DARPA: 脳と機械のインターフェース、手術不要の未来への6つの道筋
米国国防高等研究計画局（DARPA）
OUTREACH@DARPA.MIL
5/20/2019
元記事はこちら。
ブレイン・マシン・インターフェースの外科手術不要の未来への6つの道
DARPAの次世代非外科的神経技術プログラムに選ばれたチームは、脳と通信するためのウェアラブルインターフェースの開発に向けて、さまざまなアプローチを追求する予定です。
次世代非外科的神経技術(N3)
DARPAは、2018年3月に初めて発表されたNext-Generation Nonsurgical Neurotechnology（N3）プログラムを支援するために、6つの組織に資金を授与しました。
バテル記念研究所、カーネギーメロン大学、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所、パロアルト研究所（PARC）、ライス大学、テレダイン科学は、健常者のサービスメンバーが使用するための高解像度・双方向のブレイン・マシン・インターフェースを開発する学際チームを率いています。これらのウェアラブルインターフェースは、最終的に、アクティブなサイバー防衛システムや無人航空機の群れの制御、あるいは複雑なミッション中にコンピュータシステムと連携してマルチタスクを行うなど、多様な国家安全保障のアプリケーションを実現することが可能です。
「DARPAは、無人システム、人工知能、サイバー作戦の組み合わせにより、現在の技術だけでは人間が効果的に管理するには短すぎるタイムラインで紛争が展開されるかもしれない未来に備えています」と、N3プログラムマネージャーのAl Emondiは述べています。"DARPAは、使用するために手術を必要としない、よりアクセス可能な脳と機械のインターフェースを作成することにより、ミッションの司令官が高速で展開するダイナミックな作戦に有意義に関与し続けることを可能にするツールを提供することができます "と述べています。
過去18年間、DARPAは、中枢神経系または末梢神経系とインターフェースするために外科的に埋め込まれた電極に依存する、ますます洗練された神経技術を実証してきました。DARPAは、義肢の神経制御とその使用者の触覚の回復、うつ病などの難治性の精神神経疾患の緩和、記憶の形成と想起の改善などの成果を実証しています。手術にはリスクが伴うため、これらの技術はこれまで臨床的な必要性のあるボランティアによる使用に限られていた。
主に健常者である軍人がニューロテクノロジーの恩恵を受けるには、非外科的なインターフェースが必要である。しかし、実は同様の技術は、臨床の場でも大きなメリットをもたらす可能性があります。手術の必要性を排除することで、N3システムは、神経学的疾患を管理するための脳深部刺激などの治療法を利用できる患者のプールを拡大しようとしているのです。
N3チームは、光学、音響、電磁気学を用いて、神経活動を記録したり、信号を高速かつ高解像度で脳に送り返したりするさまざまなアプローチを追求しています。研究は2つのトラックに分かれています。完全に身体の外側にある非侵襲的なインターフェースと、信号の分解能を高めるために一時的かつ非外科的に脳に送り込むことができるナノトランスデューサを含む微細な侵襲的インターフェースシステムのどちらかを研究しています。
1. バテルの研究チームは、
主任研究員のガウラブ・シャルマ博士の下、外部トランシーバーと、目的の神経細胞に非外科的に送達される電磁波ナノトランスデューサーの組み合わせによる低侵襲インターフェースシステムの開発を目指しています。ナノトランスデューサは、ニューロンからの電気信号を、外部トランシーバーが記録・処理できる磁気信号に変換し、その逆もまた可能で、双方向通信を可能にする。
2. カーネギーメロン大学のチームは、
主任研究員のPulkit Grover博士のもと、音響光学的アプローチで脳から記録し、干渉電界で特定の神経細胞に書き込む、完全に非侵襲的な装置の開発を目指しています。同チームは、超音波を使って脳への光の出入りを誘導し、神経活動を検出する予定です。同チームの書き込みアプローチは、電界に対するニューロンの非線形反応を利用し、特定の細胞タイプに局所的な刺激を与えることを可能にする。
3. ジョンズホプキンス大学応用物理学研究所の研究チームは、
主任研究者David Blodgett博士の下、脳から記録するための完全に非侵襲的なコヒレント光学システムの開発を目指している。このシステムは、神経活動に相関する神経組織の光路長変化を直接測定するものです。
4. PARCチームは、
主任研究者のクリシュナン・ティアガラジャン博士の下、脳に書き込むための完全に非侵襲的な音響磁気デバイスの開発を目指しています。超音波と磁場を組み合わせることで、局所的に電流を発生させ、神経調節を行うというものです。このハイブリッド・アプローチは、脳のより深い部分に局所的な神経調節を行う可能性があります。
5. ライス大学の研究チームは、
主任研究者のジェイコブ・ロビンソン博士の下、脳からの記録と脳への書き込みのための微細な侵襲性のある双方向システムの開発を目指しています。記録機能では、インターフェースに拡散光トモグラフィーを使用し、神経組織の光散乱を測定することで神経活動を推測する予定です。書き込み機能については、磁気遺伝学的アプローチにより、神経細胞が磁場に敏感に反応するようにする予定です。
6. テレダイン社の研究チームは、
主任研究員のPatrick Connolly博士の下、マイクロ光学励起磁力計を使用して、神経活動と相関する小さな局所磁場を検出する、完全に非侵襲的な統合デバイスの開発を目指しています。また、神経細胞への書き込みには集束超音波を使用する予定です。
このプログラムを通じて、
N3 の進捗状況について洞察を提供し、将来起こりうる軍事・民生分野のアプリケーションや技術の意味について検討することに同意した独立した法律・倫理専門家が提供する見識が、研究の利益となります。
さらに、連邦政府の規制当局もDARPAと協力し、研究が進むにつれて、人間が使用する際のクリアランスについてチームがよりよく理解できるように支援しています。研究の進展に伴い、これらの規制当局は、4年間のプログラムの最終段階でN3システムの人体実験を可能にするため、治験機器承認申請と治験薬申請を行うための戦略を指導することになります。
「N3が成功すれば、わずか数ミリの距離から脳と通信できるウェアラブル神経インターフェースシステムが完成し、神経技術が臨床の域を超え、国家安全保障に実用化されるでしょう」とエモンディ教授は述べています。「軍人が任務の準備のために防護服や戦術服を着るように、将来は神経インターフェースを含むヘッドセットを装着し、必要なときにその技術を使用し、任務が完了したらその道具を脇に置くかもしれません」。
プログラムスケジュールと測定基準の追加詳細は、2018年の広範な機関発表に掲載されています：https://go.usa.gov/xmK4s。
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