脳インプラント

脳インプラント（神経インプラントとも呼ばれる）は、生物の脳に直接接続する技術装置であり、通常は脳の表面、または大脳皮質に埋め込まれます。現代の脳インプラントの一般的な目的であり、現在の多くの研究の焦点となっているのは、脳卒中やその他の頭部外傷後に機能不全になった脳の領域を迂回する生体医療用補綴物を確立することです。[ 1 ]これに^は、視覚などの感覚代替が含まれます。その他の脳インプラントは、科学的な理由で脳活動を記録するために動物実験で使用されます。一部の脳インプラントは、神経系とコンピュータチップ間のインターフェースの作成を伴います。この研究は、脳コンピュータインターフェースと呼ばれるより広範な研究分野の一部です。（脳コンピュータインターフェースの研究には、心と機械間のインターフェースを可能にするものの、装置の直接的な埋め込みを必要としないEEGアレイなどの技術も含まれます。）

深部脳刺激療法や迷走神経刺激療法といった神経インプラントは、それぞれパーキンソン病患者や臨床的うつ病患者にとって、ますます日常的な治療法になりつつある。

脳インプラントは、脳内の単一ニューロンまたはニューロン群（生物学的ニューラルネットワーク）からの信号を電気的に刺激、遮断^{[ 2 ]}、または記録^{[ 3 ]}（あるいは記録と刺激を同時に行う^{[ 4 ]} ）します。これは、これらのニューロンの機能的関連性がおおよそわかっている場合にのみ可能です。神経処理の複雑さと、神経画像技術を使用して活動電位関連信号にアクセスできないことから、脳インプラントの応用は、神経生理学とコンピュータ処理能力の最近の進歩まで、深刻な制限を受けていました。アクティブインプラントが脳に及ぼす可能性のあるすべての悪影響、および身体がインプラントの機能に及ぼす可能性のあるすべての悪影響を最小限に抑える製品を設計するために、神経インプラントの表面化学に関する多くの研究も行われています。研究者はまた、脳外科手術なしでこれらのインプラントを投与するために、静脈を使用するなど、さまざまな送達システムを研究しています。頭蓋骨を密閉したままにすることで、患者は開頭手術によって引き起こされる可能性のある発作、脳卒中、または永続的な神経障害のリスクを大幅に軽減して神経インプラントを受けることができる。^{[ 5 ]}

感覚代替の研究は1970年以降、目覚ましい進歩を遂げてきた。特に視覚においては、視覚系の仕組みに関する知見に基づき、眼内インプラント（多くの場合、脳インプラントやモニタリングを伴う）が実用化され、大きな成功を収めている。聴覚においては、人工内耳を用いて聴神経を直接刺激する。前庭蝸牛神経は末梢神経系の一部であるが、そのインターフェースは真の脳インプラントと類似している。

複数のプロジェクトが、動物の脳から長期間にわたって記録することに成功している。1976年には早くも、エドワード・シュミット率いるNIHの研究者たちが、動かない「ハットピン」電極を使用してアカゲザルの運動皮質から活動電位信号の記録を行った^{[ 6 ]。}これには、単一ニューロンからの30日以上の記録や、最良の電極からの3年以上にわたる一貫した記録が含まれる。

「ハットピン」電極は純イリジウム製で、パリレンで絶縁されており、これらの材料は現在、ユタアレイのサイバーキネティクス実装に使用されています。 ^{[ 7 ]}これらの電極、または同じ生体適合性電極材料を使用した派生型は、現在、視覚補綴研究所^{[ 8 ]}、学習の神経基盤を研究する研究所^{[ 9 ]}、およびサイバーキネティクスプローブ以外の運動補綴アプローチ^{[ 10 ]で使用されています。}

他の研究グループは、市販製品にはない独自の機能を提供するために独自のインプラントを製造している。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

画期的な成果としては、感覚弁別学習を通じた機能的脳再配線のプロセスに関する研究^{[ 15 ]} 、ラットの脳による物理デバイスの制御^{[ 16 ]} 、サルによるロボットアームの制御^{[ 17 ]} 、サルと人間による機械装置の遠隔制御[18]、^{ゴキブリの動き}の遠隔制御^{[ 19 ]}、双方向信号伝達のためのユタアレイの人間への使用が初めて報告されたこと^{[ 20 ]}などが挙げられる。現在、多くのグループが人間への予備的な運動補綴インプラントを実施している。これらの研究は、インプラントの寿命によって数ヶ月に制限されている。アレイは現在、Braingateのセンサーコンポーネントを形成している。

神経インプラントの表面化学についても多くの研究が行われており、能動型インプラントが脳に及ぼす可能性のあるあらゆる悪影響、および身体がインプラントの機能に及ぼす可能性のある悪影響を最小限に抑える製品を設計することを目指している。

実験が行われているもう一つのタイプの神経インプラントは、人工神経記憶シリコンチップであり、これは機能するニューロンが行う信号処理を模倣することで、人々の脳が長期記憶を作り出すことを可能にする。

脳インプラントを含むインプラントに関しては、生体適合性があるため、完全有機デバイスが有利になる可能性がある。^{[ 21 ]}有機ニューロモルフィックデバイスがその段階に達すれば、例えば「インプラントによって人間が電動外骨格を制御できるようになる」可能性がある。^{[ 21 ]}遺伝子操作されたニューロンは、義肢などの外部コンポーネントを神経に接続することを可能にするかもしれない。 ^{[ 22 ]また、潜在的に埋め込み可能な[ 23 ]}物理的な人工ニューロンの研究も行われている。

脳への薬物送達のための潜在的なインプラントの研究がある。^{[ 24 ] [ 25 ]}

2016年、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の科学者たちは、術後モニタリングに使用する小型脳センサーの開発を発表した。このセンサーは不要になると溶けてなくなる。^{[ 26 ]}

2020年、 2016年にSynchron社を設立したメルボルン大学の科学者らは、開頭手術を必要とせずに頸静脈経由で埋め込むデバイスであるStentrodeの発見に関する臨床データを発表した。この技術により、2人の患者が思考だけでコンピューターを制御できることが示された。最終的には、てんかんやパーキンソン病などのさまざまな脳疾患の診断と治療に役立つ可能性がある。^{[ 27 ]} 2023年、研究者らは、このデバイスを使用してコンピューターを操作した4人の患者全員において、最初の1年間に深刻な有害事象は発生しなかったと報告した。^{[ 28 ] [ 29 ]}

神経刺激装置は、てんかん、パーキンソン病、ジストニア、そして近年ではうつ病などの症状を緩和するために1997年から使用されています。神経刺激技術の急速な進歩により、衰弱性の神経疾患や精神疾患に苦しむ多くの患者に救済がもたらされています。神経刺激療法には、回路内の神経機能を活性化するために電気刺激を適用する侵襲的および非侵襲的なアプローチが含まれます。

DARPAは、2010年に開始した信頼性の高い神経インターフェース技術（RE-NET）プログラムの一環として、脳インプラントの研究も進めている。このプログラムは、DARPAの先進的な義肢によって可能となる器用な機能を制御するための高性能神経インターフェースの必要性に直接対応することを目的としている。目標は、これらの義肢に高帯域幅で直感的な制御インターフェースを提供することである。

脳とコンピューターのインターフェースを研究している個人や企業には、イーロン・マスク、ビル・ゲイツ、マーク・ザッカーバーグ、ジェフ・ベゾス、ニューラリンク、CTRLラボ、シンクロンなどが挙げられる。

現在の脳インプラントは、タングステン、シリコン、プラチナ・イリジウム合金、あるいはステンレス鋼など、さまざまな材料で作られています。将来の脳インプラントには、ナノスケールの炭素繊維（ナノチューブ）やポリカーボネートウレ​​タンといった、より特殊な材料が使用される可能性があります。ほぼすべてのインプラントは開頭手術を必要としますが、2019年にSynchron社は血管を介して脳とコンピューターのインターフェースを埋め込むことに成功しました。

脊髄損傷の治療法には、脳と脊髄の間に「デジタルブリッジ」を提供するインプラントの使用など、技術的な進歩が数多く見られます。2023年5月に学術誌「Nature」に掲載された研究では、スイスの研究者らが、12年間腰から下が麻痺していた40歳の男性が、歩行器の補助だけで立ち上がり、歩き、急な坂を登ることができるようになったインプラントについて報告しました。インプラント挿入から1年以上経っても、彼はこれらの能力を維持しており、インプラントの電源を切っても松葉杖で歩くことができました。^{[ 51 ]}インプラントを装着して歩くことで、従来のリハビリテーションよりも神経機能の回復が促進されたことが判明しました。^{[ 52 ]}

1870年、エドゥアルト・ヒツィヒとグスタフ・フリッチュは、犬の脳を電気刺激すると動きが生じることを実証した。 1874年には、ロバート・バーソロウが人間にも同様のことが当てはまることを示した。20世紀初頭には、フェードル・クラウスが脳外科手術を受けた患者を用いて、人間の脳領域を体系的にマッピングし始めた。

1950年代には著名な研究が行われた。ロバート・G・ヒースは精神病患者を対象に実験を行い、電気刺激によって被験者の気分に影響を与えることを目指した。^{[ 53 ]}

イェール大学の生理学者ホセ・デルガドは、電気刺激を用いて動物や人間の行動を限定的に制御できることを実証した。彼は、脳に埋め込んで電気刺激を送り、攻撃性や快感といった基本的な行動を変化させる装置である、スティモシーバー（経皮刺激装置）を発明した。

デルガドは後に『精神の物理的制御』というマインドコントロールに関する人気書籍を執筆し、その中で「いくつかの動物種における活動の遠隔制御の実現可能性は実証されている[...]この研究の究極の目的は、動物の方向制御に関わるメカニズムを理解し、人間への応用に適した実用的なシステムを提供することである」と述べている。

1950年代、CIAはMKULTRAなどのプログラムを通じて、マインドコントロール技術の研究にも資金を提供していた。デルガドは米国海軍研究局から研究資金の一部を受けていたためか、CIAからも支援を受けていたのではないかという憶測が（証明されていないものの）なされている。彼は2005年のサイエンティフィック・アメリカン誌の記事でこの主張を否定し、陰謀論者の憶測に過ぎないと述べている。彼は、自身の研究は脳の仕組みを理解するための、科学的な動機に基づいたものだったと述べている。

現在の研究は、麻痺患者が思考によって外部機器を操作できるようにすること、そしてこの集団における思考を文字に変換する能力を促進することに焦点を当てている。

2012年、先駆者であるリー・ホックバーグ医師（医学博士）が主導した画期的な研究がネイチャー誌に掲載され、四肢麻痺の2人がブレインゲート神経インターフェースシステムに接続することで、思考によってロボットアームを制御できることが実証されました。^{[ 54 ]} 2人の参加者は3次元空間で物体に手を伸ばして掴むことができ、1人の参加者は、約15年前に麻痺して以来初めて、このシステムを使って自分でコーヒーを淹れることができました。

2020年10月、2人の患者が、ステントロード脳コンピューターインターフェースを介して直接思考することで、 Windows 10を搭載したSurface Book 2をワイヤレスで制御し、テキストメッセージの送信、メールの送受信、買い物、銀行取引を行うことができた。^{[ 55 ]}これは、脳コンピューターインターフェースが患者の血管を介して埋め込まれた初めての事例であり、開頭手術の必要性をなくした。

提起された倫理的問題には、神経インプラントを受けるのに適した候補者は誰か、神経インプラントの適切な使用法と不適切な使用法は何かなどがある。深部脳刺激はパーキンソン病患者にとってますます日常的なものになりつつあるが、行動上の副作用が生じる可能性がある。文献の報告では、無気力、幻覚、強迫性ギャンブル、性欲亢進、認知機能障害、うつ病の可能性が述べられている。しかし、これらは一時的なものであり、刺激装置の適切な配置と調整に関連している可能性があり、潜在的に可逆的である。^{[ 56 ]}

レイ・カーツワイルやケビン・ウォーウィックといったトランスヒューマニストの中には、脳インプラントを人類の進歩と進化の次の段階と捉える者もいるが、特に生物保守主義者などは、インプラントは不自然であり、人類が本質的な人間性を失うものだと考えている。これは、他の形態の人間強化と同様に論争を巻き起こしている。例えば、インプラントによって人間は技術的にサイバネティック生物（サイボーグ）に変わってしまうという主張がある。また、すべての研究はヘルシンキ宣言を遵守することが求められる。さらに、インプラントを装着する人への情報提供や、ごくわずかな例外を除いてインプラントが任意であることなど、通常の法的義務が適用される。

その他の懸念事項としては、神経インプラントがハッキングされたり、悪用されたり、設計ミスがあったりする可能性があるため、神経インプラントがサイバー犯罪や侵入的な監視に対して脆弱であるという点が挙げられる。^{[ 57 ]}

サジャは「個人の私的な思考は保護することが重要だ」と述べ、政府や企業に保護を任せるのは良い考えではないと考えている。カルガリー大学の神経倫理学者ウォルター・グラノンは、 「マイクロチップが第三者によってハッキングされるリスクがある」とし、「これにより、ユーザーの行動意図が妨げられたり、チップから情報を抽出することでプライバシーが侵害されたりする可能性がある」と指摘している。^{[ 58 ]}

脳インプラントは現代文化の一部となっているが、それに関連する哲学的な言及は、ルネ・デカルトの時代まで遡ることができる。

デカルトは1641年の『省察』の中で、一見現実に見える経験すべてが、実は欺瞞を企む悪魔によって生み出されているのかどうかを見分けることは不可能だと主張した。デカルトの議論を現代風にアレンジしたのが「培養槽の中の脳」という思考実験である。これは、脳を体から切り離して栄養液の入った培養槽に入れ、すべてが正常であるかのような錯覚を生み出すように刺激できるコンピューターに接続した状態を想像するものである。^{[ 59 ]}

脳インプラントやマインドコントロールを扱ったSF作品は20世紀に広く普及し、しばしばディストピア的な視点から描かれました。1970年代の文学作品もこのテーマを掘り下げており、マイケル・クライトンの『ターミナル・マン』では、脳に損傷を受けた男が発作を防ぐために実験的な脳インプラント手術を受けますが、快楽のためにそれを悪用します。また、ラリー・ニーヴンのSF作品『既知宇宙』シリーズに登場するワイヤーヘッドもその一例です。

コンピュータとの通信に使用される脳インプラントを拡張知能の一形態として捉える、やや肯定的な見方は、アルギス・ブドリスの1976年の小説『ミカエルマス』に見られる。

政府や軍による技術の悪用への懸念は、初期の作品におけるテーマの一つである。1981年のBBCの連続ドラマ『ナイトメア・マン』では、ハイテク小型潜水艦のパイロットが脳インプラントを介して潜水艦と繋がっているが、インプラントを引き抜いた後、残忍な殺人鬼へと変貌する。

脳インプラントの世界を描いた最も影響力のある小説といえば、ウィリアム・ギブソンの1984年の小説『ニューロマンサー』だろう。これは後に「サイバーパンク」と呼ばれるジャンルの最初の作品となった。この小説は、傭兵たちが筋力、視力、記憶力などを強化するために脳インプラントを装着している世界を、コンピューターハッカーの視点から描いている。ギブソンは「マトリックス」という言葉を作り出し、頭部電極や直接インプラントによる「ジャックイン」の概念を導入した。また、脳インプラントの娯楽用途の可能性についても探求しており、例えば、体験を記録・再生する装置である「シムスティム」（シミュレーション刺激）などを紹介している。

ギブソンの作品は、脳インプラントに関する大衆文化における言及の爆発的な増加につながった。その影響は、例えば1989年のロールプレイングゲーム『シャドウラン』にも見られ、脳とコンピューターのインターフェースを表すのに彼の用語「データジャック」が用いられた。ギブソンの小説や短編に登場するインプラントは、1995年の映画『ジョニー・ニーモニック』、そして後の『マトリックス』三部作の原型となった。

インプラントや脳インプラントを題材にしたパルプフィクション作品には、小説シリーズ『タイパーズ』、映画『スパイダーマン2』、テレビシリーズ『アース：ファイナル・コンフリクト』、そして数多くのコンピュータゲームやビデオゲームなどがある。

• ギャップ・サイクル（ギャップ・イントゥ）：スティーブン・R・ドナルドソンの小説シリーズでは、「ゾーン・インプラント」技術の使用（および誤用）がいくつかの筋書きの鍵となっている。
• アニメ・漫画シリーズ『攻殻機動隊』：サイバーブレイン神経拡張技術が中心となる。高性能コンピューターのインプラントにより、記憶容量が大幅に増加し、完全な記憶想起が可能になるだけでなく、外部ビューイングデバイスで自身の記憶を閲覧できるようになる。また、他のサイバーブレインユーザーとテレパシーによる会話を開始することもできるが、サイバーブレインのハッキング、悪意のある記憶改変、主観的な現実や経験の意図的な歪曲といったデメリットも存在する。
• ラリー・ニーヴンとジェリー・パーネルの『忠誠の誓い』（1981年）では、ロサンゼルス周辺で暴動が発生したため、民間企業が高度な監視体制と封建的な社会を備えたアーコロジーを建設する。そのシステムは高度なコンピュータシステムであるMILLIEによって運営されており、一部の上級幹部はMILLIEと直接通信することができ、高価なインプラントを脳に埋め込むことでアーコロジーの仕組みを全知することができる。^{[ 60 ]}

• Berger, Theodore W.、Glanzman, Dennis L. 編 (2005).脳の代替部品に向けて：神経補綴としての生体模倣型埋め込み電子機器. マサチューセッツ州ケンブリッジ：MIT Press. ISBN 978-0262025775。

• 独占記事：生物学的脳を持つロボット｜新興技術トレンド｜ZDNet.com
• セオドア・バーガーのウェブサイト
• ホセ・デルガドに関するサイエンティフィック・アメリカンの記事
• ディスカバー誌に掲載された脳インプラントに関する記事
• ニューロテック・レポート誌に掲載された、神経・シリコンハイブリッドチップに関する記事
• 脳インプラントに使用されるパリレンCとアクリル系コンフォーマルコーティングの比較
• BrainGateのウェブサイト
• 世界中で脳インプラント手術が8万件以上増加中
• 脳インプラント
• アイソレイ
• コンピュータ科学百科事典
• IEE Explore