通常、刺激を経験すると、それは目や耳などの五感で知覚され、脳に伝わり、脳の関連領域で処理されます。これは、通常、脳と体が情報を処理する方法です。しかし、ロチェスター大学の 2 人の神経科学者が最近、ブレイン マシン インターフェースの実験を行い、サルの脳に直接情報を注入できることを発見しました。
実験の結果は最近学術誌 Neuron に掲載され、研究によると、電気刺激を使用して、被験者として使用されたサルの運動前皮質に直接情報が埋め込まれました。研究はまだ非常に予備的なものですが、ロチェスター大学の研究者は、彼らの研究が脳卒中や神経疾患の治療に役立つインプラントへの道を開くことを望んでいます.
この研究の上級著者であり、ロチェスター大学の研究者であり医師でもあるマーク H. シャイバーは、彼らの研究は脳電気刺激に関する他の研究とは異なると述べています。脳刺激プロジェクトに取り組んでいるほとんどの研究者は、一次感覚野 (聴覚野、視覚野、体性感覚野を含む) を刺激することの影響に焦点を当てていますが、彼らの研究は、刺激が脳内にある必要がないことを実証することに焦点を当てています。被験者が識別可能な経験をするための感覚受容領域.
電極を使ってゲームをする
研究者たちは、2匹のアカゲザルを訓練して簡単なゲームをプレイすることから始めました。このゲームでは、動きと視覚的な指示に基づいてサルにタスクを実行させました。研究者たちは、2 匹のサルに 4 つの異なるオブジェクトを見せ、それぞれのオブジェクトは、オンまたはオフに切り替えることができるライトで照らされていました。 2 匹のサルの前にあるパネルには、ボタン、2 つの異なるノブ、およびハンドルが含まれていました。オブジェクトの周囲のライトが点灯した場合、サルは照らされたオブジェクトに手を伸ばして報酬を受け取ることができます.
照らされた穴の中のさまざまなオブジェクトは、ライトをオンにするためにそれぞれ異なるアクションを必要としました。たとえば、ボタンが光って押すように要求したり、シリンダーが点灯して引っ張ったりする必要があります。
研究者は、サルがゲームをするように訓練した後、運動前皮質内に配置された一連の電極をサルに装備しました。最初に、研究者は、ライトの1つがオンになるたびに、電気刺激の迅速でかすかなバーストを送信しました.しかし、時間が経つにつれて、ライトは徐々に暗くなり、最終的に完全にオフになりました.
研究チームは、アカゲザルが唯一の刺激が電気的微小刺激であったにもかかわらず、報酬を得るために正しい行動を実行できることを発見しました。これは、感覚領域を完全に迂回して脳に直接情報を注入し、脳が刺激に対して正しい反応を形成できるようにすることが可能であることを意味します.
「サルは自分が何を感じているかを私たちに伝えることができないため、マイクロ刺激を動きに関連付けるように訓練することで、サルが衝動を感じたり、何らかの経験をしたことを確認できます」と Schreiber は説明します。
以前の研究では、脳の特定の領域への電気的刺激により、人は自動的に反応し、無意識に手足をけいれんさせることができることが示されています。しかし、研究者はこれを制御し、これがサルに起こっていることではないことを発見しました.
この研究で最も興味深いことの 1 つは、研究者がサルの脳に注入した信号が、報酬を得るために使用されたどのデバイスとも根本的に関連していなかったことです。研究者は、電極の位置を再割り当てし、ライトでサルを再訓練することで状況を変えました。サルが一連の規則に順応した後、電極の位置を切り替えることは、電極が完全に異なる物体を示すために発火したことを意味しました.
次に、研究者は、電気パルスの持続時間をどれだけ短くできるかを実験しました。最終的に、彼らはわずか 5 分の 1 秒しか続かなかった電気的衝撃を加えていましたが、これはサルが自動的に反応するには短すぎました。それにもかかわらず、サルはライトをつけなくてもゲームのバージョンをマスターしました.
カンザス大学医療センターの神経生理学者であるポール・チェイニーは、電気刺激がある種の意識的な知覚を生み出していると結論付けています。しかし、その意識的な認識が何であるかはまだ謎です.
ブレインマシンインターフェースの治療への応用
この研究のもう一人の筆頭著者である Kevin A. Mazurek は、この研究は、脳-コンピューター マシン/インターフェイスが感覚野以外の脳の他の領域で使用される可能性があることを示唆していると述べています。
これは、脳卒中やその他の種類の脳の損傷や病気の治療法の開発にとって画期的なものになる可能性があります。脳の損傷した部分を機械で迂回し、電極を使用して関連情報を脳の無傷の領域に送信することが期待されています。基本的に、電極は無傷の領域で起こっている神経活動を「盗聴」し、その情報を運動前野などに送信できます。
ブレイン・マシン・インターフェースは、脳損傷や脳疾患を持つ人々の生活を改善するために不可欠です。つい最近、mindBeagle と呼ばれる BMI により、言葉を話すことができない動けなくなった人々が他の人とコミュニケーションをとることができるようになりました。 Mazurek と Schieber は、彼らの研究がこの分野のさらなる進歩につながることを望んでいます.
Schieber と Mazurek は、この実験のために極小アレイの電極を使用しましたが、エンジニアは、より大きな埋め込み型アレイの設計に懸命に取り組んでいます。合計約1,000個の電極を含むアレイの計画があります。これらのより大きなアレイは、より複雑な情報のパケットの送信を可能にします。研究者たちは、近い将来に人体試験ができることを望んでいます.
本の内容を頭に送り込むことを可能にする「マトリックス」のようなシステムがすぐに実現する可能性は低いですが、この研究は、脳損傷の犠牲者とブレインマシンインターフェースの両方に恩恵をもたらす可能性があります全体として。
