てんかん発作を記録するために脳に配線をつなぐと、患者は機器に縛り付けられる。控えめに言っても快適とはいえないが、工学専攻の学生たちは患者をその束縛から解放しようとしている。
ライス大学ブラウン工学部の電気・コンピューター工学専攻の学生チームは、患者の脳から信号を集め、コンピューターに無線で送信する装置を開発している。
「将来的には、私たちのシステムを使えば、患者は状況依存性を解消できるだけでなく、病院に関連する費用も回避できるでしょう」
学生たちは、最終学年の設計課題の一環であるこの取り組みが、いつか薬が効かないタイプのてんかん患者の助けになることを願っている。発作の起点となる脳の小さな部分を外科的に切除する必要がある場合もある。まず医師は、どの部分が関係しているかを特定しなければならず、そのためには発作中のデータを収集する電極を埋め込む必要がある。
「発作がどこから起きているのかを把握するために必要な数の発作データを集めるには、患者は十分な期間、入院しなければなりません」と、3年生のエイデン・カーティスさんは言う。「それには心理的な負担も含め、多くの費用が伴います。患者は機器につながれたままで、動き回ることもできません。自宅に帰ることもできないのです」
「こうした患者は、発作のために生活の質を保てないほど、すでに苦しんでいます」と、最終学年のベンジャミン・クリムコさんは付け加える。「また、難治性てんかんの人の多くは状況依存性があることが分かっています。そのため、動けないと発作が少なくなる場合があります」
そのため入院期間が長くなり、費用もかさむことから、どの程度であれ自由が得られれば大きな助けになるとクリムコさんは言う。
「将来的には、私たちのシステムを使えば、患者は状況依存性を解消できるだけでなく、病院に関連する費用も回避できるでしょう」と彼は言う。
学生たちは、テキサス大学ヒューストン健康科学センターのマクガバン医科大学で脳神経外科教授を務めるニティン・タンドン氏と、電気・コンピューター工学の助教であるケイレブ・ケメレ氏と共同で取り組んでいる。概念実証システムでは、げっ歯類の脳内電極から収集した高品質のデータをコンピューターに無線送信できることが示されている。
「この試作機は、無線で記録・送信する手法を具体化したもので、近い将来に実現できるという希望を与えてくれます」とタンドン氏は言う。
「今回は主に市販部品を使いましたが、次のさらに進んだ段階に進むには、より複雑で用途に合わせたハードウェアの解決策が必要になるでしょう」
タンドン氏は、メモリアル・ハーマン・テキサス医療センターのてんかん外科プログラムの責任者でもあり、ライス大学では電気・コンピューター工学の非常勤教授を務める。昨年は別のチームとともに、患者への電極留置を簡略化する手法に取り組んだ。
「私たちが選んだチップにはBluetooth機能もあるので、理論上はデータをスマートフォンに送信できます」
学生たちが製作した回路基板は現在、モデルとなるげっ歯類に埋め込まれた6つのインプラントから信号を集約し、無線周波数を使って送信している。
「私たちが選んだチップにはBluetooth機能もあるので、理論上はデータをスマートフォンに送信できます」と、最終学年のアイリーン・チャンさんは言う。「ただし、より高いデータ転送速度を得るため、独自の無線周波数プロトコルを実装しています」
「当面、受信機はデータを表示するためにコンピューターに接続します」と、最終学年のアンドレス・ゴメスさんは言う。「それでも、患者が動き回れるという点は変わりません」
データは、定位的頭蓋内脳波記録法（sEEG）または皮質脳波記録法のいずれかのインプラントから得られる見込みだ。前者では、単一または少数のニューロン群を監視するため、頭蓋骨に開けた穴から個別の電極を埋め込む。後者では、頭蓋骨の下にメッシュを埋め込み、数千から場合によっては数百万のニューロンから局所電場電位のデータを収集する。
後者の手術は頭蓋骨の大きな部分を取り除く必要があり、複雑なため、学生たちは6つのsEEGインプラントからデータを集めている。ノードを頭蓋骨から突き出たワイヤーに取り付け、ワイヤーを通じて中央の無線装置にデータを送る。
学生たちはオシュマン工学設計キッチンでこのプロジェクトに取り組み、年次のエンジニアリング・デザイン・ショーケースで一般向けに発表した。来場者に脳波センサーと送信機を備えた3Dプリント製キャップを着用してもらい、リアルタイムのデータを視覚表示装置に送信した。
この取り組みが評価され、チームは学生設計コンテストの最終候補として、5月に日本の札幌で開催されるIEEE回路とシステムに関する国際シンポジウムへの招待を受けた。
