昨年8月、ケイシー・ハレルは、5歳の娘が覚えている限り初めてはっきりとした言葉を発した。それは、彼女の母親であるレヴァナ・サクソンとの結婚の誓いの言葉を繰り返したものだ。その場にいた大人たちは泣いた。
この瞬間は、医学の最も難しい分野の一つである、事故や病気など何らかの原因で切断された脳と身体のつながりを再びつなぐという分野におけるイノベーションの波のおかげで実現した。この分野ではイーロン・マスクのニューラリンクが注目と投資家の資金の大半を獲得しているが、学術研究室やライバルの新興企業も、その切断されたつながりを修復する上で大きな進歩を遂げている。
「今、これを非常に実践的に活用しています」と、2019年に筋萎縮性側索硬化症（ALS）と診断され、数年後に明瞭に話す能力を失ったハレルさん（46）は語った。「これは私にとって現実です」と、再び自分の声でコミュニケーションできるようになった日のことを語りながら、声を詰まらせた。
彼が会話できるのは、カリフォルニア大学デービス校の研究者が昨年夏、約5時間にわたる外科手術で彼の脳に埋め込んだ256個の小さな電極のおかげである。脳コンピューターインターフェース（BCI）として知られる技術は、運動機能の回復を目的とすることが多いが、ニューイングランド医学ジャーナルで詳述されているハレルの話し方の改善は、その幅広い可能性を強調している。
神経系が唇、顎、舌、喉頭を制御するために使用する複雑な信号がブレークスルーで明らかになり、人工知能の進歩によってそれらの信号を解読してコミュニケーションを回復できるようになると、新興企業は注目している。失われた手足を補う義肢と同様に、この分野では、この装置に「スピーチ神経義肢」という独自の名称がある。
当初、「言語の複雑さを考えると、発声を回復するというアイデアは実現不可能に思えた」と、カリフォルニア大学サンフランシスコ校の神経外科部長エドワード・チャン氏は、この研究に付随する論説で述べている。「過去10年間で、発声神経補綴の概念はSFから現実のものとなった。」
まだ初期段階だ。この技術は高価でかさばるため、ハレル氏の自宅にコンピューターが必要だ。また、速度が遅く、ハレル氏が話すスピードは1分間に33語で、自然な会話の1分間160語よりはるかに遅い。また、長期的なパフォーマンスは不明だ。オランダの研究者らは、同誌の同じ号で、筋萎縮性側索硬化症（ALS）による重度の麻痺を患う女性が7年間使用した同様の装置のゆっくりとした劣化について詳細に報告している。
神経細胞の破壊
ハレルさんは娘が生まれて間もなく、自分がALS（ルー・ゲーリック病とも呼ばれる）にかかっていることを知った。この病気は脳と脊髄の神経細胞を破壊し、患者は筋肉を制御できなくなる。彼の自然な話し方は、訓練されていない耳にはうなり声や喃語のように聞こえるが、頭は明晰だ。
しかし、最近では彼の言っていることは容易に理解される。彼の脳内の電極がニューロンの発火を追跡して彼が言おうとしていることを予測し、次にALS発症前の彼の声をデジタルで再構成した音声生成装置が彼に代わって話す。関係者全員が喜んでいる。
この技術は、サイボーグになった気分にさせるどころか、彼の人間関係を豊かにしている。友人たちは、1年前にはあり得なかった会話に飛び込んでくる。妻との話し合いは、単なる取引以上の深いものになる。インプラントは彼に平常心を与えている。
「私のような人間は、そう感じる機会があまりないんです」と彼は言う。
ニューラリンク、パラドロミクス、シンクロン、プレシジョン・ニューロサイエンスなどの企業も同様の技術に取り組んでいる。ニューラリンクの装置は今年初め、下半身麻痺の男性に初めて埋め込まれ、その結果は衝撃的だったと同氏は述べた。シンクロンは数人の患者にインプラントを施しているが、電極の数はそれほど多くない。
ハレルさんの電極は、脳の上部を耳から耳までほぼ一直線に走る発話に関係する経路である中心前回に埋め込まれている。電極は、研究者が最初の患者を探していたカリフォルニア大学デービス校で親戚がこの技術について聞いてから数週間後の2023年7月に、5時間に及ぶ手術で埋め込まれた。
「一方で、脳の手術を急いで受けたくはない」とハレル氏は5月に自宅で行われたインタビューで語った。「一方で、この病気にかかっている場合、受け入れるリスクのレベルは間違いなく高くなります。」
車椅子を使用するハレルさんは、従来のマウスを操作するための運動制御が欠如している。手術前は、ヘッドマウスを使ってテキストやメールを入力していたが、今ではこの装置の助けを借りて作成できる。
「この装置のおかげで、彼は言いたいことを、言いたい時に言えるようになった」と、この装置を埋め込んだカリフォルニア大学デービス校の神経外科医、デビッド・ブランドマン氏は言う。「これは別次元のことだ」
動きを追跡する
冗談や観察が飛び交う様子から、BCI はハレルの思考を読み取っているように見える。しかし、カリフォルニア大学デービス校の神経補綴学研究室を共同で運営するブランマン氏と神経科学者のセルゲイ・スタビスキー氏によると、それは起きていないという。
その代わりに、この装置は、ハレルが言おうとしている言葉に関連する動作の試みを追跡している。脳が舌、喉頭、喉の筋肉を活性化しようとすると（ALS によりハレルのニューロンが死滅すると、指令は妨げられる）、埋め込まれた電極がメッセージを拾う。
信号はオークランドのアパートで稼働している4台のコンピューターで処理・解読されるが、カリフォルニア大学デービス校の神経外科博士研究員でこの研究の主著者であるニコラス・カード氏によると、この装置は時間とともに縮小する可能性があるという。
リカレント ニューラル ネットワークは、まず、ハレル氏が言おうとしている音素、つまり音声単位の可能性を予測します。予備的な言語モデルがそれらの音声単位を単語やフレーズにまとめ、次に、より洗練された 2 番目の言語モデルが、最も可能性の高い単語のセットを作成します。フレーズがデコードされると、ハレル氏は自分の声で音声バージョンを再生できます。
この機能は必ずしも完璧に動作するわけではない。ブルームバーグの記者がいたときには、誤って「nerdy」の代わりに「dirty」と表示された。このような場合、ハレル氏はトビー社製のポータブル視線追跡装置を使用して、画面上のボタンを押して再試行するように指示できる。
この技術の原型は、刺傷事件で麻痺したマサチューセッツ州の男性、マット・ネーグル氏の脳に2004年に埋め込まれた最初のインプラントに遡る。それ以降の技術革新の多くはスピードに焦点を当てたものだったが、ハレル氏の装置による真のブレークスルーは精度にある。
2時間未満のトレーニング（そのほとんどは12万5000語の語彙）の後、BCIの精度は90％に達した。これは数日のうちに95％に上昇し、その後97％に達した。
解読のペースは遅いが、自宅での会話に参加したり、雇用主であるオーストラリアの非営利団体サンライズ・プロジェクトの戦略立案を手伝ったりするには十分だ。彼は、金融機関をターゲットにするなど、気候変動に取り組むプロジェクトに取り組んでいる。
この技術の商業的可能性は、現在の患者数が少ないこととコストが高いことから限られている。しかし、状況は変わる可能性があり、投資家は注目している。
「私たちは、特に大学における研究の進展を常に追跡しています」とセコイア・キャピタルのベンチャーキャピタリスト、コンスタンティン・ビューラー氏は述べ、カリフォルニア大学デービス校の「非常に印象的な」取り組みを称賛した。「学術機関は科学や研究に資金を提供するのに有利な立場にありますが、ベンチャーキャピタルは、技術が「研究」から「開発」に移行するときに最も役立ちます。」
ハレル氏の装置が優れている点の 1 つは、訓練を受けた後、妻が自分で扱える点だ。これは、操作に資格を持った医療従事者を必要とし、主に研究室で使用されている多くのインプラントとは対照的だ。
今のところ、彼は頭頂部のコネクタを介して接続するカリフォルニア大学デービス校の技術を受けた唯一の患者だ。この技術により、彼は感染症にかかりやすくなり、ワイヤーと脳の並置を初めて見る人にとっては当惑するかもしれない。しかし、ハレル氏はそんなことは問題ではないと言う。
「私のような人間には完璧な製品を待つ時間はない」と彼は言う。「今はまだ私にとって十分だ」 – ブルームバーグ
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#脳技術の画期的な進歩によりALS患者の発話能力が回復 #アイリッシュタイムズ
2024-08-22 04:01:47