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麻痺患者の意図を文字にする脳とコンピューターをつなぐ技術を開発、スタンフォード大学研究

2021.06.01

脳とコンピューターをつなぐ技術で麻痺患者の意図を文字に

脳内に埋め込んだマイクロチップを通して、首から下がほとんど動かせない麻痺患者が文字入力により意思を伝達することができたとする研究成果が、米スタンフォード大学脳神経外科教授のJaimie Henderson氏らにより、「Nature」5月12日号に発表された。

そのスピードは、健常者のスマートフォン(スマホ)での文字入力に近いものであったという。専門家らは、脳とコンピューターをつなぐブレイン・コンピューター・インターフェース(BCI)技術の開発における最新の成果だと評価している。

以前から、傷害や疾患により体を動かしたり話したりする能力が失われた患者が、できるだけ自立した日常生活を送れるようになることを目指し、BCI技術の研究が重ねられてきた。BCIの基本的な仕組みはこうだ。

まず、運動に関わる脳の領域に小さなチップを埋め込む。チップを埋め込まれた人が何らかの動作をしようと考えると、対応する脳細胞から電気信号が発生し、それをチップが捉える。捉えられた信号はワイヤーを介してコンピューターに伝達され、高度なアルゴリズムによって解読される。

それが動作に変換され、患者が意図した通りに補助デバイスをコントロールすることが可能になる。過去の研究では、BCI技術により、意図した通りにロボット義肢を動かしたり、コンピューターのカーソルを動かして文字を打ったりしたことが報告されている。

こうした中、Henderson氏らは、「T5」と名付けられた研究参加者に関する研究成果を報告した。

T5さんは2007年に脊髄損傷を負ったことが原因で、首から下がほとんど動かせない。脊髄損傷から9年後、Henderson氏はT5さんの脳内の自発的な運動を司る領域(運動野)に2つのマイクロチップを埋め込んだ。

各チップには手の動作に関係する神経細胞からの信号を検出する100個の電極が組み込まれていた。

2017年のHenderson氏らの研究では、T5さんを含む3人の四肢麻痺患者が、コンピューターのディスプレイに映し出されたキーボード上のカーソルを動かしてクリックすることを思い描きながら、意図した通りに文字を入力するスキルを習得したことが報告されている。

T5さんは最終的に1分当たり40字、単語にすれば約8単語を入力できるようになったという。

2017年の研究で基にした考え方がタイピング入力に近いものであったのに対して、今回の研究では手書き入力に近いアプローチをとった。T5さんには、想像上の紙とペンで文字を1字ずつ書くことを思い描いてもらった。

これを、1文字につき10回繰り返すことで、それぞれの文字を書くときのT5さんの脳内信号を認識するようコンピューターのソフトウェアに学習させた。

その結果、T5さんは、1分当たり90字、単語にすれば18単語をコンピューターで入力できるまでになった。このスピードは、T5さんと同年代の人の平均的なスマホでの文字入力のスピードに近いという。

また、オートコレクト機能を用いた場合の文字入力のエラー率は、提示された文章をそのまま入力した場合で1%以下、自分で文章を考えて入力した場合でも2%をわずかに超える程度であり、他のBCIと比べてはるかに低いものだった。

Henderson氏は、「これは素晴らしい成果だとわれわれは感じている」と話す。

ただし、現時点のBCI技術は、いまだ研究段階にあると同氏は強調している。研究論文の上席著者で、同大学電気工学教授のKrishna Shenoy氏も、「臨床的に使用可能なデバイスの完成がいつになるのかは、われわれにも予測できない」と話している。

BCI技術の開発に携わっている米ピッツバーグ大学のJennifer Collinger氏は、この成果を「重要な科学の進歩」と評価するが、その一方で、「BCIが実際に臨床に導入されるようになるまでには、さらなる研究が必要だ」とも話している。(HealthDay News 2021年5月12日)

Copyright © 2021 HealthDay. All rights reserved.

(参考情報)
Abstract/Full Text
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03506-2

Press Release
https://med.stanford.edu/news/all-news/2021/05/software-turns-handwriting-thoughts-into-on-screen-text.html

構成/DIME編集部
最新の家電やスマートフォンをはじめとした、様々なジャンルの製品の使い方や話題のサービスの活用法をレビューを通して、わかりやすく解説しています。https://dime.jp/

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