筋萎縮性側索硬化症(ALS)の患者の脳に電極を埋め込み、脳の活動を読み取って受け取った信号でカーソル制御などを行ない、タブレットで文章入力を行なうことに成功したとの論文が「The NEW ENGLAND JOURNAL of MEDICINE」に掲載された。

ALS患者は体のほとんどの筋肉を自発的に動かすことができない。著名な物理学者でALS患者のスティーブン・ホーキング博士は、ほほをわずかに動かすことができ、それを赤外線センサーで読み取ってコンピュータを操作し、文章入力を行なっている。

今回の患者は58歳の女性で、眼球やまぶた以外の筋肉を動かすことができない。この場合、カメラで目の動きを読み取り、同様にコンピュータを操作して文章の入力や意思の疎通を行なう人もいるが、日中の屋外では直射日光が強いため、目の動きをカメラで捉えられず、利用できない状況もある。

そこで、患者の負担が少なく、かつ自宅でも屋外でも手軽に利用できるコミュニケーションシステムの開発を目指し、脳に電極を埋め込み、脳の活動を読み取ることで、コンピュータを操作する試みがなされた。

患者は2015年10月に電極の取り付け手術を行ない、2016年6月までシステムの利用訓練や、システムの改善、利用に際して不快感がないかなどの調査が徹底的に行なわれた。

患者は、脳の電極のほか、信号増幅器と無線送信機を鎖骨の下に埋め込み、双方は延髄経由で信号線により接続された。また、胸の上にアンテナを取り付け、その信号はレシーバ経由でSurface Pro 4に入力される。皮質からの信号をうまく検出するには、バックグラウンドノイズを除去する必要があり、それには一定の演算処理能力が必要となるため、Surface Pro 4が選ばれた。これにより、患者が腕を動かそうと念じると、その信号が検出される。またALSにより運動野に問題が起きている可能性を考慮し、バックアップ用に、脳内で計算を行なうことで信号を検出する電極も埋め込まれている。

手術後、患者は右手を動かそうと念じることで運動野を活性化させ、画面上に表示されたカーソルを上に動かし、また腕をリラックスさせることでカーソルを下に動かす訓練を受けた。続いて、腕を1秒間動かそうと念じることで、「脳内クリック」することを覚え、画面上に表示された物の中から、特定の物を選ぶことができるようになった。そこから画面上に表示されたキーボードから文字を選択し、それに応じて入力予測ソフトが表示する単語の候補を選ぶことで、文章の入力ができるようになった。

訓練から197日で患者は自宅で研究者らの補助を受けることなく、文字入力ができるまでに至った。検証開始から168日目から262日目までに行なわれた文字入力では、精度は89±6%に到達。また、当初は1文字の入力に平均52秒かかっていたが、入力予測機能の補助により33秒にまで短縮された。

今回の研究、調査により、特別な補助なく家庭内でも使える脳-コンピュータインターフェイスの発展に1つの目処が立った。