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医療、スポーツ、メタバースに「リアル脳トレ」も? 脳と機械をつなぎ合わせる「BMI」の可能性

サイエンス思考

提供:LIFESCAPES

頭で思い描いた通りに動く巨大なロボットや、ヘッドギアで思考を読み取りメタバース(仮想現実)を自由自在に動き回るアクションゲームなど——。

SFマンガやアニメではもはや「定番」の設定ですが、実はいま、この夢を現実にする可能性を秘めた「BMI」という装置の研究開発が進んでいます。

「BMIは『Brain-Machine Interface』。定義から言うと、『脳(Brain)と機械(Machine)を機能的につなぎ合わせたもの』という意味です」

そう語るのは、慶應義塾大学理工学部でBMIの研究に取り組む牛場潤一教授です。

牛場教授は、BMIを活用して身体が麻痺状態になった患者を治療するためのデバイスの事業化を推進するべく、LIFESCAPESというスタートアップ企業を設立。慶應義塾大学の教授とCEOの二足のわらじで、研究開発に取り組んでいます。

BMIは、医療やヘルスケア、エンタメビジネスの文脈で、いま非常に注目されている分野です。2016年には、電気自動車メーカー・テスラの代表を務めるイーロン・マスク氏が、脳に埋め込むチップを開発するNuralinkという企業を設立したことも大きな話題となりました。

9月のサイエンス思考では、医療やメタバースをはじめ、さまざまな分野での可能性を秘めているBMIの現状について、牛場教授に話を聞きました。

「BMIは既に社会に浸透している」

牛場教授

慶應義塾大学理工学部でBMIの研究に取り組む牛場潤一教授。

撮影:三ツ村崇志

「脳と機械をつなぎ合わせるものがBMIである」とはいうものの、牛場教授によるとBMIのやり方は大きく分けて3種類あるといいます。

例えば、牛場教授が研究しているのは「念じたとおりに機械を動かす、いわゆるサイボーグやテレパシー的なBMI」だといいます。

このタイプのBMIでは、「手を動かしたい」「足を動かしたい」と念じた際に発生する脳の活動(脳波など)をセンサーでピックアップする必要があります。

牛場教授は、AIを使い、ピックアップした脳波データからその人の意思通りにロボットアームを動かしたり、コンピューターのカーソルを操作したりすることができるといいます。

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脳波を読み取ったイメージ。こういったデータを元に、その人が身体をどう動かそうとしているのかを読み取る。

撮影:山﨑拓実

脳の活動を読み取る方法には、いくつか種類があります。

牛場教授らはヘッドギアのようなものを使って脳波を計測していますが、外科的手術によって、脳や脳の血管の中に電極を入れることで、脳の活動をより正確に読み取ろうとするデバイスもあります。

アメリカのSynchronは2021年12月23日、脳の血管にBMIデバイスを導入した筋萎縮性側索硬化症(ALS)の患者が、BMIデバイスを通じてTwitterでメッセージを発信することに成功したという驚きの発表をしています。

※このTweetは、ALS患者のPhilip O-Keefe氏が、SynchronでCEOを務めるThomas Oxley氏のアカウントを利用してつぶやいたもの。

「念じるタイプ」とは対照的に、「外からの刺激を人間に入力するBMI」も存在します。BMIの社会実装という意味では、こちらの方が先んじています。

「例えば、マイクやカメラで撮影した音や映像のデータをAIで処理して、音や視覚を処理している脳の領域にインプットしてあげると、難聴の人や眼が見えない人が、マイクの音やカメラの映像を手がかりに『知覚』することができます。

これは『入力型のBMI』とも言われていて、医療機器(人工内耳や人工網膜)として実用化しています」(牛場教授)

子どもが着けている装置が「人工内耳」。

子どもが着けている装置が「人工内耳」。

REUTERS/Eliseo Fernandez

これに加えて、脳に電極を埋め込んで活動を制御する「介在型」とも呼ばれるBMIもあります。

「例えばパーキンソン病のように、脳の活動がうまくいかずに手の震えが起きてしまうような方に対して、脳の信号を整えてあげて、震えを止めることなどができるとされています」(牛場教授)

脳に電極を埋め込み、刺激を与えることで治療する手法は「深部刺激(DBS)」と呼ばれ、日本でも一部の病気に対する治療法として保険適用されています。

「BMIと聞くと、最近ブーム的に広がったようにも見えるのですが、歴史を紐解いてみると、人工内耳や人工網膜、DBSなど、医療機器として社会実装されているものもたくさんあるんです」(牛場教授)

「BMIのフロンティア」で脳の損傷を治療する

私たちは脳のポテンシャルを生かしきれていないのかもしれない。

私たちは脳のポテンシャルを生かしきれていないのかもしれない。

Shutterstock/Yurchanka Siarhei

牛場教授は、「念じて動かす」出力型のBMIの領域が「BMI研究にとっての、今のフロンティアになっている」と話します。

牛場教授は大学で基礎的な研究をする傍ら、スタートアップ企業であるLIFESCAPESを設立し、BMIを使って脳卒中などにより生じた「手指の麻痺」を治療しようと研究開発を進めています。出力型のBMIが、なぜ麻痺の治療に活用できるのでしょうか。

私たちの脳内では、無数の神経細胞がネットワークを構築しており、身体の動きなどに関わる信号はこのネットワークを通じて手や足などの末端に送られています。脳卒中などになると、ダメージを受けた脳の神経細胞が機能しなくなり、ネットワークが壊れてしまうことがあります。ネットワークが壊れると、その損傷具合に応じて思い通りに身体を動かせなくなってしまうわけです。

ただ、私たちの脳には、傷ついたネットワークを迂回する「バックアップ経路」がたくさん存在しています。実は、このバックアップ経路をうまく使うことができれば、たとえ本来の神経細胞のネットワークが壊れていても、身体を動かすことが可能になる……というロジックで、麻痺の治療ができるというのです。

とはいえ、課題もあります。

「私たちは、脳にバックアップ回路があったとしても、簡単に切り替えることができません。うまく切り替えるには、(バックアップ経路を使うように)脳をアップデートしてあげる必要があります」(牛場教授)

実はここで、BMIの活用が期待されているのです。

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