」と患者は言った。「なんてことだ、最高だ」。（この動画はGeekWire Summitのアーカイブ動画の28:30あたりからご覧いただけます。）
プラバカール氏は、このシステムは患者の腕の残された部分から走る神経に配線されていると語った。
「彼の脳に直接入り込む必要はありません」と彼女は説明した。「チップは末梢神経系に埋め込まれているだけです。私たちは今、彼に仮想のドアに触れたような感覚を与える正確な神経信号を送る方法を知っています。」
プラバカール氏は、こうした技術はリハビリテーション以外にも多くの分野に応用できると述べた。仮想タッチを含む、現実世界と仮想現実を融合させたヒューマン・コンピュータ・インターフェースは、人間の体験を向上させ、全く新しい方法で外界とつながる可能性を秘めている。
「それがどうなるかはまだ分かりません」と彼女は言った。「しかし、興味深い分岐点であることは確かです。」
https://www.youtube.com/watch?v=IAoy3ia2ivI
ピット大学の研究者シャーリーン・フレッシャー氏は、サイエンス・トランスレーショナル・メディシン誌に掲載された「ヒト体性感覚皮質の皮質内微小刺激」と題された研究の筆頭著者です。ゴーント氏とボニンジャー氏に加え、共著者にはジェニファー・コリンジャー氏、スティーブン・フォルデス氏、ジェフリー・ワイス氏、ジョン・ダウニー氏、エリザベス・タイラー＝カバラ氏、スリマン・ベンスマイア氏、アンドリュー・シュワルツ氏が含まれています。
本日のホワイトハウス・フロンティアーズ・カンファレンスは、ピッツバーグからライブ配信されます。オバマ大統領は、医療とヘルスケア・イノベーションの未来に関するパネルディスカッションに参加する予定です。シアトルを拠点とする講演者には、ブルーオリジンのエリカ・ワグナー氏、W2Oグループのダナ・ルイス氏、マイクロソフト・リサーチのジャネット・ウィング氏、アマゾン・ウェブ・サービスのジェド・サンドウォール氏、ワシントン大学法学教授のライアン・カロ氏などが名を連ねます。
