歴史的な科学的ブレークスルー：ALSが進行した患者は脳インプラントのおかげでコミュニケーションができた

完全に麻痺した男性は、「私は偉大な息子を愛している」というフレーズを読んだときに家族が興奮するように、初めて自分の気持ちを表現することができました。

患者は、神経疾患、筋萎縮性側索硬化症（ALS）の最終段階を経て、コミュニケーションが不可能である極端な孤立をもたらす。この状態の人は筋肉のコントロールを失い、コミュニケーションが不可能になる可能性があります。しかし、実験を行った研究者によると、脳からの信号を読み取る埋め込み装置の助けを借りて、この男性は文字を選択して文章を作成することができました。

ユトレヒト大学医療センターの脳とコンピューターのインターフェース研究者であるMariska Vansteenselは、「これが実現可能かどうか人々は本当に疑っています」と、この研究に参加しなかったと語った。ネイチャーコミュニケーション s。」新しい綴りシステムが完全にブロックされたすべての人々にとって信頼できるものであり、より効率的で手頃な価格にすることができれば、家族やケアチームとの再接続が可能になる可能性があります」とエセックス大学の神経エンジニア、ラインホールド・シェラーは付け加えました。

ALSは運動を制御する神経を破壊し、ほとんどの患者は診断から5年以内に死亡します。話せなくなった人は、アイトラッキングカメラを使用して画面上の文字を選択できます。病気の進行後期には、微妙な眼球運動で「はい」または「いいえ」の質問に答えることができます。しかし、人が寿命を延ばすと、目すら動けないため、聞くことはできるがコミュニケーションが取れなくなるまでに数か月または数年を費やす可能性があります。

2016年、Vansteenselのチームは、ALSを患っている女性が、手を動かそうとする試みを検出した脳インプラントで文章を綴ることができると報告しました。しかし、この人はまだ目と口の筋肉を最小限に制御していました。身体に対するすべての制御を失った脳が、意図した動きを一貫して伝え、有意義なコミュニケーションを可能にできるかどうかは明らかではありませんでした。

革命的なコミュニケーション

新しい研究に参加した患者、ALSの男性は現在36歳で、2018年にテュービンゲン大学（ドイツ）の研究チームと協力し始めましたが、まだ目を動かすことができました。彼はチームに、幼い息子を含む家族とのコミュニケーションを維持するために侵襲的なインプラントが欲しいと語った。彼の妻と妹は手術に書面で同意しました。

「この種の研究への同意には、倫理的な課題が伴います。この男性は、最後の眼球運動のコミュニケーション後の期間中、考えを変えたりオプトアウトしたりすることはできなかったでしょう」と、ワシントン大学シアトル校の神経科医で神経倫理学者のエラン・クライン博士は述べています。

研究者らは、動きを制御する脳の一部に、幅3.2ミリメートルの2組の正方形電極を挿入しました。「男性が手、足、頭、目を動かそうと頼まれたとき、神経信号は「はい」または「いいえ」の質問に答えるのに十分なほど一貫していませんでした」と、ドイツの非営利団体ALSの生物医学エンジニアで神経工学者のUjwal Chaudharyは述べています。ボイス。

3か月近くの努力が失敗した後、チームはニューロフィードバックをテストしました。ニューロフィードバックでは、成功しているかどうかのリアルタイム測定を取得しながら、脳の信号を修正しようとします。可聴音は、インプラント付近のニューロンの電気的発火が加速するにつれて高くなり、速度が低下するにつれて低くなった。

研究者は、参加者に任意の戦略を使用してそのトーンを変更するように依頼しました。初日にトーンを動かして、12日目までにターゲットトーンに合わせることができました。「耳に届く音楽みたいだった」とChaudharyは回想する。研究者らは、最も受容性の高いニューロンを探し、参加者の努力によって各ニューロンがどのように変化したかを判断することにより、システムを調整しました。

ピッチを高くまたは低く保つことで、男性は文字のグループに「はい」と「いいえ」を示し、次に個々の文字に示すことができます。このシステムで約3週間後、彼はわかりやすい文章を作成しました。これは、介護者に自分の立場を変えるように求めることです。翌年、彼は「グーラッシュスープとスイートピーのスープ」という細やかなペースで数十の文章を書きました。「Toolのアルバムを大声で聞きたい」「かっこいい息子が大好きだ」

彼は最終的にチームに、目を動かそうとしてトーンを変調したと説明しました。しかし、彼はいつも成功したとは限らなかった。調査で報告された135日のうち107日間のみ、80％の精度で一連のターゲットトーンを一致させることができ、その107日のうち44日間でのみわかりやすい文章を生成できました。

先日何が起こったのかを「推測することしかできない」。参加者は眠っていたか、単に気分が悪かったかもしれません。おそらく、脳からの信号が弱すぎたり、コンピュータのデコードシステムを最適に構成するには変動しすぎたため、毎日のキャリブレーションが必要でした。関連するニューロンは、電極の範囲に出入りした可能性があります」と、スイスのウィスバイオエンジニアリングおよびニューロエンジニアリングセンターの神経科学者であるジョナス・ジマーマンは言います。

それでも、オレゴン科学健康大学で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メラニー・フリード・オケンは言います。「すごくいい。しかし、カスタムシステムの設計、テスト、保守に何百時間も費やされたと彼は言います。私たちは、これを家族が購入できる支援技術の状態に変えるにはほど遠いです」と専門家は明らかにしました。

「このデモでは、倫理的な問題も提起されます。終末期ケアの好みについて話し合うことは、話すことができる人々にとって非常に難しいことです」とクラインは指摘します。「1日に3文しか話せない、これらのデバイスの1つで、非常に複雑な会話をすることができますか？ここにある単語やそこにある単語を誤解したくないのは間違いありません。」Zimmermann氏によると、研究チームは参加者のヘルスケアはインターフェースに依存してはならないと規定している。「スペラーの出力が『ファンの電源を切る』としたら、私たちはそれをしません。しかし、患者の希望を適切と解釈するのは家族の責任です」と彼は明らかにした。

Chaudhary財団は、ALSを患っている他の何人かの人々に同様のインプラントを提供するための資金を求めています。彼は、このシステムの最初の2年間で約50万ドルの費用がかかると見積もっています。一方、Zimmermann氏らは、皮膚に固定されるのではなく、磁石を介して頭に付着する信号処理デバイスを開発しており、感染のリスクがあります。

これまで、頭蓋骨の外側から信号を読み取るデバイスは、スペルを許可していませんでした。2017年、あるチームは、機能的近赤外分光法と呼ばれる非侵襲的技術を使用して、完全に密閉された参加者の脳の「はい」または「いいえ」の反応を 70% の精度で分類できることを発表しました（fNIR)。新しい研究の共著者であるChaudharyとテュービンゲン大学の神経科学者であるNielsBirbaumerは、このチームの一員でした。しかし、他の研究者はこの研究の統計分析に懸念を表明しています。2019年に2件の調査で不正行為が発見され、2つの文書が撤回されました。著者らは、不正行為の発見に異議を申し立てるために訴訟を起こした。fNIRSの研究に懐疑的だったSchererは、侵襲的デバイスの結果は「間違いなく強い」と述べています。

Wyss Centerの研究者はこの研究参加者と協力し続けていますが、彼の綴り能力は低下し、今ではほとんどイエスかノーの質問に答えています、とZimmermannは言います。

「インプラント周囲の瘢痕組織は、神経信号を遮るため、部分的に責任があります。認知要因も役割を果たす可能性があります。参加者の脳は、何年にもわたって環境に影響を与えることができなくなった後、デバイスを制御する能力を失っている可能性があります。しかし、研究チームは、デバイスを使い続ける限り、デバイスのメンテナンスに専念しています」とZimmermann氏は言います。「この大きな責任がある。私たちはそれを非常に認識しています」と彼は結論付けました。

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