新脳-コンピュータインターフェースで麻痺患者が思考だけでタブレット操作

• 新しい脳-コンピュータインターフェースで麻痺患者が市販電子デバイスと効果的に対話可能に
• カーソル移動とマウスクリックを考えるだけで各種アプリを使用可能
• 様々なアプリ使用中に1分間で22回の「ポイント・アンド・クリック」選択を実現

モバイルコンピューティングデバイスは普及し日常生活の不可欠な部分となりましたが、麻痺のある人々にとっては使いにくいものです。米国では500万人以上が日常活動の遂行能力を制限するさまざまなタイプの麻痺を抱えています。

ALSのような状態では、患者は最終的に周囲と効果的にコミュニケーションするすべての能力（音声を含む）を失う可能性があります。これまで、支援技術分野が大いに貢献してきました：麻痺した人々の機能的能力を継続的に改善し、汎用コンピュータと容易に対話できるようにしてきました。

最近、ブラウン大学の研究者たちが、麻痺した人々がタブレットデバイスをポイントアンドクリックを考えるだけで直接操作できる脳-コンピュータインターフェースを示しました。研究者たちは実験を行い、麻痺のある3人の参加者がオンラインショッピング、家族とのチャット、その他のタブレットアプリの使用ができることを示しました。

BrainGateインターフェースの仕組み

BrainGateコンソーシアムは、運動能力を傷害や病気で失った麻痺患者が、手を動かすことを考えるだけで電子デバイスを制御できるよう、神経工学と神経科学の改善に長年取り組んできました。

脳-コンピュータインターフェースは、運動野に配置された微小センサーを用いて神経活動を取得します。神経信号はデコードされ、外部機器へ送信されます。長年、科学者たちは同様の技術を用いて、障害者がロボットアームと手足を制御できるようにしてきました。

a) セットアップ概略図 b) 試験日124日のタスクタイムライン | 研究者提供

これまで、脳波ベースの脳-コンピュータインターフェースはスペリング、ゲーム、ペイント、ウェブブラウジングの制御を示してきましたが、市販スマートフォンやタブレットのような電子デバイスの一般的制御を提供できていませんでした。

参照: PLOS | doi:10.1371/journal.pone.0204566 | ブラウン大学

この実験では、インターフェースから抽出された神経信号が、ワイヤレスマウスとして動作するように設計されたBluetoothインターフェースに送信されました。このバーチャルマウスはNexus 9タブレットに接続され、3人の麻痺参加者に特定のタスクを実行してもらいました。

結果

4肢麻痺の3人の参加者が、皮質内脳-コンピュータインターフェースの一部として多電極アレイを運動野に装着し、タブレットデバイスを操作しました。うち2人はALS（随意筋を制御するニューロンの死を引き起こす進行性運動ニューロン疾患）でした。一方、3人目の参加者は脊髄損傷でした。

全参加者がミュージックストリーミング、チャット、メール、ソーシャルネットワーキングアプリなど複数のアプリをナビゲートできました。ニュースアグリゲーターをスクロールし、ストリーミングサービスをブラウズし、YouTubeでコンテンツを検索し、チャットとメールを作成しました。

研究者提供

様々なアプリを使用しながら1分間に22回の「ポイント・アンド・クリック」選択を実行しました。テキストアプリでは、テキストインターフェース経由で分速30文字の入力が可能でした。

マルチタッチ、ジェスチャー、クリック長押しのような高度なカーソル機能はこの研究では実装されませんでしたが、著者たちは全参加者がインターフェースを用いて自分の関心と趣味をいかに速く探求できたかを見て喜んでいました。

この研究は、深刻な神経疾患を持つ患者と医療提供者間のコミュニケーションへ新たな扉を開く可能性もあります。これにより患者と介護者間の相互作用と理解がさらに改善されるでしょう。