研究者らは、新たな研究によれば、脳-機械インターフェースを通じて世界で最も先進的な義手2本を同時に制御することを初めて実証した。
研究チームはまた、神経刺激を用いて両手に同時に感覚フィードバックを与える戦略も開発したと報告している。
「私たちは、四肢麻痺のある人が直接神経インターフェースを使って2つの支援機器を同時に制御し、同時に、機器が環境内の物体に接触したときの触覚を感じられるようにすることを目指しています」と、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所の生体医工学者で、本研究の主任研究者であるブロック・ウェスター氏は述べている。
「これは、高位の脊髄損傷や神経筋疾患の患者の機能回復に大きな意味を持つものです」と同氏は述べ、「自立するために人々が必要とする、あるいはしたいと考えるあらゆること（靴紐を結ぶ、ボールを捕って投げる、歯ブラシに歯磨き粉を絞り出すなど）には、両手が協調して働くことが本当に必要です」と続けている。
義手の「リアルタイム」制御
今回の成果は、米国防高等研究計画局が2006年に開始したプログラム、Revolutionizing Prosthetics（RP）における最新の進展である。このプログラムは、上肢義手技術を迅速に改善し、利用者がそれらを操作するための新たな手段を提供することを目的としている。
RPプログラムの当初の構想は、人間に近い能力を備えた神経統合型の義手を開発することであり、その成果としてモジュラー式義肢（MPL）が生まれた。
「MPLに、指先センサー（力、加速度、滑り、圧力用）などの新たな機能を組み込むにつれ、私たちは『健常者が環境と相互作用するのとまったく同じように、研究参加者が相互作用できるようにするには、この情報をどのようにフィードバックするのが最善か』と自問するようになりました」と、APLの新たな取り組みのプロジェクトマネージャーであるフランチェスコ・テノーレ氏は述べている。
MPLの開発に加え、プログラムの研究者らは、神経信号を用いて義肢やインテリジェントシステムを「リアルタイム」で制御することも探究してきた。
プログラムの初期の神経制御研究は、ピッツバーグ大学およびカリフォルニア工科大学/ランチョ・ロス・アミーゴスの参加者を対象に、単一の肢の制御に焦点を当てたものであった。3人の参加者が数か月の訓練の後にこれを成功させた。この成功は神経義肢の可能性を浮き彫りにし、今後の研究の基礎を築いた。
「感覚」刺激
1月、前例のない種類の手術で、スタン・アンダーソン氏のジョンズ・ホプキンス大学のチームは、患者の脳の両側、運動と触覚を司る領域に皮質内微小電極アレイセンサーを埋め込んだ。手術の一環として、APLの研究者とクローン氏のチームは、手術中の脳活動のリアルタイムマッピングを用いて電極を配置する最適な位置を特定する方法を開発した。
研究チームは、脳の運動野および感覚野から取得した神経信号について複数の評価を完了し、患者の脳の手の領域が刺激されたときに患者が何を感じるかを調べた。
これらの実験結果は、患者が義肢や相互作用している環境について、より多くの情報を感じ取れる可能性を浮き彫りにしている。
これらの試験と手術の成功により、チームは既に「初」の成果を複数挙げており、その分野は脳-機械インターフェースです。
「私たちのチームは、世界で初めて、脳の両側に同時に与えられた脳刺激を人が「感じる」能力を示すことができました」と、本プロジェクトの技術責任者であるマシュー・ファイファー氏は述べている。「脳の左右の指の領域への刺激が、MPLの指への物理的な接触によって首尾よく制御できることを示しました。」
本研究は、記録と刺激のための世界初のヒト両側インプラントの恩恵を受けており、脳の指の領域に非常に焦点を絞った神経刺激を与えることができる96個の電極を含んでいる。
「最終的に、これは世界初の両側インプラントであるため、両腕を必要とする動作を実行できるようにし、利用者が環境との相互作用を、まるで自分自身の手から伝わってくるかのように知覚できるようにしたいと考えています」とテノーレ氏は述べている。
「私たちのチームは、運動および感覚機能を発達させるため、また利用者の個人的または職業的能力を拡張するために使用できる他の機器の制御の可能性を探るため、参加者との訓練を継続していきます。」
「これらの進展は、脊髄損傷、脳卒中、ルー・ゲーリッグ病など、さまざまな疾患に関連する将来の脳-機械インターフェース技術にとって不可欠な要素であり、いずれも人間の機能の回復を目指しています」と、APLの国家健康ミッション領域における健康技術プログラムマネージャーであるアダム・コーエン氏は述べている。
