脳コンピュータインターフェース（BCI）により、麻痺のある人は、カーソルの移動やクリックを考えるだけで、市販のタブレット端末を直接操作できるようになる。小規模な臨床試験の結果によると、そのことが示されている。
タブレットなどのモバイル端末は日常生活の一部となっているが、麻痺のある人にとっては操作が難しい場合がある。
『PLOS ONE』に掲載された研究では、四肢麻痺のある臨床試験の参加者3名が、運動野の小型センサーから神経活動を直接記録する治験段階のBrainGate BCIを使用し、電子メール、チャット、音楽ストリーミング、動画共有アプリなど、一般的に使われているタブレット用プログラムを操作できた。
参加者は、家族、友人、研究チームのメンバー、そして他の参加者とメッセージをやり取りした。また、ウェブを閲覧し、天気を確認し、オンラインで買い物をした。音楽家である参加者の一人は、デジタルピアノのインターフェースで、ベートーヴェンの「歓喜の歌」の一節を演奏した。
思考による操作
「長年にわたり、BrainGateの共同研究チームは、運動能力を失った人が自分の腕や手を動かすことを考えるだけで外部機器を操作できるようにするための神経科学と神経工学の知見を開発してきました」と、責任著者でスタンフォード大学の脳神経外科医であるジェイミー・ヘンダーソンは述べている。
「今回の研究では、その知見を活かして、病気を発症する前に使っていたのとまったく同じ日常的な技術を、再び操作できるように回復させることができました。参加者が自分を表現したり、聴きたい曲を見つけたりする様子を見られたのは素晴らしいことでした」と彼は述べている。
治験段階のBrainGate BCIには、アスピリンの小さな錠剤ほどの大きさの埋め込み型デバイスが含まれており、脳の運動野で生じる意図した動きに関連する信号を検出する。その信号は解読され、外部機器へ送られる。BrainGateの研究者や、類似技術を用いる他のグループは、このデバイスによって、病気や怪我で運動能力を失った人がロボットアームを動かしたり、自分の手足の制御を取り戻したりできることを示してきた。
今回の最新研究の参加者のうち2名は、運動を制御する脳と脊髄の神経に影響する進行性の疾患である筋萎縮性側索硬化症（ALS）により、腕や脚の筋力低下または運動機能の喪失があった。3人目の参加者は脊髄損傷により麻痺していた。全員が、治験段階のBrainGateシステムの安全性と実現可能性の評価を目的とした臨床試験に参加していた。
今回の研究では、BrainGate BCIからの神経信号が、研究者が無線マウスと同様に機能するよう設定したBluetoothインターフェースに送られた。この仮想マウスは、改造されていないGoogle Nexus 9タブレットとペアリングされた。研究者は、参加者がさまざまな一般的なアプリの中でどの程度うまく操作し、アプリ間を移動できるかを確かめるために設計した一連の課題を、参加者に行ってもらった。
参加者は、ストリーミングサービスで音楽を選んで閲覧したり、YouTubeで動画を検索したり、ニュースアグリゲーターをスクロールしたり、電子メールやチャットを作成したりした。
機能的で楽しい
研究では、参加者がさまざまなアプリを使用しながら、1分あたり最大22回のポイント・アンド・クリック操作を行えることが示された。テキストアプリでは、参加者は標準的な電子メールおよびテキストのインターフェースを使い、1分あたり最大30文字の有効な文字を入力できた。
研究ノートによると、参加者はインターフェースを直感的で楽しく使えたと報告している。ある参加者は、「以前マウスを使っていた頃よりも自然に感じました」と述べた。別の参加者は、「普段使っているものより、これの方がより多く操作できている感覚がある」と報告している。
研究者は、参加者がタブレットのインターフェースを使い、趣味や関心事を素早く探求していく様子を見て喜んだ。
「参加者が、課題を通じて自分の道を切り開いていく姿を見られたのは素晴らしいことでした。しかし、研究で最もやりがいがあり楽しかったのは、参加者が自分のやりたいことを自由に行い、好きなアプリで買い物をしたり、動画を見たり、友人とチャットしたりしていた時でした」と、筆頭著者でバイオエンジニアのポール・ヌユジュキアンは述べている。
「試験の開始時に、ある参加者から、もう一度音楽を演奏したいと強く望んでいると聞いていました。そのため、彼女がデジタルキーボードで演奏する姿を見られたことは素晴らしかったです」と、ヌユジュキアンは述べている。
プラグ・アンド・プレイ
研究者らは、タブレット端末に変更を加えず、すべてのタブレットに事前に読み込まれたアクセシビリティソフトウェアをオフにした状態で使用したことが、研究の重要な要素だったと述べている。
「現在利用可能な支援技術は、重要で有用ではありますが、可能にする操作速度や、インターフェースの柔軟性という点で、本質的に制約があります」と、責任著者で電気工学者兼神経科学者のクリシュナ・シェノイは述べている。
「これは主に、利用可能な入力信号が限られていることが原因です。BCIからの豊富な入力情報があったことで、Amazonでタブレットを2台購入し、Bluetoothをオンにするだけで、参加者が箱から出してすぐに、治験段階のBrainGateシステムとともに使用できるようになりました」と、シェノイは述べている。
研究者らは、本研究が、重度の神経障害のある患者と医療提供者の間で、新たな重要なコミュニケーション経路を開く可能性もあると述べている。
「これは、話すことができないロックトイン症候群の人にとって、確実で迅速かつ豊かなコミュニケーションを回復させる大きな可能性を秘めています」と、ブラウン大学の生体工学の大学院生としてこの研究を行ったホセ・アルビテス・サナブリアは述べている。
「これにより、家族や友人との交流が増えるだけでなく、介護者に対して進行中の健康問題をより詳しく伝えるための手段にもなり得ます」。
つながりを保つ
神経科学者であり、現役の集中治療神経科医でもある責任著者のリー・ホックバーグは、ブラウン大学、マサチューセッツ総合病院、プロビデンスVA医療センターに所属しており、本研究で示された脳コンピュータインターフェースの回復能力に大きな可能性を見出している。
「神経集中治療室で、急性脳卒中を発症して動くことや話すことができなくなった人を診るとき、『大変申し訳ありませんが、この病気になる前に使っていた技術を再び使えるように回復させることができ、明日からまた使えるようになります』と伝えられたらと思います」とホックバーグは述べている。
「また、ALSと診断された人に『治療法を探し続けている間も、コミュニケーション能力を失うことはありません』と伝えられる日が近づいています。この研究は、そのような目標に向けた一歩です」とホックバーグは述べている。
この機器は連邦法により治験での使用に限定されている。ほかの研究者は、ブラウン大学のカーニー脳科学研究所、プロビデンス退役軍人医療センター、マサチューセッツ総合病院、スタンフォード大学に所属している。
