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グラフェンを使用した新しい脳コンピューターインターフェース

バルセロナを拠点とするスタートアップ企業Inbrain Neuroelectronicsは、グラフェンでできた新しい脳インプラントを開発し、今夏に人間への初の試験に向けて準備を進めている。 この技術は脳コンピューターインターフェース（BCI）の一種で、脳からの信号を記録し、それをコンピューターに送信して分析するため注目を集めている。BCIは医療診断、話すことができない人のためのコミュニケーション機器、ロボット手足などの外部機器の制御に使用されている。しかしインブレインは、BCI技術をパーキンソン病などの神経疾患の患者のための治療ツールに変えることを計画している。Inbrain のチップはグラフェンで作られているため、神経インターフェースには、脳からの記録と脳への刺激の両方に使用できるなど、興味深い特性があります。この双方向性は、BCI 技術で一般的に使用される金属チップの重要な問題であるファラデー反応に対処することで実現しました。ファラデー反応は、金属電極と電解質溶液の間で発生する特殊なタイプの電気化学プロセスです。神経組織は、主に水性電解質で構成されています。時間の経過とともに、これらのファラデー反応により、金属チップの有効性が低下します。そのため、インブレインは、こうしたチップに通常使用される金属を、電気伝導性に優れた素材であるグラフェンに置き換えた。「金属にはファラデー反応があり、すべての電子が互いに相互作用し、脳に信号を送り返す効率を低下させます」と、インブレインのCEO兼共同創設者であるカロリーナ・アギラール氏は語る。 グラフェンは本質的に炭素であり金属ではないため、このチップはファラデー反応を起こさずに 200 倍の電荷を注入できるとアギラール氏は言う。その結果、この材料は治療ツールに必要な何百万もの刺激パルスに対して安定している。インブレイン社はまだこのチップを脳刺激に使用してテストしていないが、同社はいずれその目標を達成できると期待している。アギラール氏によると、グラフェンベースのチップは、従来の半導体技術を使用してウェハー上に製造される。クリーンルーム施設で、インブレインは厚さ 10 マイクロメートルのチップを製造している。チップは、アギラール氏が「グラフェン ドット」と呼ぶもの (グラフェン量子ドットと混同しないように) で構成されており、サイズは 25 から 300 マイクロメートルである。「このマイクロメートル スケールにより、脳からの信号のデコードに独自の解像度が得られ、マイクロメートル レベルの脳刺激や脳変調も可能になります」とアギラール氏は付け加えた。グラフェンベースのBCIのテストこのプラットフォームの人間患者への最初のテストは、マンチェスター大学でまもなく実施される予定で、脳腫瘍の切除中にインターフェースとして使用される。腫瘍を切除する際、外科医は脳の言語中枢などの領域を損傷しないようにし、手術後に患者が障害を受けないようにする必要がある。「腫瘍切除中にチップを配置し、腫瘍がある場所とない場所を外科医に伝える信号を非常に高解像度で読み取ることができるようにします」とアギラール氏は言う。これにより、外科医は発話や認知などの機能領域を温存しながら、マイクロメートル単位の精度で腫瘍を摘出できるはずだ。アギラール氏はさらに、「グラフェンの安全性を証明するための非常に信頼性が高く迅速な方法であるだけでなく、現在使用されている金属技術と比較してグラフェンがどのような可能性を秘めているかを示すため、私たちは最初の人体実験にこの手法を採用しました」と付け加えた。アギラール氏は、インブレイン チームがすでにグラフェン ベースのチップの生体適合性をテストしたことを強調する。「私たちは過去 3 年間、大型動物でのさまざまな安全性研究を通じて生体適合性の研究に取り組んできました」とアギラール氏は言う。「そのため、人間に対する安全性がさらに向上したことを証明できるというゴーサインが出たのです。」マンチェスターでのチップのテストは脳腫瘍の手術を支援することを目的としていますが、同じ技術は最終的にはパーキンソン病の患者を助けるためにも使用される可能性があります。この目的に向けて、インブレインのシステムは昨年9月に米国食品医薬品局からパーキンソン病の治療補助療法として画期的デバイス指定を受けました。「パーキンソン病の治療のために、私たちはさまざまな前臨床研究に取り組んでおり、その研究は、現在の市販技術と比較して、この分野での優位性を合理的に証明しています。 [reduction] 「パーキンソン病の症状の軽減につながります」とアギラール氏は言う。パーキンソン病の治療では、インブレインのチップは、運動に重要な脳の黒質線条体経路に接続します。チップはまず、歩行や腕の挙上を誘発する脳からの意図メッセージを解読します。これは一般的な BCI でできることです。しかし、インブレインのチップはマイクロメートル単位の精度で、震え、固縮、歩行の固まりなど、パーキンソン病の症状に関連する病理学的バイオマーカーも解読できます。 これらのバイオマーカーを非常に正確に判定することで、Inbrain のテクノロジーは患者の現在の投薬療法がどの程度有効であるかを判定できます。Inbrain チップのこの最初のバージョンでは、パーキンソン病の症状を直接治療するのではなく、治療に使用する薬剤をより的確にターゲットし、その量を減らすことが可能になります。「パーキンソン病の患者は大量の薬を服用しており、薬の効力に対する患者の耐性が増すにつれ、薬を時間とともに変更しなければなりません」とアギラール氏は言う。「この量を少なくとも 50 パーセント削減できます。将来的には、機器の精度が向上すれば、さらに削減できるでしょう。」あなたのサイトの記事からウェブ上の関連記事 #グラフェンを使用した新しい脳コンピューターインターフェース