ヤン・シューアマンさんが再びチョコレートバーを口に入れることができたとき、彼女は大喜びしました。昨年、米国の研究者らは麻痺した女性から約200個のニューロンを盗聴した。彼らは神経細胞からの信号をロボットアームを制御するデジタルコマンドに変換した。すぐに、ショイアーマンは、まるで健康であるかのように、この賢い義足を使って多くの動作を素早く実行できるようになりました。しかし、たとえチョコレートバーの包装を開けるだけであっても、彼女は多くのことで助けを必要としていました。 2本目の腕が欠けていました。
神経生物学者のミゲル・ニコレリス氏は、「キーボードのタイプから缶を開けるまで、日常生活のあらゆる活動において、両側性の動きが大きな役割を果たしています」と語る。 「人々に運動能力を取り戻すように設計された将来の機械と脳のインターフェースには、重度の麻痺した人々に真の利益をもたらすために複数の手足を組み込む必要があるでしょう。」
ニコレリス氏は、デューク大学のピーター・イフト氏が率いるチームの一員であり、現在この方向に向けて重要な一歩を踏み出している。科学者らはアカゲザルに思考を使って2本の仮想腕を制御するよう教えた。これを行うために、ジャーナル「サイエンス・トランスレーショナル・メディシン」の最新号に記載されているように、彼らはまず2匹の動物に極薄の微小電極を埋め込んだ。電極は最大 500 個の個々のニューロンの発火を聞きました。これらの神経細胞のほとんどは運動皮質、つまり運動の制御を担当する脳の領域にありました。
左右の腕だけではない
研究者らはその後、サルに手足を制御できるように訓練した。動物たちは、猿によく似た2本の腕を映したスクリーンの前に座っていた。目的は、画面上に交互に表示される 2 つの円上に左右の仮想手を配置することでした。 1 匹のアカゲザルは、最初はジョイスティックを使ってコンピュータのアームを制御していましたが、もう 1 匹はアニメーション化された手がどのように動くかを単に観察していました。しかし、最終的には、どちらのサルも同じ課題を課せられました。腕が固定され布で覆われている間、思考を使って仮想の手を円の上に押し込む必要がありました。
どちらのサルも、訓練が長くなるほどパフォーマンスが向上しました。どうやら、時間が経つにつれて、彼らは義手を自分たちの身体イメージに組み込むことさえしたようです。研究者らはまた、より大きな神経細胞のグループが両腕を使う運動を担っていることも発見した。脳は、左右の腕の別々の動きを制御する信号を単に組み合わせることに限定されませんでした。 「片手の動作中に同じニューロンのニューロン活動を単純に合計するだけでは、個々のニューロンまたはニューロンの集団が両手で行うタスクでどのような動作をするかを予測することはできないことがわかりました」とニコレリス氏は言います。どうやら、両手の動きは単なる各部分の合計ではありません。このため、神経信号を正しい動きに確実に変換できるアルゴリズムの開発がさらに複雑になります。
この研究では、タップされるニューロンの数が多いほど、両手の動きをより安全に制御できることがわかりました。サルは仮想腕を左右、前後に動かすだけで済みました。一方、チョコレートバーの包装を開けるような作業では、腕だけでなく 10 本の指すべてを正確に調整する必要があります。したがって、より複雑なプロテーゼでは、500 をはるかに超える神経細胞からの信号を受信する必要がある可能性が十分にあります。
