SFから現実へ: 夢が叶う世界はどれくらい遠いのでしょうか? （下）

制作：中国科学普及協会

著者: 千宇 (中国科学院脳科学・知能技術研究センター)

プロデューサー: 中国科学博覧会

皆さんは、マジシャンがいわゆる「テレキネシス」を使って、フォークなどの物体を一定の距離まで曲げたり、空中で物体を拾ったりするマジックショーを見たことがあるでしょう。これらはすべて、マジシャンが私たちに見せるために注意深くデザインされた演出です。では、実際には、私たちは自分の手足を使わずに「テレキネシス」で物体を操作することができるのでしょうか?

答えはイエスです。脳コンピュータインターフェース技術は、脳の「テレパシー」（脳の電気信号）を直接利用して、外部の単一の物体、ロボットアーム、さらには外骨格を制御し、対応する物体を操作するという目的を達成するのに役立ちます。

では、どうすれば簡単に脳に「テレキネシス」の能力を持たせることができるのでしょうか?

「テレキネシス」を実現する2つの方法

脳コンピューターインターフェース技術による「テレパシー」を実現するためには、「脳がやりたいこと」という神経細胞の電気信号を収集し、その信号にエンコードされた情報を解析して外部の物体に送信し、脳を直接制御して情報を受け取ったり、移動などの操作を実行したりする必要があります。

現在の脳コンピューターインターフェース技術は、侵襲的脳コンピューターインターフェースと非侵襲的脳コンピューターインターフェースの2 つのカテゴリに分けられます。

ご存知のとおり、私たちの脳は頭蓋骨の硬い層によって保護されています。非侵襲性脳コンピューターインターフェースは、頭蓋骨の構造を破壊したり、脳組織の奥深くまで入ったりすることなく、脳ニューロンの活動信号を収集できるタイプのインターフェースです。一般的に、信号を収集するために帽子のような頭部装着型装置が使用されます。

最も一般的なのは頭皮脳波（EEG）です。これは、脳内の電気活動を非侵襲的に監視する方法で、頭皮に電極を置き、ニューロン内および周囲の電流によって生成される比較的遅いシナプス後電位を記録する必要があります。 EEG は侵襲的な手段を使わずに脳のニューロンの活動を直接かつリアルタイムで検出できます。

しかし、頭蓋骨の外側にのみ配置されるため、EEG を生成する神経活動は脳全体に伝達され、信号の精度が比較的悪く、電極信号の発生源の相対的な位置を特定することが困難です。脳は三次元構造であるため、脳の深部からの信号を記録することは困難です。

EEG装置の概略図

（画像出典：参考文献[1]）

侵襲的な脳コンピューターインターフェースでは、脳波信号を取得するために頭蓋骨構造を部分的に破壊し、頭蓋骨を通して軟部脳組織に信号収集電極を挿入する必要があります。皮質電気記録法（ECoG）などの半侵襲性脳コンピューターインターフェースは、頭蓋骨を通過しますが、電極を脳組織に挿入するのではなく、脳の表面に貼り付けるだけです。

さまざまな種類の脳コンピューターインターフェース

（画像出典：参考文献[2]）

侵襲的脳コンピューターインターフェースの利点は、脳の電気信号を単一ニューロンのレベルにまで、より明瞭かつ正確に記録できることです。これは、解読後にコマンドを正常に実行し、「テレキネシス」を習得するために非常に重要です。また、正確な電気刺激を与えて特定の感覚を生み出すこともできます。

しかし、侵襲的な脳コンピューターインターフェースでは頭蓋骨の一部を切除する必要があるため、この「脳を開く」アプローチは困難を極めます。

害をほとんど与えずに、あるいは全く与えずに「テレキネシス」を簡単に習得する方法はありますか?これは、脳コンピューターインターフェースの分野で克服するために懸命に取り組んでいる問題であり、ある程度の進歩が遂げられています。

「テレキネシス」を低コストで簡単に習得する方法

最近の世界人工知能会議で実演された、蚊の口器にヒントを得たバイオニックフレキシブル電極は、最小限の侵襲で埋め込むことができます。この電極の構造は蚊の独特な口器に似ています。外側は硬いですが、内側は柔らかいです。脳組織に侵入すると、蚊が血を吸って皮膚に侵入するのと同じ状態になります。高い信号精度を維持しながら脳へのダメージを最小限に抑えます。しかし、この方法では依然として頭蓋骨の小さな部分を開く必要があります。

蚊の口器のようなバイオニックフレキシブル神経プローブ

（画像提供：中国科学院）

さらに、「インセプション」のように、注射によって脳コンピューターインターフェースの電極を埋め込むことは可能でしょうか?

結局のところ、私たちは頭蓋切開は怖いですが、注射は怖くないのです。

オーストラリアの科学研究チームが、「Stentrode」と呼ばれる低侵襲性の脳コンピューター装置を開発した。これは血管ステントのような脳コンピューター装置で、首の付け根の静脈から脳の血管に送り込まれ、特定の脳領域の近くの血管に16個の電極が配置され、脳の神経活動を収集して変換します。

ステントロード

（画像出典：Neuronews）

同様に、スタンフォード大学のチームは、超柔軟な微小血管内（MEV）プローブも開発しました。このプローブは、首の血管を通じてラットの脳の100ミクロン未満の血管に正確に届けられ、皮質と嗅球における電気信号の長期的かつ安定した記録を実現しました。

超フレキシブル微小血管プローブ

（画像出典：参考文献[4]）

「テレキネシス」を習得するために血管を通じて脳の電気信号を記録するこれらの技術は、注射のみを必要とし、頭蓋骨の手術を受けなくても脳信号を簡単に記録できる。ただし、これらの技術の欠点は他の非侵襲的技術と同じです。信号の流れと忠実度はあまり理想的ではなく、おそらく非常に一般的なレベルの「テレパシー」しか実現できません。

将来的には、低侵襲性、あるいは非侵襲性の脳コンピューターインターフェースインプラントが実現され、脳の電気信号の信号対雑音比が向上し、「テレパシー」を得る方法がより簡単かつ安全になることが期待されています。

脳コンピューターインターフェースの未来

脳コンピューターインターフェースの将来はどうなるのでしょうか?

非侵襲性、高品質（高時空間解像度）、インタラクティブ（つまり、脳と脳コンピューターインターフェースが相互作用できる）という目標に向かって確実に進んでいます。しかし、これらの目標を達成するまでには、依然として多くの科学研究への投資と成果が必要です。

『アバター』のように、密閉されたキャビンに横たわり、デバイスを装着することで、別の体を操作してさまざまな活動を行うことができます。これは近い将来に可能になるはずです。結局のところ、動作信号の収集とデコードは、脳コンピューターインターフェースにおいて最も一般的な技術です。

脳コンピュータインターフェースリモコン

（写真提供：映画「アバター」）

しかし、SF小説のように人間の思考を完全に制御できる脳コンピューターインターフェース技術を実現することは、現在の技術レベルではまだSFの域を出ません。

脳コンピューターインターフェースは今のところ単純な「テレパシー」しか実現できないが、これは脳損傷患者のリハビリに多くの朗報をもたらし、多くの障害者に再び自分自身をケアできる可能性を与えている。

近い将来、脳コンピューターインターフェースによって障害者の現状が完全に変わり、多くの麻痺患者がより完全に回復できるようになると予測されます。願わくば、その時までには、回復不可能な身体的損傷を負ったすべての障害者が、普通の人と同じように美しく尊厳のある生活を送ることができるようになるでしょう。

おそらくいつの日か、脳コンピューターインターフェース技術によって、「テレキネシス」を学びたい人は誰でもリスクなしに好きなようにテレキネシスを使えるようになり、テレキネシスなどの操作はもはや「手品」ではなくなるだろう。

参考文献:

[1] セバスチャン・ナゲル、家庭用BCIに向けて：高速非同期制御と堅牢な非制御状態検出。セバスチャン・ナゲル

ゲルンハウゼン、2019年

[2]Shujhat KhanTipu Aziz、「脳を超える：神経系をハッキングするにはコストがかかるか？」ブレインコミュニケーションズ、2019

[3]Tang J、LeBel A、Jain S、他。非侵襲的脳記録からの連続言語の意味的再構築[J]。ネイチャーニューロサイエンス、2023：1-9。

[4] Anqi Zhang、Charles M. Lieber、他。マイクロメートル規模の血管系を通して脳を記録するための超柔軟な血管内プローブ。サイエンス381、306–312、2023年。