ブレイン コンピューター インターフェイス (BCI) の説明

ブレイン コンピューター インターフェイス (BCI) は、脳の電気活動と外部出力の間に直接通信経路を作成するデバイスです。 これらのセンサーは、脳のニューロン間で伝達される電気生理学的信号を捕捉し、その情報をコンピューターやロボットの手足などの外部ソースに中継します。これにより、人間は基本的に思考を行動に移すことができます。

これらの脳チップは、ウェアラブル デバイスで頭皮の上に装着されたり、頭皮の下に外科的に配置されたり、脳組織内に埋め込まれたりすることもあります。 その考えは、チップが脳のニューラルネットワークに近ければ近いほど、信号をより鮮明に、つまり「高解像度」で解釈できるということです。

ブレイン コンピューター インターフェイス (BCI) は、人間の脳がコンピューターやロボットの手足などの外部ソフトウェアやハードウェアと通信し、制御できるようにするデバイスです。

かつては 2000 年代初頭に現実となったサイボーグ SF の比喩でしたが、ブレイン コンピューター インターフェイスは現在急成長しており、17 億 4000 万ドルの市場は 2000 年代末までに 61 億 8000 万ドルに成長すると予想されています。 ヘルステックの研究が進歩し、需要が高まるにつれ、スタートアップ企業は人間とコンピューターの相互作用の新たな波を開拓するために力を入れています。

ヘッドフォンの形で非侵襲的なブレインコンピューターインターフェイスを開発するニューロテクノロジーの新興企業 Neurable の CEO である Ramses Alcaide 氏は、BCI を強化したデバイスが一般の人にとっての日用品になる可能性があると見ています。

「ブレイン・コンピューターのインターフェースをアクセスしやすく、十分にシームレスにできれば、今日私たちがスマートフォンやラップトップを使用しているのと同じように、それらを私たちの日常生活に組み込むことができます」とアルカイド氏はBuilt Inに語った。 「しかし、真にユビキタスなツールになるためには、人々が意識的に考えずにツールを使用できるほど、快適で、直観的で、信頼性が十分である必要があります。これは、私たちがマウスやキーボードを使用してコンピュータを操作するのと同じです。」

今日、ブレイン コンピューター インターフェイスの最も一般的な用途には、思考によってカーソルを動かすことが含まれます。 ほとんどのプロジェクトは実験段階にとどまっていますが、一部は人体実験に進んでいます。

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ブレイン コンピューター インターフェイスの種類やアプローチは異なりますが、それらはすべて脳のニューラル ネットワークの電気生理学に基づいてモデル化されています。

私たちが決断を下すとき、あるいは決断をしようと考えるとき、電気化学信号が発火します。 この現象は私たちの神経系にあります。 より具体的には、ニューロンが行き来する際のシナプスとして知られるニューロン間の隙間です。

この脳活動を捕捉するために、BCI はこれらの会話の近くに電極を配置します。 これらのセンサーは電圧を検出し、各「スパイク」が発火または発火する可能性があるときの周波数と強度を測定します。

「私たちは脳のニューロンが互いに通信する際の電気的なおしゃべりを捉えています。」

「これはマイクのようなものですが、この場合、私たちは音ではなく電気活動を聞いているのです」と、半侵襲的で可逆的な神経インプラントを開発している新興企業プレシジョン・ニューロサイエンス社の社長兼最高製品責任者であるクレイグ・マーメル氏は言う。 「私たちは脳のニューロンが互いに通信する際の電気的なおしゃべりを捉えています。」

その情報はローカル コンピューター ソフトウェアを介して供給され、ニューラル デコーディングとして知られるプロセスで変換されます。 ここでは、さまざまな機械学習アルゴリズムやその他の人工知能エージェントが引き継ぎ、脳の活動から収集された複雑なデータセットを、脳の意図が何であるかをプログラム可能な理解に変換します。

「（ブレイン・コンピュータ・インターフェースの）短期的な目標は、能力を失った人々にその能力を取り戻すことだ」と非営利新興企業コンバージェント・リサーチの科学者で、ソフトウェア会社AEの元チーフ・ブレイン・コンピュータ・インターフェース科学者であるサムナー・ノーマン氏は語る。スタジオ。 「しかし、長期的には、この技術は、一種の三次皮質、つまり人間の脳機能の別のレベルと、人間がほぼ超人的になることを可能にする実行機能を作り出すことも目的としています。」

以下は、ブレイン コンピューター インターフェイスのより一般的な使用例の一部です。

脳の配線を再配線するリアルタイムの神経フィードバック ループを提供することで、BCI は麻痺や障害のある患者の動き、可動性、自律性を回復し、生活の質を高めることができます。 より慢性的なケースでは、ロボット装置と手足が統合されます。

ヘッドセットは、ブレイン コンピューター インターフェイスに非侵襲的なアプローチを提供する方法です。 Neurable の Enten に見られるように、生産性を高め、集中力を高めるものもあれば、Neurolutions Inc の IpsiHand システムのように、脳卒中後の個人の上肢の運動機能を回復するものもあります。

脳卒中や重傷の後に「閉じ込められた」状態に陥る可能性のある非言語的な人は、目の動きを使用してコンピュータ拡張コミュニケーションを行うことができます。

いくつかの調査では、ユーザーは運動能力がなくても、ソーシャル ネットワーキング アプリ、電子メール管理、仮想アシスタント、インスタント メッセージ サービスを制御できていました。 照明を暗くしたり、テレビのチャンネルを変更したりすることは、BCI を家庭にどのように適用できるかの例です。

国防総省は、軍事用途のハンズフリードローンを開発する研究に資金を提供している。 これにより、兵士は無人航空機の群れをテレパシーで制御できるようになる。

イーロン・マスク氏が率いるニューロテクノロジー会社は、コインサイズの外科用インプラントを開発している。 脳の活動をできるだけ厳密に監視するために、ニューラリンクのデバイスであるリンクは、脳内に扇形に広がったミクロンスケールの電極ワイヤーを使用しています。 その主な焦点は麻痺の治療です。 「頭蓋骨用のFitbit」に加えて、このスタートアップはニューラルスレッドを配置するための8フィートのロボットを構築している。

このブレイン コンピューター インターフェイスの新興企業は、脳信号を解釈して生産性を向上させるソフトウェアとハ​​ードウェア (ヘッドフォンの形) を構築しています。 最初のペアである Enten は、高度なデータ分析と信号処理技術を使用して、ユーザーの 1 日を通してのピーク集中時間を最大化します。 BCI で強化されたウェアラブル デバイスは、通知を自動的にミュートし、ノイズ キャンセリングを有効にし、「おやすみモード」をオンにします。 また、さまざまな曲やジャンルがユーザーの集中力にどのような影響を与えるかを追跡し、パーソナライズされたプレイリストを推奨し、休憩を提案します。

ニューラル プラットフォームは、侵襲性が最小限で完全に可逆的な外科的に埋め込まれた脳チップを備えたブレイン コンピューター インターフェイス システムに近づきつつあります。 レイヤー 7 皮質インターフェースは、長さ約 1.5 センチメートル、髪の毛の数分の 1 の厚さの微小電極の薄膜で、組織を損傷することなく頭蓋骨のすぐ下の脳皮質に適合します。 プレシジョンの技術は、神経疾患の治療方法として、小規模の研究機関から医療施設まで BCI を主流にしたいと考えています。

ビル・ゲイツとジェフ・ベゾスの支援を受けて、このバイオエレクトロニクス医薬会社は血管を介して脳のマッピングを行っています。 ステントロードは頸静脈を通して挿入され、運動皮質近くの上矢状洞に配置される神経プロテーゼです。 8ミリメートルの柔軟な合金チップは、患者の胸部に埋め込まれた受信ユニットに神経信号を送信し、そこで思考がコンピュータまたはモバイルデバイスのクリックやキーストロークにリアルタイムで変換されます。 医学誌JAMAネットワークによると、シンクロンは2021年に米国食品医薬品局から人体臨床試験の承認を取得しており、これまでに合計4人の患者が参加した。

ニューロテクノロジー プラットフォームは、20 年にわたるブレイン コンピューター インターフェイス開発の一環として、2004 年から人体でデバイスをテストしてきました。 ブラックロックの製品ポートフォリオは、患者が触覚機能、自分の手足や義肢の動き、思考だけでデジタル機器を制御できる能力を取り戻すのに役立ちました。 その最新プロジェクトである Neuralace は、まつげよりも薄い、柔軟な六角形のメッシュ パッチで、脳の亀裂や脳溝に適合するように設計されています。 その広い表面積は 10,000 個の神経チャネルを捕捉でき、脳全体のデータ捕捉に少しずつ近づいています。

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神経学的リハビリテーションのコースの後、脳チップとウェアラブルにより、患者は外骨格とロボットの四肢を直接制御できるようになります。 これは、損傷や病気の部位（脊髄切断など）の筋肉活動を完全に回避し、脳から直接信号を読み取ることで可能になります。

ブレイン・コンピューター・インターフェースを使えば、考えることができれば、話すことができます。 問題は、ニューラル デコーディング ソフトウェアがどれだけ速く追いつくことができるかです。

スタンフォード大学のチームは、その脳チップが1分あたり62単語をハッキングできることを発見しました。これは自然な会話と同じペースです。 この研究では、筋萎縮性側索硬化症を患い、事前にプログラムされた125,000語の語彙をもつ非言語患者を取り上げ、「皮質内音声ブレインコンピューターインターフェースを使用して、もはや話すことができない麻痺患者への迅速なコミュニケーションを回復するための実現可能な道を示す」としている。 。」

ある研究では、ALS、脳性麻痺、脳幹脳卒中、脊髄損傷、筋ジストロフィー、または慢性末梢神経障害のある人はBCIから恩恵を受ける可能性があると指摘しています。 神経インプラントは、慢性疾患または末期診断を受けた患者の症状を治療したり、少なくとも生活の質を改善したりできる可能性があります。

ブレイン・コンピューター・インターフェースは、双極性障害、強迫性障害、うつ病、不安症などの精神疾患を緩和できる日が来るかもしれません。

ニューロフィードバック技術を使用することで、脳の特定の領域に標的を絞った電気刺激を与えることで、燃え尽き症候群や疲労などの歩行者の症状を防ぐこともできます。

ノーマン氏は、カリフォルニア工科大学で博士研究員として、この次世代のブレイン・コンピューター・インターフェース技術に焦点を当てた研究を行っている。 「しかし、私が解決策を提案されたとしたら、単一のデバイスを使用して、あなたが抱えているあらゆる種類の不安を治療し、オンデマンドで睡眠を提供し、あなたの生活を少し良くする可能性のある他の100のアプリケーションも提供します」かなりの人がそのテクノロジーを採用すると思います。」

ユーザーは、神経インプラントからリアルタイムで受け取るバイオフィードバックに応じて、記憶力、実行機能、処理速度などの脳を訓練することができます。 現在利用可能なウェアラブル技術やアプリと同様に、ユーザーは自分の統計を監視し、それに応じて自己規制することができます。

脳の大部分は謎のままですが、BCI は私たちの思考への直接的なチャネルを作成しており、その言語を解読するプロセスを備えています。

「ブレイン・コンピューター・インターフェースは、脳がどのように機能するかを理解するためのツールとして使用できます」とカーネギーメロン大学の電気・コンピューター工学および生体医工学の教授であるバイロン・ユー氏は述べた。 彼の研究グループの焦点は、脳がどのように学習するかを研究することです。

「私があなたにテニスラケットを与えて、それで練習すれば、あなたはテニスが上達するでしょう。同様に、私があなたにブレイン・コンピュータ・インターフェースを与えて、それで練習すれば、あなたはブレイン・コンピュータ・インターフェースの使い方が上手になります。」 、" 彼は言った。 「これにより、デバイスの使い方を学習している間に脳にどのような変化が生じるかを研究できるようになります。私たちの発見は、最終的には、人々が日常スキルをより迅速に、より高いレベルの習熟度に習得するのに役立つ方法につながるでしょう。」

ブレイン コンピューター インターフェイスには、半世紀以上にわたる研究と、人体での試験に合格したいくつかの概念実証があります。 それで、ホールドアップは何ですか？

BCI の普及を妨げる 2 つの最大の障害は、規制当局の承認と資金調達に関係しています。

ブレイン・コンピューター・インターフェースは一種の医療機器として登録されているため、FDA の管轄下にあります。 製品に関係なく、施設の主な関心事は患者の安全です。

課題は、BCI が現在独自のリーグに存在しているという事実にあります。 デバイス自体は、移植可能な材料、安全性が重要なソフトウェア、モノのインターネット、ウェアラブル医療機器など、まだ標準化されていないさまざまな分野をまとめています。 述語デバイスはありません。

「これらは新しいカテゴリのデバイスです」とPrecision NeuroscienceのMermel氏は述べた。 「したがって、FDAによって市場への販売が許可されるデバイスが現れるまでは、デバイスの利点がリスクを上回ることを証明するにはどのような種類の証拠を示さなければならないかは未解決の問題です。」

ブレイン・コンピューター・インターフェースが医療現場に普及した場合、その費用は誰が支払うのでしょうか? それとも手続きのためでしょうか？ そして、長期にわたってテクノロジーをサポートするヘルスチェックのフォローアップ、継続的なメンテナンスとアップグレードについてはどうでしょうか?

このタブが医療会社や保険会社によって受け入れられるか、政府の補助金によって受け取られるか、あるいは患者の自己負担によって受け取られるかによって、一般大衆がデバイスを利用できるレベル、および社会経済的地位に基づいて誰がテクノロジーによって強化された生活の質を享受できるかが大きく決まります。 。

「エンドユーザー、特に障害者など最も弱い立場にある人々のニーズと視点を優先し、これらのテクノロジーの潜在的な倫理的影響を考慮することが重要です」とアルカイド氏は述べた。 「私たちは、これらのテクノロジーが社会的偏見を永続させたり、既存の不平等をさらに悪化させたりしないようにしなければなりません。」