この革新的な脳コンピューターインターフェースにより、ALS患者は再び「話す」ことができるようになる

科学者たちは カリフォルニア大学 脳の信号を音声言語に変換する脳コンピューターインターフェース（BCI）の開発において画期的な一歩を踏み出した。この新技術の精度は驚異的で、単語の最大97パーセントが正しい。

このシステムは、進行性の筋疾患により発話能力が著しく制限されていた筋萎縮性側索硬化症（ALS）の45歳の男性、ケーシー・ハレル氏と共同で開発された。 カリフォルニア大学デービス校ヘルス ブレインゲート臨床試験の一環として、脳にセンサーを埋め込んだ。システムを起動してから数分以内に、男性は周囲とコミュニケーションをとることができるようになった。 研究者らは書いている 今週の業界誌 ニューイングランド医学ジャーナル。

悪名高い筋肉疾患
ALS はルー・ゲーリック病としても知られ、体全体の運動を制御する神経細胞に影響を及ぼします。患者は徐々に立つ、歩く、手を使う能力を失います。話すことも次第に困難になります。最終的には自力で呼吸できなくなります。

BCIテクノロジー
この新しい技術は、麻痺や筋萎縮性側索硬化症などの神経疾患で話せなくなった人々に希望を与える。このシステムは、ユーザーが話そうとしたときに頭の中で発生する脳信号を解読する。信号はテキストに変換され、コンピューターがメッセージを読み上げる。「私たちの BCI 技術は、麻痺した男性が友人、家族、介護者とコミュニケーションをとるのに役立ちました」と、カリフォルニア大学の神経外科医デビッド・ブランドマン氏は語る。「私たちの研究は、人類史上最も精密な発声神経補綴装置を生み出しました。」

皮質電極
2023年7月、ブランドマンはハレルにBCIを移植した。彼は脳の前頭葉にある前中心回の左側に4つの微小電極を配置した。この脳領域は発話を調整する役割を担っている。これらの電極は256個の皮質電極から脳の活動を拾うように設計されている。「私たちが実際にやっているのは、脳に耳を傾けることです」と神経科学者のセルゲイ・スタビスキーは説明する。「脳は筋肉に発話の命令を送ろうとしています。そして私たちはその脳の活動を音素（音節やその他の発話音など）に変換し、最終的には患者が話そうとしている言葉に変換します。」

より速いトレーニング、より良い結果
現在の技術レベルに到達するまでには長い道のりがありました。コミュニケーションを可能にするためのこれまでの BCI の試みは、非常に遅く、失敗しやすいことが証明されています。機械学習プログラムは、脳信号を正しく解釈するために多くの時間とデータを必要としましたが、すべての作業が無駄になったわけではありません。「これまでの音声 BCI システムではエラーが多く、ユーザーの話を理解するのが困難でした」とブランドマン氏は言います。「私たちには明確な目標がありました。それは、人が何かを言いたいときにいつでもメッセージを伝えることができるシステムを開発することです。」

素晴らしいデバイス
ALS 患者のハレル氏は、さまざまなシナリオでこのシステムをテストしました。システムは、練習したテキストだけでなく、自然な会話でも完璧に機能しました。解読された単語はほぼ完璧に画面に表示され、驚いたことに、ALS と診断される前のハレル氏のような声で聞こえました。科学者たちは、彼の元の声の音声断片を使って AI ソフトウェアをトレーニングし、彼の声を再現することができました。

驚くほど正確
最初のトレーニング セッションでは、システムは 30 分以内に 50 語の語彙に対して 99.6 パーセントの精度に達しました。その後のセッションでは、語彙がはるかに増え、125,000 語になりましたが、システムはわずか 80 分のトレーニングで 90.2 パーセントの精度に達しました。さらにデータを収集した後も、精度は 97.5 パーセントのままで、驚くべき結果でした。「現在、ケイシーが言おうとしていることを約 97 パーセントの精度で解読できます」とブランドマンは誇らしげに語ります。「この技術は革命的です。話したいのに話せない人々に希望を与えるからです。」

出監
ハレル氏はスピーチ BCI を 7 か月間使用しました。合計 84 のデータ セッションが研究に含まれ、その間、ハレル氏は対面とビデオ チャットの両方で 248 時間以上の自発的な会話を行うことができました。「コミュニケーションが取れないのは、非常にイライラして意気消沈します。まるで閉じ込められているように感じます」とハレル氏は言います。「このようなテクノロジーは、人々が再び生活や社会に参加するのに役立ちます」。この ALS 患者は、カリフォルニア大学デービス校を通じてこのテクノロジーに取り組む機会を得て、家族や友人と話す能力を取り戻したことに大喜びしています。