マヒ患者の運動能力と触覚が新技術で回復!触覚の情報コード化に成功

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図は触覚のコードを可視化したもの/Credit:Cell
point
  • 触覚の情報コード化に成功
  • 触覚コードと運動コードを組み合わせることで両方を麻痺患者に取り戻した

既存のロボットハンドでは、腕や指を動かすことはできても、触覚を脳に伝えることはできません。

しかし最新の研究によって、人間の触覚を情報コード化し、麻痺患者の触覚を復活させることに成功しました。

また触覚と並行して、運動を規定するコードを脳に入力すると、それまで不可能だった「コップを持つ」などの行為も可能になりました。

これは、脊椎損傷患者が運動能力と触覚を同時に取り戻した初めての例になります。

研究者によれば、電極として使っているチップの改善やコードの詳細化を行うことで、最終的には全ての麻痺患者に健常者と同じ運動能力と感覚を取り戻すことができるとのこと。

さらに技術が進めば、実際に人や物に触れていない安静状態にある人間の脳に対して、コード化した感覚情報を流し込むことで、眠りながらにして、あらゆる感覚を誘発可能になるでしょう。

「動き」「感情」に次いで「触覚」の情報コード化に成功

今回の実験でも図のような多電極をとうさいしたチップを人間の脳内に埋め込んでいる/Credit:Cell

近年の急速な生物電子工学の発達により、体の四肢の動きを規定する「基本コード」が明らかになりつつあります

電極などを用いてこの「基本コード」が脳に送信されると、対象はコードが規定する四肢の動作を強制的に行うようになります。

感情コードを流し込まれたマウスはコードと同じ感情が再生され対応する表情をみせる/Credit:science

また最近行われた研究では、これまではブラックボックスと思われてきた感情のコード化に成功。これらのコードを脳に流し込まれた動物に対して、特定の感情を再生することが可能になりました。

今回の研究では、人体実験を通して、新たに皮膚感覚(触覚)のコード化が行われました。コードは先行する研究にならって、人工知能を用いた分析により得られたものです。

では今回は、いったいどのような方法で触覚の再生を可能にしたのでしょうか。

コードを循環させて運動能力と触覚の両方を回復させる

患者の脳とコンピューターの間でコードを循環させることで、自発的なコード生成が可能になった/Credit:Cell

人間の脳は、運動と触覚を連動させて機能させています。

そのため、それぞれを独立して稼働させる為には、まず2つのコードを分解する必要がありました。

上の図のように、分解した運動コードを前腕部の筋肉刺激に用い、触覚コードを上腕の神経から脳に送信することで、麻痺患者の触覚と運動能力の両方を回復することができました。

これは、脊椎損傷患者が運動能力と触覚を同時に取り戻した初めての例になります。

何気ない動作にみえるが、実験が行われるまで患者の手は完全に麻痺していた/Credit:Cell

この技術によって、完全に麻痺していた被験者の右腕が、上の動画のように患者の意思で動かせるようになったのです。

訓練を繰り返すことで、現在では音ゲームの「ギターヒーロー」を楽しむレベルまで回復しているとのこと。

コード化の鍵となったのは知覚以下の神経活動

知覚域未満の神経接続の存在が発見され、半数の麻痺患者には僅かな皮膚と脳の神経のつながりがあった/Credit:Cell

これまで、麻痺患者から触覚コードを生成するのは不可能だと思われてきました。

多くの麻痺患者は手足の触覚が運動能力と共に失われていたため、皮膚刺激と脳の反応が結びつかず、コードも解読できないと考えられてきたからです。

しかし最新の研究によって、約半数の麻痺患者は、僅かに皮膚と脳の神経接続が残っていることがわかりました。

彼らが自分の手足の感覚が「麻痺」していると思っていたのは、残った神経接続の強度が、脳が自覚できる限界値を下回っていたからだったのです。

実際、これら半数の麻痺患者の手足に皮膚刺激を行うと(患者には自覚がないものの)患者の脳では触覚の領域が反応していることが判明しました。

そこで研究者は、この自覚未満の僅かな神経活性に目をつけました。

これらの僅かな神経接続から触覚を規定するコードを解読・生成し、患者が自覚できるほどコードの出力を増幅し、脳に流し込むことができれば、麻痺患者に触覚が戻ると考えたからです。

触覚のコード化が実現した背景には、神経科学分野での新発見が大きく貢献していたのです。

全ての感覚をコード化する

あらゆる脳活動をコード化した先には、完璧なVR世界が待っている/Credit:Cell

論文のなかにおいて研究者は、脳に埋め込む電極チップの数と性能を向上させることで、より詳細なコード化が可能だと述べています。

そのため、感覚の完璧なコード化が行われれば、眠りながらにして、あらゆる感覚を得られるようになります。

未来の世界では、「感覚体験」がネットを通してダウンロード販売されたり、旅行代行ロボットを通して世界中の空気や料理の味覚を感じるようになれるかもしれませんね。

 

研究内容の詳細はアメリカのバテル記念研究所のPatrick D. Ganzer氏らによってまとめられ、オンラインで公開された後、5月14日に学術雑誌「Cell」に掲載される予定です。

Restoring the Sense of Touch Using a Sensorimotor Demultiplexing Neural Interface
https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(20)30347-0.pdf

思念で指を動かし、触覚も感じられる最新「義手」が登場

reference: sciencedaily / written by katsu
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