手を伸ばす.拾う.持つ.投げる……手が麻痺した2匹のサルが.これほど複雑な動作をほぼ規則正しくこなしたことは.人間の脊髄損傷者の運動機能回復につながる成果として期待されている。 これは.ノースウェスタン大学ファインバーグ医学部の最新の研究で.生理学のリー・E・ミラー博士率いるチームが.脳と筋肉を人工的に接続することによって.麻痺したサルにより複雑な手の動きを回復させることに成功したものである。 この論文は.雑誌『Nature』2012年4月18日号に掲載されました。 不完全な統計によると.世界では毎年13万人以上の人が脊髄損傷から生還していますが.彼らは常に重度の麻痺に悩まされています。 その半数が第6頸椎以上の損傷を受けており.手足の動きに直接影響を及ぼしているのです。 多くの人にとって.モノをつかむ能力を取り戻すことが最も現実的な恩恵となる。 このため.ミラー博士の研究グループは.2つの技術を組み合わせて.麻痺のある人の手の運動能力を回復させることに取り組み.失われたり損傷したりした神経機能をこの装置で代替する神経補綴装置を作製したのです。 どちらも.脳損傷や脊髄損傷のリハビリテーションに携わる医療関係者にとっては.新しい技術ではありません。 しかし.それまでは.2つの技術は並行する線路を走る2台の列車のように.同じ目標に向かってそれぞれの道を行ったり来たりしていた。 そして.偶然のカーブで2つの技術が同じ線路に合流し.意図的にフェッチするという予想外の結果を生み出したのである。 機能的電気刺激法 まず.機能的電気刺激法（FES：Functional Electrical Stimulation）である。 麻痺のある患者は歩行速度が0.2m/s以下から始まり.片足でしか歩けなくなり.よく足が下がると言われる。 1チャンネルの機能的電気刺激を用いて.背側脊髄屈筋を刺激して足下がりを矯正し.足関節を刺激して足を上げる。 しばらくすると.歩行速度が0.7m/sまで上がり.やがて松葉杖が不要になる。 これはおとぎ話に出てくるような魔法の話ではなく.1960年代から効果が実証されているFESという技術で.脊髄損傷者に対し.電気刺激によって麻痺した筋肉や軽度麻痺の筋肉を正確な順序と強さで活動させ.運動能力をある程度回復させることを目的としているのです。 FESは.1961年にLibersonらが片麻痺の患者7人の足底陥没に総腓骨神経を刺激して治療に成功したのが.リハビリテーション医学の分野での最初の使用例とされている。 それから40年.FES技術は徐々に麻痺者の歩行能力回復に勢いを増し.現在では麻痺者の下肢能力回復のための臨床ツールとして確立している。 現在.世界では24以上の研究センターが.FESによる起立・歩行能力の回復の評価や.FES歩行補助システムの開発などを積極的に行っています。 しかし.現在までにFDAが承認した短距離歩行用のFESシステムは.イリノイ大学がシカゴの医療センターと共同で開発したパラステップ歩行システムのみで.マルチチャンネル刺激装置.12個の表面電極.補助装置からなり.T4～T12間の障害を持つ片麻痺患者の起立・歩行訓練に使用されています。 FESは古くから臨床で使用され.大きな成果を上げてきましたが.刺激信号の制御の問題から.FESのさらなる発展が制限されてきました。 また.FESはあらかじめ設定されたパターンに従って残肢の動きを制御するだけであり.患者の希望に沿ったリアルタイムな制御ができないため.適切な刺激信号が得られないと良好な治療効果が得られない。 さらに重要なことは.脊髄損傷者の下肢の運動機能回復には真の進歩が見られるが.麻痺者の上肢の機能回復には.ブレインコンピュータインターフェース技術の登場まで.FESが適切な解決策を見出せなかったようだ.という現実である。 ブレイン・コンピューター・インターフェース技術 2012年4月29日.香港政府のニュースサイトが.香港中文大学が最近.脳波を漢字に変換する中国語のブレイン・コンピューター・インターフェース・システムの開発に成功したというニュースを発表した。 それによると.全身麻痺で話すことができない患者さんが.16の接触面を持つ無線脳波受信機を装着し.コンピューター画面上の中国語筆記入力インターフェースに向かい.書きたい一筆を思い浮かべると.受信機が命令を受け.中国語を書き出すことができるのだそうです。 研究チームによると.このシステムは.直接会話や手話.手書き文字に比べて数十倍遅いことは間違いないが.重度の麻痺患者にとっては.簡単なフレーズでも自分を表現できるようになる稀有なブレークスルーであるという。 ブレイン・コンピューター・インターフェイス（BCI）は.米国ノースウェスタン大学の生理学教授であるミラーの研究で用いられた2つ目の技術である。 1970年代に開発されたこのハイブリッド技術は.神経学.精神認知科学.リハビリテーション工学.生体医工学.コンピューターサイエンスが関与し.ここ10年ほどで急速に発展し.人間が脳信号を使ってコンピューターなどと通信することが可能になった。 BCI技術の本質は.神経細胞の活動を抽出し.翻訳することにある。 一方では.脳がコンピュータやインテリジェントな義肢を制御するためのコマンドを送ることを可能にし.他方では.神経活動の一部を直接解釈して.画像や音声の形でユーザーにフィードバックすることを可能にします。 BCIを実現するためには.第一に脳の思考を確実に反映する信号があること.第二にその信号をリアルタイムかつ高速に収集できること.第三にその信号を明確に分類できること.という三つの必要条件があることが研究者により明らかにされている。 BCI技術の重要な応用例として.身体障害者や麻痺患者の運動制御を回復させ.心を通わせたヒューマンコンピュータインタラクションを可能にすることが挙げられます。 BCIによる筋肉の直接制御や神経学的な再活性化により.神経ブロックや筋損傷による麻痺のある人の運動能力を再確立し.日常生活の基本動作を可能にすることができる。 神経補綴装置 BCIはFESの優れたインターフェースとなる。ノースウェスタン大学のミラー教授（生理学）は.この2つの技術を組み合わせて.強力な神経補綴装置を作ろうと試みている。 この装置は.BCIとして脳に直接埋め込むことができる多電極チップを用い.研究者が脳の100個の脳細胞の活動を検出し.筋肉や手の動きを生成する信号を解読する部分と.麻痺した筋肉に電流を流し.収縮させるEFS装置から構成されています。 研究チームは.両方のサルに局所麻酔をかけ.肘の神経活動を遮断し.一時的に手の麻痺を起こさせた。 神経補綴装置の助けを借りて.脳チップが脊髄をバイパスして直接FES装置を作動させ.意図的に脳が制御する筋収縮を実現して麻痺した手に動きを回復させ.麻痺したサルはほぼ規則的に小さなボールを拾って動かすことができるようになった。 実は.BCIとFESの技術を組み合わせた同様の神経補装具が.早くも2008年から販売されています。 米国ワシントン大学のEberhard Fetz博士率いる研究チームは.神経細胞の活動をFESデバイスに接続しました。 サルは.FES装置を調節するために個々のニューロンを活性化することを学び.ジョイスティックを動かすことで.それまで手首に接続されていなかったニューロンが適応し.タスクを完了できるようになりました。 同年.米国ピッツバーグ大学の実験チームは.サルの脳の運動野に微小電極を多数埋め込んで.複数の神経細胞からの放電信号をとらえ.コンピューターでリアルタイムに処理して.運動する人工関節の制御コマンドに変換した。 訓練期間を経て.サルは自分の脳神経信号で義肢の動きを直接制御し.餌を掴んで口に運ぶことができるようになったのです。 この研究は.当時.麻痺のリハビリテーションの分野ではエキサイティングなことで.その年の『ネイチャー』誌に掲載された。 清華大学生体工学部・神経工学研究所の専門家であるHong Bo氏は.ピッツバーグ大学の研究は.この分野の過去10年ほどの研究を集約したものだと分析する記事を書いている。 基本原理的には大きな革新はないものの.脳が義肢を直接制御して体の他の部分と連携し.食物をつかむという生物学的な意味での機能動作を行うのは初めてのことで.これまでの研究から大きな前進といえるでしょう。 そして.ノースウェスタン大学の生理学教授であるミラーの最新の研究は.これまでの知見を超えるものであった。 このような神経工学的手法を用いることで.脳の重要な生理学的基盤の一部を理解し.それを用いて脳と筋肉を直接結びつけることができるのです」とミラー教授は論文に書いている。 この脳と筋肉のつながりは.将来.脊髄損傷による麻痺のある人々が日常生活を送り.より自立できるようになるために利用されるかもしれません。” ミラーの発見は.高度な神経補綴デバイスのテストと開発をさらに進めることになった。 米国国立衛生研究所の国立神経疾患・脳卒中研究所のプログラムディレクターであるDaofen Chen博士は.この分野の研究者は.単純な腕の動きを超えて細かい手や指の動きを可能にするデバイスを目指しており.ミラーの研究は神経人工装具が物をつかむために必要な複雑な手や指の動きを突破するものであると述べています。 しかし.ミラー教授は.今回の研究で用いられた一時的な神経ブロックでは.長期間の麻痺性脳・脊髄損傷後に起こる慢性的な変化を再現できないため.長期麻痺の霊長類モデルでこのシステムを検証することが特に重要であるとも慎重に指摘しています。 とはいえ.ミラーが脊髄損傷者の窓口を開いたことで.脳の神経細胞がまだ発火できる限り.意図的なフェッチや運動能力の回復も夢ではなくなってきたのだ。