脳インプラントにより、閉じ込められた男性が思考を文章に変換できるようになった

プラトン再発行

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ALS（筋萎縮性側索硬化症）は壊滅的に残酷です。動きを制御するニューロンがゆっくりと死滅すると、歩く、話す、呼吸する能力が失われます。あなたの心は鋭敏なままですが、外の世界と通信する方法がなく、完全に閉じ込められています。

37歳男性が体験したことです。 30歳で診断され、わずか4カ月で話すことも歩くこともできなくなった。 XNUMX 年後、彼は目を動かすことができなくなりました。それが妻と幼い息子との唯一のコミュニケーション手段でした。人工呼吸器を通して呼吸し、完全に麻痺した彼は心の中に閉じ込められました。

肉体的な刑務所から抜け出す決意をした男は、非常に実験的な手順。 100 つの微小電極アレイが、運動を制御する脳領域に外科的に埋め込まれました。手術からわずか XNUMX 日余りで、広範な訓練を経て、患者は頭を使って自分の考えを完全な文章で説明できるようになりました。

彼の最初のリクエストは？より快適になるように体の位置を変更します。彼の次は？「のアルバムを聴きたいのですが、ツール「（バンドが）うるさい」、そして「さあ、ビールだ」。

「人々はこれが実現可能なのかどうか本当に疑問に思っています。」とこの研究には関与していないユトレヒト大学医療センターのマリスカ・ヴァンスティーンセル博士は、科学.

このシステムが複製されれば、ALS、脳卒中、がん、外傷性脳損傷などの理由で心の中に閉じ込められている何十万人もの人々とのコミュニケーションを取り戻すことが期待される。今のところ、この方法は臨床使用の準備にはまだ程遠い。何年にもわたるトレーニングはさておき、この手順は各人に合わせて高度に調整されており、最初の 500,000 年間で少なくとも XNUMX 万ドルという高額な費用がかかります。

この分野はまた論争の泥沼にはまっており、この研究の著者のうちXNUMX人は科学的不正行為スキャンダルに巻き込まれた彼らのために閉じ込められた患者に関する過去の研究。新しい研究について、関与はしていないものの、その歴史を知っているフライブルク大学の脳インプラントの専門家ナタリー・ムラハチ＝カースティング博士は次のように述べています。堅実な研究だと言えますに設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」

患者はそれをあまり気にしませんでした。「まず最初に感謝したい」と、この研究の筆頭著者であるニールス・ビルバウマー博士に感謝の意を表した。 XNUMX年後、彼は家族に「私の一番の願いは新しいベッドと、明日バーベキューに一緒に行くことだ」と語った。

そこの長い道

脳手術は誰にとっても第一選択ではありません。

診断を受けて、男性はALSと闘う家族なら誰でもよく知っている戦略を立てた。その中心には、彼が自分の考えを説明するために使用できる視線追跡装置がありました。しかし、目の周りの筋肉が徐々に衰えたため、視線を固定できなくなり、トラッカーは役に立たなくなりました。その後、家族は、彼の目の動きに基づいて単純な思考を追跡できるように、独自の紙とペンのシステムを開発しました。それは初歩的なもので、観察可能な目の動きはすべて「はい」とみなされ、それ以外の場合は「いいえ」と見なされます。

間もなく目の制御をすべて失う可能性があることに気づいた患者は、脳の電気信号だけを介してコミュニケーションをとる旅を始めました。ますます強力なソフトウェアと生体適合性の脳インプラントの台頭により、脳とコンピューターを結び付ける—そして神経損傷を回避する—は、麻痺と戦うための、まだ実験的ではあるが、広く強力な戦略へと爆発的に発展しつつある。

非侵襲的なセットアップから始めて、脳の広範な電気パターンを捕捉するために頭蓋骨の表面に電極が取り付けられました。頭蓋骨は信号を散乱させ、ノイズを持ち込むため、システムは別のデータソースとして目の電気信号も測定しました。によって開発された研究著者のビルバウマー氏と長年の共同研究者ウジュワル・チョーダリー博士によれば、このシステムは「はい」か「いいえ」の二者択一で機能したという。

XNUMX 年以内に再び通信が失敗しました。完全に閉じ込められる運命を予期していた男性は、妻と妹の同意を得て、目を完全に避けた。代わりに、彼らは彼の神経信号を直接利用する脳インプラントを選択しました。

まだまだ長い道のり

診断からわずか2018年後の64年XNUMX月、男性はXNUMXつのマイクロアレイ電極を運動野に埋め込んだ。各インプラントには、解読して外界と通信する方法として脳の活動を傍受するための XNUMX 個のチャネルが含まれていました。

それは新しいアイデアではありません。 2016年のXNUMXつの研究彼女らは、女性の脳インプラント (合計 16 個の電極) を使用して、手の動きを想像することでタイピングを制御しました。現在の患者とは異なり、彼女はまだ目を瞬くことができ、それが彼女のケースとは異なりました。「すべての筋肉制御が機能しなくなった場合、脳信号であってもコミュニケーションが可能かどうかは実際にはわかりません」と研究著者らは述べた。

すぐに彼らは壁にぶつかりました。インプラントの翌日、患者がまだ目を動かすことができるうちに、研究チームは患者に、脳信号を監視しながら「はい」または「いいえ」を伝えるという家族の以前の戦略に頼るよう依頼した。残念ながら、信号は非常に弱すぎました。患者に手、舌、足の動きを想像してもらうこと（すべて以前の研究からのトリック）も、患者の意図を解読できる神経信号を生成できませんでした。

もどかしい XNUMX か月近くが経過した後、チームは戦略を変更しました。彼らはニューロフィードバックを利用しました。これは、成功したかどうかに関するリアルタイムのフィードバックによって脳信号を修正できるようにする方法です。これは学術と新時代の瞑想を融合させたもののように聞こえますが、トレーニングのパラダイムとしては少し珍しいものです。しかし、ニューロフィードバックテスト中です不安を含むさまざまな障害に対する脳機能の自己制御方法として、うつ病、不眠症、依存症など、成功のレベルはさまざまです。

ここでチームは、埋め込み電極付近の神経反応をより適切に測定する方法として聴覚ニューロフィードバックを使用しました。彼らはまず音を鳴らして、その音のピッチを高くしたり低くしたりしてみるように男性に頼みました。内部では、男の神経発火がピッチに応じて速くなったり遅くなったりして、強力なベースラインを提供しました。

脳インプラント — *画像のクレジット： Chaudhary et al、Nature*

戦略はうまくいきました。患者は最初の試みで音のピッチを変えることができた。 XNUMX週間以内に、彼はただ集中するだけで音程を合わせることができるようになった。これらの初期テストにより、チームは反応性の高いニューロンを特定することができ、そのデータを使用してシンプルな戦略を考案しました。つまり、声を高くまたは低く保つことで、最初は「はい」または「いいえ」を示し、その後は個々の文字を示すことができるというものです。。

これからの長い道のり

トレーニングは厳しかったです。各セッション日、チームは男性が休んでいる間に 10 分間のベースライン録音から開始しました。

「ソフトウェアプログラムを実行して、さまざまな個々のチャネルの発火速度を決定し、どのチャネルがニューロフィードバックに最適であるかを確認する方法です」と著者らは説明しました。全体として、男性はスペリングセッションに進む前に、フィードバックの 80% と一致しました。最初の XNUMX 日以内に、彼は自分の名前、妻の名前、息子の名前を言えるようになりました。

しかし、それでもこれは大変な仕事です。数か月の訓練を受けても、彼は 131 分あたり約 XNUMX 文字、または XNUMX 日あたり XNUMX 文字でコミュニケーションをとることができました。そしてそれは理解できるものだけです。残念ながら、トレーニングしてもスピードは上がりませんでした。

それでも骨の折れる作業ではあるが、男性は介護チームや家族に連絡を取ることができた。あるメッセージでは、訪問者がいるときは頭を高く上げるよう求められていた。別の人は、シャツは着ないで、靴下を履いて夜を過ごしたいと要求しました。

「彼は、『単語認識をオンにする』と綴ることで、綴りのパフォーマンスを向上させる提案さえした」と著者らはインプラントの約XNUMXか月後に述べた。 XNUMX 年も経たないうちに、彼はチームに「皆さん、これはとても楽にできますよ」と言い、妻に栄養チューブに入った「グヤーシュのスープとスイートピーのスープ」をおいしい夕食として食べてほしいと頼みました。

悲劇的に、時間は彼に味方してくれなかった。彼のインプラントから XNUMX 年間で、通信速度が低下し、ますますエラーが増え、完全に理解できないほどになりました。

なぜこれが起こったのかは謎のままですが、専門家はおそらく電極の周囲に形成される瘢痕組織が脳の信号を弱めるためであると考えています。著者らはインプラント領域の炎症や感染症を報告していませんが、常にリスクが伴います。

しかし、この研究は先駆者として、閉じ込められている人々に新たな始まりを描いている。これは非常に高い責任を伴った高い報酬を伴うものであり、この段階の患者の多くは人生の終わりを迎えている可能性がある。治療や医療上の決定に関する彼らの意見を解読するテクノロジーに、私たちはどれだけ自信を持てるでしょうか? 脳インプラントが彼らのケアに関係する考えを誤解したらどうなるでしょうか? そして、治療法がない病気の場合、脳がゆっくりと消えていくにつれて、どの時点でこれらのマインドマシンの橋が愛する人にとって誤った希望になるのでしょうか？

今のところ、元気な患者はそんなことは気にしていない。インプラントを使用して、彼は XNUMX 歳の息子にディズニーの映画を見るように頼みました。 ロビンフッド、またはAmazonで「魔女と魔法使い」。「私はかっこいい息子が大好きだ」と脳みそで言いました。

画像のクレジット：ウィスセンター

タイムスタンプ： 2022 年 3 月 30 日