バイオテクノロジー
人間の能力を支援する技術：アンスロボット、有機トランジスタ、脳インプラントの2023年概観
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技術革新は、医療や支援機器、人間の能力を補う方法に新たな可能性をもたらしています。本稿は2023年の研究や実験を紹介する歴史的な概観です。原文が引用したヒューマン・オーグメンテーション市場の古い予測では、2022年の約1,430億ドルから2030年に6,459億ドルへ拡大すると見込まれていました。これは当時の市場予測であり、実績や現在の予測ではありません。
身体能力や認知機能を支援する技術は、SFだけの話ではありません。研究と投資から実用機器や試作品が生まれています。ただし、実験室の成果、臨床試験、日常診療での利用は異なる段階です。
それでは、本日取り上げる内容と、この分野で進行中の実験やイノベーションについて見ていきましょう！
ヒューマン・オーグメンテーションとは？
ヒューマン・オーグメンテーションとは、身体の能力や生産性を高めたり、失われた機能を補ったりする取り組みです。Human 2.0とも呼ばれ、外部の道具や身体に組み込む装置によって、精神的・身体的な活動を支援します。
スマートウォッチのような装着型機器や、スマートフォンのような手持ち機器は、通信や情報へのアクセスを拡張します。眼鏡、顕微鏡、高感度マイクも自然な能力を補う道具です。
この分野には、実用製品から初期研究まで、成熟度の異なる技術が含まれます。例えば次のようなものがあります。
- 遺伝子治療
- 脳―コンピュータ・インターフェース（BCI）
- 脳インプラント
- 3D バイオプリンティング
- オーガニックトランジスタ
- ロボット
- バーチャルエージェント
- 拡張現実（AR）
- サイバーウェア
AIも開発を後押ししています。義肢や支援ロボットでの応用が進む一方、完全にAIが制御するサイボーグという構想を、現在利用できる機器と同じ段階の技術と考えることはできません。
それでは、この産業に何が進行しているのか、そしてさまざまなイノベーションがどのように人間の能力向上に寄与しているのか、詳しく見ていきましょう。
人間の能力を支援する技術
科学技術の進歩によって、身体機能を補助・改善する多様な手段が生まれています。以下の例は、それぞれ実用化の段階や適用範囲が異なります。
ウェアラブル
ウェアラブル機器は身体活動とデジタルサービスを結び付けます。センサーで活動や健康に関連するデータを測定し、接続機器とのやり取りを容易にできます。情報の有用性は、センサー、ソフトウェア、利用条件によって変わります。
外骨格は、建設・製造業での身体的な補助や、理学療法でのリハビリに使われます。ABI Researchの2015年12月の古い予測は、2025年の市場を約18～19億ドルと見込んでいました。これは当時の予測であり、2025年の実績や2023年に新しく公表された推計ではありません。
スマートグラスもこの分野の一例です。Metaの2023年のRay-Ban製品は、写真・動画撮影、音楽、通話などに対応していました。スマートグラス、ARディスプレイ、VRヘッドセットは異なる製品群です。Netflix (NFLX )やAccuWeatherなどのアプリ対応は、個別の機器やプラットフォームによります。すべてのスマートグラスで利用できるという意味ではありません。カメラの搭載は脳との直接接続を意味せず、表示や案内機能も機種によって異なります。
Timekettleのような機器は会話の翻訳を助けますが、使用者自身が突然多言語を習得するわけではありません。手話を音声に変換するセンサーやアプリも研究されていますが、言語や文脈、学習データに応じて性能が変わります。
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有機トランジスタ
有機トランジスタは、一部材料の生体適合性、柔軟性、加工性からバイオセンシングへの応用が期待されています。活性層と検出対象物質の相互作用を、電気信号として読み取る設計があります。
開発には課題もあり、分子設計、有機半導体と生体受容体の組み合わせ、デバイ遮蔽の影響の低減などが研究されています。
一部の設計では、垂直チャネルによって高速化や高密度化を図ります。有機電気化学トランジスタ（OECT）は電解質のイオンによって高分子の導電性を変えます。正の電荷担体は正孔であり、電子は負の電荷を持ちます。
一方、タフツ大学のSilklab が作成した微小なシリコン・シルクのハイブリッドトランジスタは、生体や環境の変化に反応できます。絶縁層に使うシルクフィブロインは、表面に精密に堆積させたり、別の分子を加えて性質を変えたりできます。最初の呼吸センサーが検出したのは湿度変化です。心肺疾患や睡眠時無呼吸の診断は、さらなる改良と検証を要する将来の応用でした。
2023年7月には、コロンビア大学工学部の研究者も柔軟な有機バイオ電子回路を開発しました。髪の毛の約100分の1という説明は微細なトランジスタ構造に関するもので、インプラント全体の寸法ではありません。vIGT回路は自由に動くげっ歯類で脳信号を記録・送信しました。動作用の電力は外部から交流として無線供給され、自らエネルギーを作り出す装置ではありません。
アンスロボット（Anthrobots）
アンスロボットは人型ロボットではなく、成人の気管細胞から自己組織化する小さな生体構造です。2023年11月の研究では、遺伝子改変なしで作った約30～500マイクロメートルの集団が実験皿上を移動し、傷を付けた神経細胞層で成長を促しました。人の患者で治療効果が確認されたという意味ではありません。
この研究は、先行するカエル胚の細胞から作ったXenobots（ゼノボット）の研究に続くものです。ゼノボットと人のアンスロボットは別の構造です。ゼノボットでは通路の移動、物質収集、情報記録、損傷からの回復などが研究され、限られた実験条件で数世代の複製も示されました。アンスロボットは自己増殖しません。こうした研究は、細胞が組織や臓器を形成する仕組みと、将来の再生医療を理解する手掛かりになります。
ナノスケールのロボットや微小装置は、標的との相互作用や薬物送達などの研究対象です。人体内で一般的に免疫力を高めるナノボットが、確立した治療として使われているとするのは適切ではありません。
義肢
義肢は失われた機能や障害のある機能を補助できます。自然な四肢の動作を再現する機器もありますが、すべての機能や感覚が完全に戻るわけではありません。個人に合った設計が、日常動作や技能を要する活動を助けます。
例えば、震えや運動制限のある人向けのLiftwareの食事補助具や、指を失った人向けの義指があります。Naked Prostheticsは指や手の機能を補う個別設計の義肢を開発しています。食事補助具と身体の一部を代替する義肢は異なる種類の支援機器です。
3Dプリントを用いた工程では、残存する四肢をデジタルスキャナーで立体計測し、CADで個別設計を作成して、義肢ソケットの製造に利用できます。「足跡」を読み取るという意味ではありません。
脳インプラント
Neuralinkは2023年5月に初のヒト研究についてFDAの許可を得たと発表し、同年9月に募集を始めました。一般販売の承認ではなく、最初の埋め込みは2024年1月でした。Kernelは非侵襲的な脳計測を開発しています。非侵襲BCIを開発したNextMindは、2022年3月にSnapの傘下に入りました。
脳インプラントには異なる目的があります。一部の脳深部刺激装置は、特定のパーキンソン病患者などへの使用が承認されていますが、コンピューター操作用BCIなどは研究段階の場合があります。神経調節、義肢制御、脳活動計測を一つの治療の機能として同一視することはできません。
睡眠や記憶に対する刺激やニューロフィードバックも研究されています。一方、健康な人の記憶や情報保存能力を一般的に拡張する脳チップは、誰でも使える確立した機能ではなく、将来の構想です。
バイオプリンティング
バイオプリンティングは、細胞や生体材料で三次元の組織構造を作る技術です。TissueLabsは研究用の装置やバイオファブリケーション基盤を開発しており、移植可能な臓器全体の日常的な生産とは区別が必要です。2022年にはテキサス州で、患者自身の細胞を使った耳介の軟骨構造を臨床試験で移植しました。耳の全機能を印刷したことや、一般的な臓器移植として承認されたことを意味しません。
バイオインクを用いた押出し、レーザー支援、光を使うステレオリソグラフィーなどの方法が、組織構造や実験的な生体人工臓器の開発に使われます。
Altos LabsとCalicoは老化の生物学を研究しています。Altosの重点は細胞の若返りとリプログラミングです。iPS細胞に関連する研究は、完成して承認された若返り治療とは異なります。
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人工知能
AIは通信、金融、医療などで分析や作業を支援しています。Google DeepMindのAlphaFoldはタンパク質の三次元構造を予測し、生物学や創薬の研究を助けます。予測だけで実証済みの治療が得られるわけではありません。
神経信号を解析し、その結果に応じて刺激するシステムは、てんかんやパーキンソン病などで研究・利用されています。すべての閉ループ装置を高度なAIと同一視できません。健康な人の認知能力を一般的に高めることは、疾患別の治療目的とは別です。
AIアシスタントは行動や好みに応じて作業を補助できます。高齢者や障害のある人向けには、情報提供、通信、支援機器の操作などの用途が考えられます。機能は個々のシステムによります。
手術支援ロボットはカメラなどのセンサーと精密な器具操作によって外科医を支援します。AIとの統合も進められていますが、支援機能は、あらゆる手術を自律的に実行できるという実証ではありません。
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人間の能力を支援する研究機関と企業
大企業だけでなく、中小企業、スタートアップ、大学の研究チームも活動しています。2023年の文脈での例を紹介します。
1. BrainGate
BrainGateの臨床研究は、大学と病院による学術コンソーシアムが進めています。脳内の微小電極によって、麻痺のある参加者のコンピューターや支援機器の操作を研究しています。2021年には高帯域の無線送信機を人で使用する成果を発表しました。2023年のBrainGate2の発話研究では、ALSの参加者1人が話そうとした信号を毎分62語で解読しました。毎分約160語は自然な会話の比較基準であり、達成した速度ではありません。
2. Synchron
SynchronのStentrodeは血管内に配置するBCIで、重い麻痺のある人の通信やデジタル機器操作を研究しています。開頭手術を避けますが、血管から埋め込む侵襲的な医療処置は必要です。同社初のヒト埋め込みはオーストラリアで2019年、米国初は2022年7月でした。人類史上初のBCI埋め込みではありません。NIHなどの研究助成を、国防総省やDARPAによる株式投資と混同すべきではありません。
3. Emotiv
米国を拠点とする神経技術・バイオインフォマティクス企業Emotivは、装着型EEGヘッドセットと脳データの分析ツールを提供しています。研究や人とコンピューターのインターフェースなどに利用できます。共同創業者兼CEOのTan Leは、行動や認知パフォーマンスの分析を個別化した製品に活用する可能性を述べています。利用には同意やプライバシーへの配慮が重要です。
元の2023年の記事では、このほかGoogle、Raytheon、Apple (AAPL ) 、Microsoft (MSFT ) 、Meta、Samsung Electronics、Neurable、Vuzix Corporation (VUZI )、Blackrock Neurotech、Ekso Bionics、Magic Leap、B-Temia、Kernel、MindMaze、ReWalk Robotics、Second Sight Medicalも挙げられていました。これは当時の一覧であり、その後に名称や組織が変わる場合があります。
結論
人間の能力を補う技術には有用な可能性と、倫理・実務上の課題があります。不公平な競争、費用、アクセス格差、プライバシー、信頼性、安全性、AIへの依存などが含まれます。
人間は長年、自らの能力を改善しようとしてきました。この分野を評価する際は、利用可能な支援機器、初期研究、遠い将来の構想を区別する必要があります。広く利用するには、技術革新、確かな根拠、利用者の安全性の均衡が重要です。
