AR、XR、ブレインインターフェース
ブレイン・コンピュータ・インターフェース技術でブレークスルーを達成
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BrainGateの研究者は、最近、脳コンピュータインターフェース（BCI）の分野で重大なブレークスルーを達成しました。四肢麻痺の患者が、外部のワイヤレス送信機を使用して、皮内ワイヤレスBCIを使用したことが初めてでした。このシステムは、シングルニューロン解像度で脳信号を送信することができます。
この研究は、先月、IEEE Transactions on Biomedical Engineeringに掲載されました。
このシステムは、フルバンド幅の忠実度で信号を送信し、ユーザーをデコーディングシステムに物理的に接続する必要はありません。伝統的なケーブルではなく、システムは2インチの送信機を使用します。この送信機は、ユーザーの頭の上に置かれ、脳の運動野にある電極アレイに接続されます。
この研究には、2人の臨床試験参加者が含まれていました。彼らは、BrainGateシステムとワイヤレス送信機を使用しました。ワイヤレス送信機を使用して、標準のタブレットコンピューターでポイント、クリック、タイプすることができました。
この研究では、ワイヤレスシステムが、有線システムと同等の忠実度で信号を送信することができることが示されました。
ジョン・シメラルは、ブラウン大学のエンジニアリングの助教授です。彼は、この研究の筆頭著者であり、BrainGate研究コンソーシアムのメンバーです。
「このワイヤレスシステムは、有線システムと機能的に等価であることを示しました」とシメラルは述べました。「信号は、有線機器と同等の忠実度で記録および送信されます。つまり、有線機器で使用したのと同じデコーディングアルゴリズムを使用できます。唯一の違いは、ユーザーが物理的に機器に接続する必要がなくなったことです。これにより、システムの使用方法に新しい可能性が開けられます。」
研究者によると、このブレークスルーは、完全に埋め込まれた皮内BCIシステムの開発に近づき、損傷した個人に運動能力を回復させることができます。この新しい開発は、初めて、皮内センサーによって記録された信号の全スペクトルを送信するデバイスです。
研究の結果
この試験には、35歳の男性と63歳の男性の2人が含まれていました。両者とも、脊髄損傷を患っています。ケーブルのないため、ラボではなく自宅でシステムを使用でき、24時間まで使用することができました。この長時間の使用により、研究者は長時間のデータを収集することができました。
リー・ホックバーグは、ブラウン大学のエンジニアリング教授であり、ブラウンのカーニー脳科学研究所の研究者です。ホックバーグは、BrainGateの臨床試験を主導しました。
「私たちは、神経信号が時間の経過とともにどのように進化するかを理解したいと思います」とホックバーグは述べました。「このシステムを使用して、家で長時間にわたって脳活動を観察することができます。これは以前はほぼ不可能でした。これにより、コミュニケーションと運動の回復を可能にするデコーディングアルゴリズムを設計することができます。」
BrainGateコンソーシアム
BrainGateコンソーシアムは、ブラウン、スタンフォード、ケース・ウェスタン・リザーブ大学の研究者からなる学際的なグループです。また、プロビデンス退役軍人医療センターとマサチューセッツ総合病院の個人も参加しています。
このチームは、2012年に、臨床試験参加者がBCIを使用して多次元ロボットプロテーゼを操作することができることを示した研究を発表しました。以来、グループはシステムを改良し、新しいブレークスルーを達成してきました。
シャーレーン・フレッシャーは、スタンフォード大学の元ポスドク研究員であり、現在はアップルのハードウェアエンジニアです。
「皮内BCIが、有線ケーブルから小型ワイヤレス送信機への進化は、完全に埋め込まれた高性能ニューラルインターフェースの機能的な使用に向けた大きなステップです」とフレッシャーは述べました。「この分野は、送信帯域幅を削減しながらアシストデバイスの制御の精度を維持することに向かって進化しています。この研究は、実用的BCI使用中を含む長時間にわたるコーティカル信号の全範囲を捉えることができる数少ない研究の1つである可能性があります。」
BrainGateチームは、デバイスがワイヤレスであるため、技術者の介助なしに自宅で使用できるため、COVID-19のパンデミック中に研究を続けることができました。
ホックバーグは、マサチューセッツ総合病院の重症監護医でもあり、V.A.リハビリテーション研究開発センターの神経回復と神経技術のディレクターです。
「2020年3月、研究参加者の自宅を訪問できないことが明らかになった」とホックバーグは述べました。「しかし、介護者にワイヤレス接続を確立する方法を訓練することで、研究参加者が私たちのチームメンバーがいない状態でBCIを使用することができました。したがって、私たちの研究を続けることができたのです。このテクノロジーにより、私たちが以前と同等の完全な帯域幅と忠実度で続けることができました。」
シメラルによると、「複数の企業がBCI分野に素晴らしい進出を果たし、一部の企業はすでに人間の使用を実証しています。低帯域幅ワイヤレスシステムの一部は完全に埋め込まれています。この報告書では、高帯域幅ワイヤレスシステムを使用して、将来のシステムの科学的および臨床的能力を向上させることができました。」
