データを脳に直接送信する新しいワイヤレスチップ

目や耳を使わずに画像を「見る」ことができたり、メロディーを「聞く」ことができるかどうかを想像してみてください。刺激が物理的な感覚器官を通過する代わりに、情報は脳のニューロンに直接記録されます。昨日までは理論上の可能性のように思われていたことが、現在、米国のノースウェスタン大学の研究室で具体的な現実となっています。

バイオエレクトロニクスの先駆者が率いる研究チーム ジョン・A・ロジャース そして神経生物学者 エフゲニア・コゾロヴィツキーは、損傷した感覚器官を完全に回避できる可能性のある、小さくて柔軟なインプラントを開発しました。最近発表されたこのデバイスは、 自然神経科学は、視覚障害、聴覚障害の治療、義足を持つ人々の触覚の回復において新境地を開拓しています。

ニューロンの言語を「話す」テクノロジー

デバイスの革新性は、その動作だけではなく、主にその動作方法にあります。複雑な手術と脳組織への侵入を必要とする従来の脳インプラントとは異なり、新しいチップは侵襲性が最小限です。それは切手ほどの大きさで、クレジットカードよりも薄く、頭蓋骨の上の頭皮のすぐ下の皮下に配置されます。

このシステムは、64 個の小さな LED (マイクロ LED) のアレイで構成されています。それを利用して テクノロジー 光遺伝学を利用したこのデバイスは、頭蓋骨を貫通して大脳皮質の標的ニューロンを刺激するプログラムされた光パターンを放射します。基本的に、チップはデジタル情報を光信号に変換し、脳が感覚経験として解読できるようにします。

«私たちの脳は、電気活動を経験に変換する継続的なプロセスを行っています。」と教授は説明する。 エフゲニア・コゾロヴィツキー。 «このテクノロジーを使用すると、自然の仲介者を迂回して、このプロセスに直接介入できるようになります。»。

データを変えた実験

システムの機能を実証するために、 研究者 彼らは、ニューロンが光に反応するように遺伝子組み換えされたマウスを使って実験を行った。インプラントは、感覚知覚に関連する皮質領域上に配置されました。

科学者らは、実験動物の目には見えず、脳によって直接認識される特定の光パターンを放射するように装置をプログラムした。短期間のうちに、マウスはこれらの信号を認識することを学習しました。脳が特定の「光メッセージ」を受け取ると、動物は報酬を受け取るために特定のタスクを実行し、情報を知覚したことを証明しました。

驚くべきことは、動物たちが、野生ではこれまで経験したことのない、完全に人工的な感覚を知覚するように訓練されていることです。研究チームの報告によれば、これは脳に文字や音の代わりに光のパルスで構成される新しいアルファベットを教えるようなものである。

ワイヤレスの自由とバッテリー不要

最大のものの 1 つ 技術的成果 Northwestern チームの最大の特徴は、デバイスのエネルギー自律性です。このチップにはバッテリーが搭載されていないため、定期的な交換作業やかさばるコンポーネントが必要になります。代わりに、私たちが携帯電話で非接触型決済に使用するものと同様の、NFC テクノロジーを介してワイヤレスで動作し、制御されます。

これにより、初期の光遺伝学実験セットアップの場合のように、ユーザー (最初は実験動物、最終的には人間) が外部コンピューターに配線されずに自由に移動できるようになります。このデバイスは皮膚の下で「スリープ」し、情報を送信する必要がある場合にのみアクティブになります。

修復から感覚向上まで

開かれる視野は文字通り無限です。当面の適用は医療リハビリテーションに関するものです。視神経や網膜に損傷を負い、従来の眼鏡やレンズでは対処できない人は、インプラントにデータを送信するカメラから視覚刺激を直接受け取る可能性があります。したがって、聴覚障害者は、耳を完全にバイパスすることで聴力を回復することができました。

しかし、おそらく最もエキサイティングなアプリケーションは、高度な義肢に関するものです。現在、ロボットハンドは物体を掴むことができますが、ユーザーはその質感や温度を「感じる」ことはできません。新しいチップを使用すると、ロボットの手足にあるセンサーが脳の体性感覚皮質に信号を送信できるようになり、ユーザーは再び自分の手のように物体を撫でたり、握ったりできるようになります。