脳と機械の統合の時代が到来し、人類の文明は急速に発展するだろう

著者: ホン・タオ、オットー・マック

著者は全員ジョージア工科大学の博士研究員である。

人類の歴史において、あらゆる大きな技術革命は人類自身、さらには社会全体に影響を与えてきました。これは、脳コンピューターインターフェース（BCI）にも当てはまります。人類社会にとって、このハイテクは新たな社会変革の嵐を引き起こすでしょう。 1995 年 11 月に米国シカゴで開催された「脳と機械」学術セミナーで、国際的に著名な学者である周海中氏が「21 世紀初頭には、脳とコンピューターの統合の時代が到来し、人類文明の進歩は大きく加速するだろう」と予測したように、私たちは科学技術の進歩、特に脳とコンピューターのインターフェースと人工知能の発展により、人類社会は将来ますます良くなると固く信じています。

ブレイン・コンピュータ・インターフェース技術は、脳、機械、インターフェースを組み合わせた技術です。適切なインターフェース技術を通じて脳の情報を読み取り、外部デバイスの動作を制御します。これらの外部デバイスは、ロボット、仮想キーボード、または制御したいその他のものになります。現在、脳コンピューターインターフェース技術の開発は研究室の外に出て、初期の応用段階に入っており、この技術をいかに社会に役立て、幅広い応用を促進するかが、現在の研究のホットな話題となっています。現在、この技術は世界各国の科学技術競争における戦略的な優位性となっています。人間と機械の間に橋を架け、最終的には人と人の間のコミュニケーションを促進し、大きな価値を生み出します。

まず、脳コンピューターインターフェースの開発の簡単な歴史を振り返ってみましょう。1929 年にドイツの精神科医ハンス・ベルガーが脳波に関する最初の論文を発表し、これが人間の脳活動に関する研究の歴史の幕開けとなりました。 1973年、カリフォルニア大学ロサンゼルス校のジャック・ヴィダルが初めて「脳コンピューターインターフェース」というアイデアを提唱しました。その後10年間の彼の研究は、当時のコンピューターの計算能力の限界により期待されたほどの進歩を遂げることはできませんでしたが、彼の大胆な予測と実践は、その後の研究者に道を開きました。

1990 年代には、脳コンピューターインターフェース技術の研究が新たな成果を上げ続けました。例えば、ブラジルの科学者ミゲル・ニコレリスは、米国ダーラムのリーフモンキーの皮質運動ニューロンから信号を抽出してロボットアームを制御し、遠く離れた日本の東京にあるロボットの動きを操作しました。彼の最新の研究は、3匹のサルが協調して作業し、タスクを完了させることです。脳ネットワークに関するこの研究は、脳コンピューターインターフェース技術を、脳の能力を拡張する方法という新しい段階に導きました。 2014年、ブラジルのサンパウロで開催されたワールドカップの開会式で、麻痺を患った若い男性が脳コンピューターインターフェースを通じてワールドカップの最初のゴールを蹴り、脳コンピューターインターフェース技術の研究と応用の新たな章を開きました。

ブレイン・コンピュータ・インターフェース技術は、ブレイン・コンピュータ統合の新たな発展方向であり、人間と機械の共生を可能にする技術です。脳からの信号を直接抽出し、それを制御コマンドに変換して、コンピュータやロボットなどの外部デバイスを制御します。現在、脳コンピューターインターフェースは、主に埋め込み型と非埋め込み型の 2 つのカテゴリに分けられます。前者は、人間と電子のハイブリッドシステムを実現するために、脳に電極チップを、または人体にコンピュータデバイスを設置する必要がある侵襲的な技術であり、後者は、外部デバイスを制御するために電極チップを取り付け、脳の外部から信号を集める必要がある非侵襲的な技術である。インプラント型と非インプラント型の両方の方法にはそれぞれ長所と短所があり、特定の状況に基づいて決定する必要があります。

一部の専門家は、脳コンピューターインターフェース技術の発展は、おおまかに3つの段階に分けられると考えています。最初の段階はインターフェース（現在はまだ初期段階）を指します。2 番目の段階はインタラクションを指します。3 番目の段階はインテリジェンス、つまり脳コンピューター インテリジェンスを指します。最終的には、脳コンピューターインターフェースによって人間の能力が強化されます。たとえば、人間は超知覚能力や、より優れた視覚と聴覚を持つようになるかもしれません。ブレイン・コンピュータ・インターフェース技術は現在、主に医療分野で活用されていますが、今後さらに発展し、応用分野は拡大していくでしょう。

つい最近、アメリカの実業家でエンジニアのイーロン・マスク氏は、自身が設立した脳コンピューターインターフェース会社（ニューラリンク）が、原理的には視力や聴力の改善、四肢機能の回復、アルツハイマー病や筋萎縮性側索硬化症（ALS）の治療など、あらゆる脳の問題を修復できる人間の脳インプラントを間もなく完成させるだろうと語った。同社は昨年5月、米国食品医薬品局（FDA）から脳インプラントの初のヒト臨床試験を開始する承認を受けたと発表した。同団体は現在、インプラントによって外部機器を制御できるかどうかを研究するため、麻痺したボランティアを募集している。この技術が人間にも効果を発揮すれば、何百万人もの人々の生活の質が向上する可能性がある。現在、米国だけでも麻痺を患っている人は約 540 万人います。

テキサス大学オースティン校のホセ・ミラン氏が率いる研究チームは最近、非埋め込み型の脳コンピューターインターフェース技術を使用して、麻痺した人が思考で車椅子を制御できるようにした。研究チームは縦断的研究のために四肢麻痺患者3人を募集し、彼らの脳活動を脳波計（EEG）で測定し、脳コンピューターインターフェース装置を介して車椅子への機械的命令に変換した。専門家は、将来、私たちを脳に近づける神経技術が登場するだろうと考えています。これらのデバイスは患者や一般の人々に適したものとなり、脳の健康状態について知らせ、脳を改善する新たな機会を提供します。

中国科学院長春応用化学研究所の研究員である張強氏が率いるチームは最近、最先端の脳コンピューターインターフェース技術に焦点を当て、脳卒中治療の分野で進歩を遂げた。彼らは、単一細胞レベルで脳神経情報と調節をその場で取得し、光遺伝学的神経調節技術を使用して脳神経回路と四肢の行動を調節できる新しい埋め込み型ハイドロゲル神経電極を開発しました。この技術は、脳卒中を患ったラットの回復を促進するために効果的に使用され、脳卒中部位の損傷したニューロンを調整することで、脳組織の梗塞領域を効果的に縮小し、ラットの運動機能の回復を促進しました。次のステップでは、研究者らはラットの脳神経信号のモニタリングと制御技術の研究に重点を置き、脳病変のモニタリングと治療に向けて引き続き取り組み、その後、人間の脳の病変をさらに研究して、脳疾患のより正確な診断と治療への道を切り開きます。

周知のように、人間の脳には少なくとも 1,000 億個のニューロンがあり、これらのニューロンは 10^15 個の神経に接続され、複雑に接続された神経の端から端まで接続されており、その全長は 180,000 キロメートルを超えます。このような複雑なネットワークが人間に知性を与えたが、脳の探究は世界中の科学者が到達しようと努める「究極のフロンティア」となっている。人工知能技術を中心とした第四次技術革命の発展が深まるにつれ、脳コンピューターインターフェース技術は、米国、欧州連合、英国、日本、韓国、中国、イスラエル、シンガポール、オーストラリアなどの国々が優先的に支援する革新技術の一つとなっている。例えば、米国のジョージア工科大学が率いる国際研究チームは最近、脳科学技術と電子技術を組み合わせた脳コンピューターインターフェースシステムを開発しました。ユーザーは動作を想像するだけで、車椅子やロボットアームをワイヤレスで制御できます。このシステムのユーザーにとっての主な利点は、柔らかく快適で、ワイヤーの干渉がなく、柔軟で実用的であることです。

ブレイン・コンピュータ・インターフェース技術は、人間の脳の中枢神経系からの信号を測定・抽出することで外部機器を制御するだけでなく、外部機器による神経系の刺激と神経フィードバックを通じて中枢神経系を調整し、人間の脳と外部機器の間に神経フィードバック調整による閉ループシステムを形成し、人間と機械、あるいは脳と機械のインテリジェント融合を実現し、中枢神経系と外界との相互作用をよりよく理解、強化、改善、または回復することを可能にします。そのため、現在、医療リハビリテーション、航空宇宙、スマートホーム、スマートビジネス、教育、エンターテインメントなどの分野で広く使用されています。今後、脳コンピューターインターフェース技術はより多くの分野に応用され、その発展の見通しは期待に値します。脳とコンピューターの統合という新しい時代が到来し、人類の文明の発展が飛躍的に進むことは間違いありません。