手にしている道具がハンマーだけなら、あらゆる問題が釘に見えてしまうものです。この言い回しは、医療の分野にことさら当てはまります。うつ病から高血圧に至るまで、医師はほぼすべての病状を錠剤で治療しています。手術が必要ない場合に、医師が錠剤以外のものを処方したなら、いかがわしい療法だと疑う人もいるでしょう。しかし、それもまもなく変わる見込みです。医療は根本的な変革を遂げつつあり、その急進的な新しいアプローチの一つが電気なのです。
なぜ電気なのでしょうか。歩くことから夢を見ることまで、あなたの行うあらゆることは電気信号によって制御または調節されています。これらの微細な電気インパルスは神経系を通じて伝わり、情報を伝達し、複雑な判断を可能にしています。電気活動の中枢は脳にあり、そこから神経が体のあらゆる隅々へと枝分かれしています。
これらの電気信号の重要性は、神経系のいずれかの部位が損傷を受けた際の影響によって示されています。その影響として、多くの場合、不可逆的な麻痺が生じます。最も一般的な外傷は脊髄の損傷です。世界では、脊髄損傷の影響を受けている人は約250万人に上り、毎年約13万人が新たに発症しています年。
もし電気信号を読み取り、書き込む方法を見つけられれば、言い換えれば神経系の言語を理解できれば、身体へのデジタルインターフェースを手に入れることになるでしょう。その場合、埋め込み型デバイスによって、脊髄損傷によって生じた断絶を橋渡しできるようになるかもしれません。
そして、この種の技術から恩恵を受けるのは脊髄損傷の患者だけではありません。膵臓にインスリンをより多く分泌するよう指示したり、薬に頼ることなく心拍数を上げたり下げたりすることもできるでしょう。要するに、身体を制御できるようになるのです。
踊るカエル
ルイジ・ガルバーニは、電気が生命の正常な働きに何らかの関わりを持つかもしれないと初めて認識した科学者の一人でした。彼は1791年、カエルを使った実験で、電気によってカエルの脚をけいれんさせることにより、この事実を発見しました。その1世紀後、人工心臓ペースメーカーという発想が初めて提唱されました。
今日、生体電子工学は非常に活発な研究分野となっていますが、ガルバーニがカエルを踊らせてから2世紀が経った現在でも、神経系と接続する市販のデバイスはわずか数種類にとどまっています。最も普及しているのはペースメーカーで、その最初の埋め込みは1958年に行われました。この患者は、それを発明した外科医と技術者の両方よりも長生きしました。
新しいデバイスにとって有望な標的となっているのが迷走神経です。この神経は首の両側を通っており、多くの臓器と接続しています。この神経を刺激するデバイスは、関節リウマチやアルコール依存症など、非常に多岐にわたる疾患の治療に役立つ可能性があります。関節リウマチやアルコール依存症。
主要な成功例の一つが、薬剤抵抗性てんかんの治療用デバイスです。LivaNova社が製造したこのデバイスは、10万人以上の人々に使用されてきました。毎日24時間、一定の間隔で微弱な電気インパルスを与えることにより、脳内で発作を引き起こす異常な電気活動を防ぐ働きをします。これらのインパルスは迷走神経を上行して脳に達します。
このデバイスを装着した患者の40%超で発作の回数が半減しています。ただし、絶え間ない刺激は、痛み、頭痛、息切れなど、望ましくない副作用を引き起こす可能性があります。
進展が続いています
迷走神経に電気刺激を与えることが明らかに有益である一方で、これはまだかなり粗雑な手法です。神経を刺激することは、会話に加わるのではなく、指示を大声で叫ぶようなものです。すでに神経を伝わっている信号を記録することができれば、はるかに効果的になるでしょう。例えばこうした信号によって、てんかん発作の始まりを察知し、必要に応じて刺激を行うことが可能になるかもしれず、現在のシステムに伴う望ましくない副作用を軽減できるでしょう。
しかし、神経内の信号を記録することは容易ではありません。迷走神経には数万個のニューロンが含まれており、個々の電気信号は非常に微弱で、検出が困難です。さらに、筋肉からの干渉信号は、神経内の信号よりも100倍大きいことがよくあります。
例えば発作の前兆を検出するには、埋め込み型デバイスが、ごく小さな信号を別の信号から同時に記録し、識別できなければなりません。これは、ロックコンサートの会場で、スタジアムの反対側にいる人との会話に耳を傾けようとするのに似ています。
こうした課題にもかかわらず、科学者、医師、技術者による継続的な取り組みにより、生体電子医療という夢が現実のものになり始めています。電極技術、信号処理、埋め込みデバイスの設計における進歩は、いずれも重要な役割を果たしてきました。迷走神経から得られた新たな記録によって、呼吸に関する情報が解読されており、これは呼吸器疾患を治療するデバイスの設計にとって極めて重要となる可能性があります。
ルイジ・ガルバーニがカエルを踊らせてから2世紀以上を経て、神経インターフェースの真の可能性がついに実を結びつつあります。また、標的となるのは迷走神経だけではありません。イングランドでは研究により、仙骨神経から信号を記録することで、脊髄損傷の患者の排尿コントロールを回復させることを目指しています。また世界的にも、患者の思考によって直接制御される義肢を開発する取り組みが新たに進められています。
電気が従来の医薬品に取って代わることはないかもしれません。しかし、遠くない将来、確実にそれらを補完するものになるでしょう。
