触覚は私たちの認識の重要な部分です。触覚は、形や構造を感じることを可能にし、物体を手でしっかりと、しかしきつすぎないように保持するのに役立ち、何かに触れていることを私たちに知らせます。触覚がなければ、手で物体を掴んだり操作したりすることは非常に困難です。 「この感覚フィードバックがなければ、私たちは常に物を落としたり、手で押しつぶしたりすることになります」とシカゴ大学のグレッグ・タボット氏とその同僚は説明する。そして、それはまさに今日の一般的な義足のほとんどの問題です。義足は腕の断端の神経や筋肉からの制御コマンドに反応しますが、感覚フィードバックはまったく提供しません。そのため、患者は義手を自分の手を使うのと同じように上手に使えるようになるまでに、長期間の訓練を必要とします。
感覚フィードバックは重要です
「義足で腕の機能を回復するには、脳が腕に送る運動信号だけでなく、腕が脳に送り返す感覚信号も置き換える必要があります」と上級著者スリマン・ベンズマイア氏は説明する。シカゴ大学。研究者らが説明しているように、手で物体を掴んだり操作したりする際には、接触が発生する場所、接触が発生する圧力、そして接触が正確にいつ発生するか、つまり接触のタイミングに関する情報という 3 つの信号が特に重要です。科学者たちは現在、アカゲザルの実験でこの感覚情報を人工的に再現する方法を研究している。
研究者らはテストのために、まずどの電気信号がいわゆる体性感覚皮質（体のさまざまな部分からの感覚印象が記録される脳の領域）において動物の手の特定の触感を引き起こすかを特定した。人差し指であれ薬指であれ、タッチの位置によって脳のこの領域の特定の領域が活性化されることが示されました。圧力の強さは、この領域で活性化されるニューロンの数に反映されます。研究者らの説明によれば、圧力が強いほど、活性化されるニューロンの数は多くなります。 3 番目の重要な信号、つまり接触または切断の時刻がどのようにエンコードされるかについては、依然として疑問が残ります。測定結果が示したように、手の触覚センサーは、強力で急速に変動する信号の短いパルスを脳に送信することで、これを知らせます。これは、一種の「注意！」という警告です。
電極による触感
電子信号を使用してこの自然なフィードバックを模倣するために、研究者らは頭蓋骨の下に 3 つのアカゲザル電極を埋め込みました。それらは、手の信号の処理を担当する体性感覚皮質の領域に正確に位置するように配置されました。研究者らは、これらの電極を使用して、通常、接触の位置、タイミング、強さに関するフィードバックを提供する電気インパルスを脳に正確に送信した。そして実際、サルはこれらの人工信号に対して、実際の接触と同じように反応したのです。彼らは、信号が人差し指と薬指のどちらの接触に対応しているのか、いつ接触が始まったのか停止したのか、さらには2つの接触のうちどちらがより強い圧力で行われたのかを識別することができた。
研究者らによると、この結果は将来の義足に感覚フィードバックを装備するための第一歩となるという。彼らが特定し、サルでテストした信号は、人間の脳に触覚情報を伝えるためにも使用できる可能性がある。 「これは、四肢の切断や麻痺によって触覚を失った人々に触覚を回復させるための重要な第一歩です」とタボット氏と彼の同僚は述べている。人間に使用するにはシステムを改造する必要があるのは間違いなく、脳に電極を埋め込むのは簡単な手順ではありません。それにもかかわらず、科学者たちはこれをプロテーゼの使用を簡素化し改善する機会とみなしています。 「この生体模倣フィードバックにより、義手の器用さと現実感が大幅に向上すると考えています」と研究者らは述べています。
