ブレイン・コンピューター・インターフェース技術が研究室から私たちの生活に移りつつある

私たちの脳とコンピューターを接続すると、マトリックスに接続するか、アバターでパンドラの森を駆け抜けるかのようなビジョンが思い浮かびます。精神と機械のリンクは、私たちが神経系の複雑さを理解し始めて以来、そしてそれをコンピューター技術とどのように統合できるかについて推測されてきました。これは、初期の SF の比喩で見ることができます。身体を失った脳が多数の機械を制御して、ある存在の悪意のある入札を実行するためです。  

ブレイン コンピュータ インターフェース（BCI）はかなり前から存在しています。 1970 年代にこれらのシステムを研究した UCLA 名誉教授のジャック ビダルは、BCI という用語を作りました。基本的な前提は、人間の脳は感覚情報を処理し、電気信号をコマンドとして送信する CPU であるということです。コンピューターがこれらの信号を解釈し、同じ言語で独自の信号を送信するようにプログラムできるという仮説を立てるのは、論理のちょっとした飛躍でした。この共有言語を確立することで、理論的には、脳と機械が相互に会話できるようになります。 

感情を込めて動かす… 

BCI の多くの応用は神経リハビリテーションの分野にあります。科学者たちは、脳内の特定の領域に特定の機能が局在していることを長い間知っており、「脳マップ」に関する知識があれば、これらの領域を刺激してそれぞれの機能を実行することができます。たとえば、運動皮質に電極を埋め込むことで、手足を失った人は、腕を動かすことを「考える」ことで義足を動かしたり操作したりする方法を教えることができます。同様に、損傷した脊髄に沿って電極を配置して、麻痺した手足を動かすための信号を送信することもできます。この技術は、特定の個人の視力を代替または回復するための視覚補綴にも使用されています。 

神経プロテーゼの場合、目標は失われた運動機能を模倣することだけではありません。たとえば、卵を拾うとき、私たちの脳は、卵を潰さないようにどの程度しっかりと握る必要があるかを教えてくれます。シャーリーン・フレッシャーは、この機能をプロテーゼの設計に統合しているピッツバーグ大学のチームの一員です。フレッシャー氏のチームは、触覚刺激を「感じる」または感知する脳の領域（体性感覚皮質）もターゲットにすることで、接触と圧力を調節できるようにするフィードバック機構のようなものを再現したいと考えている。手の細かい運動の動き。 

フィーッシャー博士は、「上肢の機能を完全に回復するには、手を使って環境と対話し、その手が触れているものを感じることができるようにすることです」と述べ、そのためには「物体を実際に操作するには、どの指が接触しているか、各指がどれだけの力を加えているかを把握し、その情報を次の動作に使用します。」 

脳がインパルスを送受信する実際の電圧は非常に低く、約 100 ミリボルト (mV) です。これらのシグナルを取得して増幅することは、BCI 研究における大きな難題となっています。脳または脊髄に電極を直接埋め込む従来の方法には、出血や感染などの外科手術の避けられないリスクが伴います。一方で、脳波（EEG）で使用されるような非侵襲性の「ニューラルバスケット」は、「ノイズ」のために信号の受信と送信を困難にします。骨の多い頭蓋骨は信号を拡散させる可能性があり、外部環境が信号の取り込みを妨げる可能性があります。さらに、コンピュータに接続するには複雑な配線が必要で、可動性が制限されるため、現在、ほとんどの BCI セットアップは実験室の範囲内で行われています。 

フレッシャー氏は、これらの制限により、臨床応用がこれらの開発にアクセスできる特定の集団に制限されていることを認めています。彼女は、さまざまな分野のより多くの研究者が参加することで開発が促進され、おそらくこれらの障害に対する革新的な解決策が提供される可能性があると信じています。 

「私たちが取り組んでいる仕事は、他の人たちもこのテクノロジーを探索することに興奮するはずです…さまざまな分野の専門家が同じ目標に向かって取り組むことは、患者に最適なソリューションを提供するためのはるかに早い道です。」 

実際、研究者や設計者は、これらの制限を克服するだけでなく、より大きな公共の関心を生み出す新しいアプリケーションを開発するために、BCI をより深く研究しています。 

ラボからゲームへ 

ミシガン大学の学生スタートアップとして設立されて以来、ボストンを拠点とする Neurable は、BCI テクノロジーに対する異なるアプローチを模索することにより、成長する BCI 分野で最も注目を集める企業の XNUMX つとなりました。 Neurable は、独自のハードウェアを構築する代わりに、アルゴリズムを使用して脳からの信号を分析および処理する独自のソフトウェアを開発しました。  

「Neurable では、脳波がどのように機能するかを再理解しました」と CEO 兼創設者の Ramses Alcaide 博士は説明します。 「標準的なEEGセットアップからこれらの信号を取得し、これを学習アルゴリズムと組み合わせて、ノイズをカットして適切な信号を高レベルの速度と精度で見つけることができるようになりました。」 

Alcaide 氏によると、もう XNUMX つの固有の利点は、ソフトウェア開発キット (SDK) がプラットフォームに依存しないことです。これは、互換性のあるあらゆるソフトウェアやデバイスに適用できることを意味します。この「研究室」の型からの分離は、BCI テクノロジーをどこにどのように適用できるかという可能性を広げるための、同社の意識的なビジネス上の決定です。 

「歴史的に、BCI は研究室内に封じ込められてきました。私たちが取り組んでいるのは、医療かどうかにかかわらず、あらゆる用途で使用できる SDK であるため、誰もが恩恵を受けることができる製品を作成していることです。」 

この潜在的な束縛が解除されることで、BCI テクノロジーが多くのアプリケーションで魅力的なものになっています。法執行機関や消防などの危険な職業では、必要な危険を伴うことなく現実のシナリオをシミュレートすることが、訓練プロセスにとって非常に貴重であることがわかります。 

ゲーム分野での商用応用の可能性も大きな興奮を引き起こしています。ゲーム愛好家は、感覚環境が可能な限り現実に近い仮想世界に完全に没頭することをすでに夢見ています。ハンドヘルド コントローラがなければ、ゲーマーは仮想環境内でコマンドを実行することを「考える」ことができます。最も没入型のゲーム体験を作り出す競争により、多くの企業が BCI の商業的可能性を検討するようになりました。 Neurable は商用 BCI テクノロジーの未来を見据えており、この開発の道にリソースを投入しています。 

「私たちは、できるだけ多くのソフトウェアおよびハードウェア アプリケーションに当社のテクノロジーが組み込まれることを望んでいます」と Alcaide 氏は言います。 「人々が脳の働きだけを使って世界と対話できるようにすること、これが私たちのモットーである制限のない世界の真の意味です。」