コメントNature 誌に掲載された論文では、脳インプラントとコンピューター制御の人工器官が、脊髄が部分的に切断された下半身麻痺の男性の回復にどのように役立ったかが明らかにされています。
研究プロジェクト開始から約2年後、新たに発表された研究論文では、スイスのジュネーブにあるローザンヌ連邦工科大学（EPFL）の実験的技術が、患者の脳と脊髄の下部を電子的に再接続し、患者が立ったり、歩いたり、階段を上ったりすることを可能にするだけでなく、リハビリにも役立っていることが説明されている。
この症例で使用された脳脊髄インターフェース（BSI）インプラントは、彼の新たな神経接続の形成に役立っているようです。ここまで来るのに1年以上の努力が必要でしたが、今では義肢の電源を切っていても短距離を歩くことができます。しかも、これは彼が背部に重度の障害を負ってから10年以上も経った後のことです。
ここで言う義肢とは、電子機器を詰め込んだバックパックのことです。このバックパックは、男性の脳（大脳皮質）からの信号を受信し、彼が行おうとしている動作を解析し、腰部に装着されたパルスジェネレーターを介して筋肉に信号を送り、その動作を実現します。この義肢は脊髄の損傷部分を効果的に塞ぎ、本来であれば伝達できなかった信号を伝達することで、彼が再び自力で動けるようにしています。
義肢には、信号発生器だけでなく脳内のインプラントも含まれる。
どのように行われたか
既存の技術もいくつか利用しているものの、これは既製品ではありません。勇敢なオランダ人患者、ゲルト＝ヤン・オスカム氏は、頭蓋骨に5センチ（2インチ）の穴を2つ開け、運動皮質の2つの領域に2つの永久的な脳インプラントを埋め込む手術を受けることを自ら申し出ました。綿密な測定と研究の結果、研究者たちは、これらの領域がかつて彼の股関節と脚の筋肉を制御していた領域であることが判明しました。
インプラントはWIMAGINEユニットで、発明者はElectroCorticoGrams（脳波計）と呼んでいます。脳を覆う保護膜である硬膜の上に設置されるため、灰白質に直接接触することはありません。つまり、長期の埋め込みも安全であるはずです。頭蓋骨と同じくらいの厚さのチタンプレートに取り付けられているため、安全であることが望ましいのです。
概要… Nature誌に掲載された論文で詳述されているBSIの設計、技術、移植。出典：Lorach他。クリックして拡大
Reg FOSSデスクの謙虚なハゲタカは先月、自身の骨格に30個以上の脳以外のインプラントを埋め込むという幸運に恵まれました。今回は右前腕です。骨折用のピンやプレートの多くと同様に、これらのインプラントは外科用鋼でできています。これは非常に滑らかな表面を持つ素材です。チタンはアルミニウムと同様に、酸化された金属の多孔質表面層を持ち、骨がそこに成長します。外科用鋼のインプラントは不要になった場合、比較的簡単に取り外すことができますが、チタン製のインプラントは通常、永久にそこに留まります。
大脳皮質からの信号を頭蓋骨の外へ送信するために、オスカムはインプラントの上に一対の送受信機を装着する必要がある。これらはヘッドバンドに取り付けられており、頭の上に装着するヘッドフォンのような形をしている。
各ペアには2本のアンテナが搭載されており、1本は高周波信号を介して誘導的に電極に電力を供給し、もう1本はUHFを介して電極からデータを受信します。これらのアンテナは運動皮質からの神経インパルスを拾い、ケーブルを介してバックパック内のノートパソコンに送信します。ノートパソコンは信号を解釈し、彼が動かそうとしている体の部位を判別し、擬似的な神経インパルスを生成して腰と脚の筋肉に指示を出します。
オスカムさんの脊柱内の脊髄に隣接する部分に埋め込まれたActiva RC深部脳刺激装置とSpecify 5-6-5電極から構成されるもう一つのインプラントは、合成神経信号を脊髄の腰部に送り、そこから脊髄神経が脚へと分岐します。そこから人工神経信号は脊髄神経を伝わり、麻痺していた筋肉へと伝わり、オスカムさんは立ち上がり、前に進み、必要に応じて足首を動かして障害物を乗り越えるなど、様々な動作が可能になります。幾度もの練習とリハビリを経て、オスカムさんは松葉杖を使って平地を歩けるだけでなく、階段やスロープを登ることもできるようになりました。
この研究には特に注目すべき点がいくつかある。一つは、これがオスカム氏が自ら志願した初めての実験的治療ではないということだ。彼は以前にも、脚に埋め込まれた電極で脚の筋肉を直接刺激する実験に参加していた。この初期の治療は、足首を固定し足をまっすぐに保つための下肢装具と併用され、平らな地面を短距離歩行することは可能だったが、それだけだった。
多くの治療と練習にもかかわらず、彼はこれ以上のことはできませんでした。チームはこれが機能回復の助けになることを期待していましたが、それは叶いませんでした。
第二に、新しいシステムにより、彼の制御力とバランス感覚は非常に向上したため、大学チームはBSIの特別なスタンドアロン版を開発しました。実験室版は一部がバックパックに収納されており、松葉杖で歩行できますが、これは持ち帰り版で、車輪付きの歩行器に取り付けることで、実験室の外でも使用できます。
3つ目に、そしておそらく最も心強いのは、BSIを使い始めてから、彼は脚の失われた機能と運動能力の一部を取り戻したことです。残念ながら、以前の実験では回復しませんでした。Nature誌に掲載された論文に掲載された動画では、このシステムの初期段階では、インプラントの電源を切ると彼は動けなくなり、文字通り一歩も踏み出せなくなっていたことが示されています。
しかし、今では彼は義肢の助けを借りずにごく短い距離を歩くことができるようになりました。これは、義肢を長期間にわたって定期的に使用することで、脊髄に新たな接続が形成され、脳とのつながりが再構築されていることを示唆しています。
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これは、2020年の本研究など、以前の研究によって裏付けられています。この研究では、同様の脊髄電極アレイを用いた人工刺激が、神経接続の再生を促進することが示されました。今回の研究における違いは、信号の発生源、つまり運動皮質をリアルタイムで直接スキャンすることにあります。
まだ初期段階です。BSIは中断された元の神経インパルスを送信しているのではなく、ハードウェアが独自の人工神経インパルスを生成し、損傷した脊髄を伝わらなくなったインパルスを模倣しようとしています。また、これは双方向のリンクではなく、感覚情報を脳に伝えることはできません。
このレジスター記者には脊髄損傷を患った友人がおり、その友人たちは、その後に歩くことを学ぶのは竹馬で歩くことに似ていると話した。足の感覚がないと、はるかに困難になるのだ。
現在、この研究はたった一人の勇敢なボランティアを対象に行われています。科学と他者への貢献のために、大がかりで非常に侵襲性の高い手術を受けた彼に、私たちは敬意を表します。この手術は既に彼の生活の質を向上させていますが、主に学術チームによる技術開発に役立っています。
例えば、麻痺した人が立ち上がったり歩いたりするのを助ける外骨格のコストを下げるなどの他の研究とともに、私たちの壊れやすい肉袋へのダメージに対する技術的解決策というSF的な約束のいくつかは実現し始めているようです。®
