マスク氏と陳天橋氏の両者が期待している脳コンピューターインターフェースは、将来いつ実現するのだろうか？

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失語症の人は再び話せるようになり、聴覚障害の人は再び聞こえるようになり、四肢麻痺の人は自由に動けるようになる...これは「神からの奇跡」ではなく、絶えず改善され発展している脳コンピューターインターフェース技術です。

最近、マスク氏が設立した脳コンピューターインターフェース企業であるニューラリンクがシリーズCの資金調達を完了し、2億500万米ドル（約13億人民元）を調達したが、これはこの分野でこれまでで最大の資金調達とされている。

モバイル決済のPaypal、新エネルギー車のテスラ、航空宇宙企業SpaceX、そして今回は脳コンピューターインターフェースまで、「テクノロジー狂」のレイアウトは毎回時代を先取りしているようだ。

一見最先端でSFのようなこの分野に、再び多くの人々の注目が集まっています。実は、ここでのビジネスの世界はすでに開かれています。

PitchBookのデータによると、2021年現在までに脳コンピューターインターフェース分野における資金調達総額は、昨年全体で調達された9,700万ドルの3倍に達している。脳コンピューターインターフェースが影響を与える可能性のある応用分野を医療、教育、消費に目を向けると、数百億ドルをはるかに超える巨大な市場空間が生まれるでしょう。市場調査会社Valuates Reportsは、世界の脳コンピューターインターフェース市場規模は2027年に38億5,000万米ドルに達すると予測している。

失語症患者が再び話せるようになり、聴覚障害者が再び聞こえるようになり、四肢麻痺患者が自由に動けるようになる... 脳コンピューターインターフェース技術は本当にそれほど魔法のようなものなのでしょうか?

SF映画「マトリックス」では、仮想世界に入り込めるこの装置が観客に非常に深い印象を残しました。脳を装置に接続することで、人々は現実と仮想の間を行き来できるようになります。

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(『マトリックス』の脳コンピューターインターフェース | 出典: 映画のスクリーンショット)

こうした「ブラックテクノロジー」は映画の中だけに存在すると考えないでください。同様のテクノロジーは現実世界にもすでに存在していますが、現時点では映画のような強力な機能を実現することはできません。

ニューイングランド医学ジャーナル（NEJM）は最近、脳卒中を患った男性が神経補綴装置と脳コンピューター相互作用を組み合わせて、脳波を完全な文章に変換することに成功したという記事を掲載した。

約15年前、当時まだ20代だったこの患者は、不幸にも脳に血液を供給していた大動脈が破裂し、脳卒中を起こした。それ以来、男性は話すことに関係する筋肉を一切制御できなくなり、手足と発声の制御を失ってしまった。

幸いなことに、彼の頭はまだ動く。電子機器の助けを借りて、彼は頭の動きでキーボードを操作し、1分間に5語を綴ることができる。

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（脳卒中患者が電子機器の助けを借りてタイピングしている様子 | 出典：実験チームの公式ビデオのスクリーンショット）

現在、研究者たちは、より高度な機器を彼に導入した。脳卒中患者の脳に電極を埋め込んで情報を受け取り、受け取った情報を言葉に翻訳して画面に表示することで、失語症の脳卒中患者が再び「話す」ことができるようになったのだ。つまり、男性はもう頭を動かす必要はなく、自分が表現したいことを考えるだけでよく、コンピューターが彼の脳波を言葉や文章に変換できるのです。

この技術は正式には「脳コンピュータインターフェース」（BCI）と呼ばれています。簡単に言うと、BCI はデバイスを使用して脳波を「意図」または実行可能な出力結果に変換します。

（非侵襲的（左）および侵襲的脳コンピューターインターフェースの図）

BCI デバイスは 2 つのタイプに分けられます。1 つは非侵襲型で、ユーザーはデバイスを頭に装着するだけで済みます。もう 1 つは侵襲型で、脳波信号の捕捉を助けるために電極を外科的に埋め込む必要があります。

最初の脳コンピューターインターフェースデバイスは、1973 年にカリフォルニア大学ロサンゼルス校の Vidal 教授によって開発されました。当時、研究者たちは自分の思考を使って画面上のカーソルを操作し、迷路を歩いていました。一見単純な操作のように見えますが、考えてみて下さい。当時は 1970 年代でした。このようなデモンストレーションは、今日でも SF 的で衝撃的だと思います。

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（ヴィダル教授）

今日では比較的主流となっている侵襲的な脳コンピューターインターフェースとは異なり、当時の実験では脳波に基づく非侵襲的な脳コンピューターインターフェースが使用されました。しかし、このような単純な実験が正式に脳コンピューターインターフェース技術の時代を告げるものになるとは誰も予想していなかった。

1970 年代から 1980 年代にかけての動物実験から、1990 年代中盤から後半にかけての人間実験、そして今日のより詳細で広範な研究に至るまで、脳コンピューター インターフェース デバイスは、弱い脳信号を識別して抽出することしかできない単純な機能から、実験者がロボット アームを直接操作して操作を補助できる「ブラック テクノロジー」へと進化しました。今日では、脳コンピューター インターフェースによって失語症患者が再び「話す」ことさえ可能になっています。

では、この機能はどのように実現されるのでしょうか?失語症患者が再び「話せる」ようにするために脳コンピューターインターフェースを使用した実験チームは、公式ビデオで模式図を使ってそれを紹介した。

まず、脳手術を受ける患者の頭蓋骨の中に電極アレイを配置します。ここで注目すべきは、この実験の前提は、患者の脳の言語機能部分が正常に機能できる必要があるということです。

記録された皮質神経信号は、特別に設計された再帰型ニューラル ネットワーク (RNN) を使用して声道の発音動作に変換され、デコードされたこれらの動作は音声文に変換されます。理解しにくいかもしれませんが、自分で試してみてください。まず、頭の中で文章を思い浮かべ、口を開けずに、この文章を言うときにどのような口の形をし、舌をどのように動かすかを想像します。このような想像によって生成された脳波信号が電極によって記録され、AIによってモデルが構築されます。このモデルはこれまで何度もトレーニングされており、人が話すときに顔の筋肉を動かすと脳がどのような信号を生成するかを学習しています。

最後に、一連のモデルによって合成された後、患者が表現したい言葉が画面に表示されます。

（実験結果のデモンストレーション | 出典：実験チームの公式ビデオのスクリーンショット）

1文字ずつ綴る従来の方法と比較すると、この新しい方法は、患者が言いたい単語を一つ一つ直接予測するのと同じで、より高速で、キーボードの助けも必要ありません。実験チームの研究者であるエドワード・チャン氏は、「このシステムは1分間に最大18語を解読でき、平均精度は75%、時には90%を超えることもあります」と述べています。

脳コンピューターインターフェースの実用性が絶えず向上していることは容易に理解できます。一方では、脳卒中、筋萎縮性側索硬化症、さらには事故などの傷害の治療や医療支援に役立ちます。他方では、脳コンピューターインターフェース技術と AI 技術の統合が絶えず強化されていることも証明しています。これまで患者は機器の助けを借りて文字を綴ることしかできませんでしたが、今では単語や文章を直接表現することができます。これは多くの点で大きな進歩です。

ある程度の実用性があるということは、ブレイン・コンピューター・インターフェースは現在あるいは将来において一定の産業的展望があるということでしょうか?では、現状では、脳コンピューターインターフェースは良いビジネスなのでしょうか?

歴史を振り返ると、1970 年代初頭に、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の Brain Institute が BCI 技術の研究を始めました。その後の数十年にわたり、研究者たちは動物を使い続けて BCI テクノロジーの基礎を築きました。研究者が BCI デバイスを人間に対してテストしたのは 1990 年代半ばになってからでした。

脳コンピューターインターフェース技術の難しさのため、ほとんどの製品はまだ実験段階にあり、達成された結果のほとんどは実験環境にあります。そのため、脳コンピューターインターフェースの開発の歴史において、研究者や開発者、特に脳損傷の問題を解決するためにそれを使用することを望んでいる医師は、その医学的および学術的価値を優先しています。

例えば、中国では、いくつかの医療チームが脳コンピューターインターフェース技術を臨床診療に応用しています。 2020年、浙江大学第二病院の張建民氏のチームは、重度下半身麻痺のボランティアの脳にユタアレイ電極を埋め込み、ボランティアが思考でロボットアームの3次元的な動きを制御し、食べる、飲む、握手するなどの一連の重要な上肢機能動作を完了できるようにしました。

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ほとんどの研究と製品はまだ実験段階ですが、脳コンピューターインターフェースの分野では、技術と商品化の面で比較的成熟した製品、人工内耳が誕生しました。

人工内耳の歴史をたどると、18世紀にイタリアの物理学者ボルタが実験で聴覚系の電気刺激が音の感覚を生み出す現象を発見したことに遡ります。20世紀には、外科手術中に医師が聴覚障害患者の神経にワイヤーを接続し、患者が電気刺激下でかすかな音を聞くことができるようになりました。

1969年になってようやく、アメリカの医師ウィリアム・ハウスとジャック・アーバンが共同で初の装着型人工内耳を開発しました。しかし、この人工内耳には電極が1つしかなく、患者の唇の動きを読み取る補助しかできませんでした。1970年代には、オーストラリアのメルボルンの学者グレアム・クラーク教授とオーストリアのウィーン大学のエルヴィン・ホックマイアー教授が、それぞれ蝸牛の複数の部分を電気的に刺激できる装置を開発しました。1977年、世界初のマルチチャンネル人工内耳がオーストリアのウィーンで埋め込まれました。

技術が成熟し、人工内耳に対する社会の受容が高まるにつれ、この製品は開発段階から商品化にも成功しました。

現在、世界の人工内耳市場には、オーストラリアのコクレア社（55%）、米国のアドバンスト・バイオニクス社（20%）、オーストリアのメドエル社（20%）の3社が大手人工内耳機器メーカーとして存在し、これら3社で世界の人工内耳市場の90%以上を占めています。

その中で、オーストラリアのシドニーに本社を置くコクレア社は、最も古く（1982年）設立され、最大の市場シェアを誇る人工内耳装置メーカーです。

コクレア社は世界中に3,500人以上の従業員を抱え、毎年総収益の12%以上（1億6,000万オーストラリアドル以上）を製品の研究開発に投資しているとされています。現在、コクレアは世界中の聴覚市場に55万台以上のインプラント機器を提供し、100か国以上で45万人以上のあらゆる年齢層の聴覚障害者の聴力回復を支援しています。

特筆すべきは、コクレア社の主力製品である Nucleus システムが、前述の Graeme Clark 教授が開発した技術を初めて採用したシステムであるということです。

コクレアは、その技術的優位性を生かして最初に商業化を完了し、その後の発展において、人工内耳産業チェーン内の他の企業に投資し、買収しました。例えば、コクレアはインプラントの研究開発会社であるEntific Medical SystemsとOtologics LLCを買収し、補聴器の製造を専門とする医療機器会社であるEarLensに投資しました。2017年には、コクレアは人工知能会社Otoconsultにも投資しました。同社は、人工内耳の設置をより迅速かつ一貫して行い、患者に最良の聴覚結果をもたらすことが期待される技術を提供しています。

コクレア社の事例から、脳コンピューターインターフェースを商品化するには、以下の要素が必要であることは容易に理解できます。

（１）成熟したコア技術

技術的な観点から見ると、人工内耳の成功は、他の脳コンピューターインターフェース製品が同様に大きな市場を開拓したいのであれば、少なくとも 1 つまたは複数の十分に成熟した技術を開発する必要があることを示しています。この「成熟」の兆候については、人工内耳の成功例を参考にすることができるかもしれません。つまり、少なくとも、インプラントの装着者は、自分自身の世話をする能力を取り戻すことができるはずです。

この基準で測ると、脳コンピューターインターフェースはまだ長い道のりを歩む必要があります。結局のところ、これまで公開された脳コンピューターインターフェース製品は、物体をつかむ、脳波を入力するなど、患者がいくつかの簡単な操作を行うのを助けることしかできず、ある程度の実用性はありますが、当面は大規模に使用することはできません。

さらに、人工内耳では、移植の対象となる患者に対する一連のスクリーニング基準がすでに確立されており、手術の潜在的なリスクも十分に明確になっていますが、これは他の脳コンピューターインターフェース製品ではまだ実現されていません。

（２）成熟した産業チェーン

人工内耳は、外部と内部の 2 セットの機器で構成されています。外部部分には、マイク、音声プロセッサ、信号送信機が含まれ、内部部分には、信号受信およびデコード モジュール、刺激電極アレイが含まれます。これらのデバイスのうち、インプラント材料、電極材料、技術の組み合わせなどは、すべて対応する企業の生産への参加を必要としており、産業チェーンは現在までに比較的成熟しています。

その他の脳コンピューターインターフェース製品は現在実験段階にあり、研究開発と機器製造に関わる産業チェーンはまだ明確ではなく、技術的な制限により機器の大規模生産が不可能であるため、当面は商業化は不可能と思われます。

（３）成熟した社会的受容

人工内耳が正式に発明され、一般大衆に受け入れられるまでには少なくとも 20 年かかり、その間に一定規模の抗議活動もありました。脳コンピューターインターフェースが発展するには、倫理的なハードルを乗り越える必要があるようです。幸いなことに、基礎としてヘッドフォンインターフェースの前例があり、将来的には他の脳コンピューター製品に対する一般の信頼が高まる可能性があります。

しかし、現時点では脳コンピューターインターフェース市場がまだあまり成熟していないからこそ、科学研究機関以外の多くの企業が市場開発に参加している。資本の支援があれば、脳コンピューターインターフェース技術が学術界から消費者市場に移行するのもそう遠くないかもしれない。

前述のNeuralinkに加えて、FacebookのReality Labsも同様の研究を行っている。研究室の基本的なアイデアは、「意識」を読み取り、意識をテキストに変換し、1分間に100語を変換できるヘッドマウントデバイスを開発することです。

Facebook が侵襲的デバイスを使用しないのは、BCI デバイスと AR/VR を組み合わせようとしているためだと考える人もいます。

フェイスブックが資金提供しているカリフォルニア大学サンフランシスコ校（UCSF）の脳コンピューターインターフェース技術研究チームは7月30日、人間が話した言葉の深い意味を脳の活動から抽出し、抽出した内容を素早くテキストに変換できることを初めて実証した。

注目すべきは、Facebook がほぼリアルタイムの音声および思考テキスト入力を実現したのと同時に、ヘッドマウント型脳コンピューターインターフェースの研究を断念し、手首に装着するウェアラブルデバイスに注力すると発表し、このデバイスが「短期間で市場に投入される」と述べたことだ。これにより、脳コンピューターインターフェースが商品化できるかどうかについて、業界内で再び白熱した議論が巻き起こった。

もう一つのアメリカの企業であるブレインゲートも、脳コンピューターインターフェースの分野で名を馳せています。同社によれば、ユーザーがペンと紙を持って書いているところを想像すると、BrainGateデバイスがユーザーの「意識」を読み取り、それを言葉に変換するという。 BrainGate社は、同社のデバイスは他のBCIデバイスの2倍の速度で、来年正式に発売されると主張している。

中国では、アリババ、テンセント、iFLYTEKなどの企業も脳コンピューターインターフェースを計画している。

2020年8月、アリババはタオバオメーカーフェスティバルで「タオバオマインドショッピング」と呼ばれる特許を発表し、正式に脳コンピューターインターフェースの分野に参入した。このプロジェクトは、清華大学が育成した脳コンピューターインターフェースを専門とする企業であるNeuraMatrixとTaobaoのコラボレーションであると理解されている。共通の目標は、脳コンピューターインターフェース技術のソフトウェア実装を探求することです。アリババは「マインドショッピング」専用のチップも開発しました。

(アリババの「マインド・パーチェス」特許 | 画像出典: インターネット)

医療開発に注力するほとんどの脳コンピューターインターフェース企業とは異なり、Taobao の「Mind Shopping」はオンラインショッピングのシナリオに重点を置いており、非侵襲的なソリューションも採用しています。

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2019年2月25日、iFLYTEKは、完全子会社のiFLYTEK Cloud Innovation、iFLYTEK副社長の胡宇、華南理工大学の李元清教授、広州華南理工大学資産管理有限公司が共同で脳コンピューターインターフェース企業の設立に投資したと発表した。合弁会社の仮称は広州華南脳制御智能科技有限公司で、登録資本金は4176万8700人民元。

この「ブラックテクノロジー」がいつ正式にリリースされるかはまだ不明だが、アリババやiFlytekなどの企業の配置は、中国企業も脳コンピューター技術産業の初期段階で地位を確立したいと望んでいることを十分に示している。

同時に、インキュベーション段階にあるいくつかのスタートアップ企業が徐々に表舞台に登場し、スター企業へと成長しつつある。

前述の清華大学系企業であるNeuraMatrixは、プレAラウンドの資金調達で数百万ドルを調達しており、また、Sequoia Chinaの主導のもと、清華大学系企業であるBroadcom Technology Co., Ltd.は、2021年3月に1億元を超えるBラウンドの資金調達を完了した。これらの新参者はまだ大きな成果を発表していないが、それでも特に注目に値する。

しかし、脳コンピューターインターフェース技術が次なる技術革命のきっかけとなると信じている人が相当数いるにもかかわらず、これまでのところ、この技術の明るい展望は医療分野にしか見られません。研究者たちは、脳コンピューターインターフェース技術がADHD、アルツハイマー病、てんかんなどの治療に使用できるほか、うつ病、不安、恐怖の緩和にも利用できることを発見した。

医療の分野以外では、意識を使ってハードウェアやソフトウェアを制御できれば、制御速度は指よりもはるかに速くなり、生産性が大幅に向上すると考える人もいます。 BCIが大規模に利用されれば、ユーザーは意識を通じてインターネット上でコミュニケーションできるようになり、スマートフォンの画面やキーボードを捨てることができるようになると彼らは考えています。BCIが本当に普及すれば、携帯電話だけでなく、障害者が脳を使って車椅子を操作したり、労働者が脳を使ってロボットアームを操作したり、運転手が脳を使ってヘリコプターを操作したり、脳波がパスワードになったりするようになります。これは世界にとって破壊的な変化となるでしょう。

未来は明るいように思えますが、それがどれだけ遠いのかはわかりません。学界と産業界の共同の努力により、そのような未来はもっと早く訪れるかもしれません。