超薄型インプラント型脳コンピュータインターフェースが記録を更新

世界中の大多数の人々は、スマートフォン、PC、タブレットを従来の画面とキーボードを使ったインターフェースで操作しています。しかし、こうした人間と機械のコミュニケーション手段は、今後数年で時代遅れになる可能性があります。なぜなら、一流機関のエンジニアチームが、複数の市場に革命を起こす可能性のある小型の埋め込み型BCIの開発に成功したからです。

彼らの発明は、無線トランシーバー、高度な電源システム、デジタル制御モジュール、データコンバータ、そして複数の追加コンポーネントを組み合わせることで、真の脳直接双方向通信を可能にしました。この開発は、将来、人間と機械の相互作用を根本から変える可能性のあるBCIにとって大きなマイルストーンとなります。そこで、知っておくべきことをご紹介します。

ブレイン・コンピューター・インターフェース（BCI）

脳コンピューターインターフェースは過去50年間で大きく進歩しました。これらのデバイスは、アルファ波を検出できる単純なセンサーから、脳の信号をリアルタイムで傍受・解読できる複雑なシステムへと進化しました。

BCI技術の発展は、医療分野における画期的な進歩を含む、いくつかの刺激的な発展への扉を開きました。具体的には、これらのデバイスは、てんかんや麻痺などの神経疾患を持つ人々の治療に有用であることが分かっています。そのため、科学者たちは現在、この技術を何百万人もの人々を助ける可能性を秘めた重要な分野と見ています。

今日の脳コンピュータインターフェース（BCI）の問題点

当然のことながら、外部デバイスを制御するために脳波を捕捉・解読するには、相当の技術的複雑さが求められます。この技術を阻んできた主な要因の一つは、その複雑さです。最近まで、AIシステムは脳波を正確に解読することができず、この作業は従来のコンピューティングシステムによって行われていました。

扱いにくいハードウェアが現在のBCIの限界に

技術がこれらの機能を実現し始めたにもかかわらず、装着者にとって大きく、不快で、実用的ではありませんでした。今日の最先端のシステムでは、電子機器の大部分を収容するために、大型の埋め込み型キャニスターが必要です。この収納部は頭蓋骨または胸部に埋め込む必要があり、後者の場合は追加のケーブルが必要になります。

今日のBCIがスケールしない理由

これらのデバイスの大量生産は、製造上の制約により不可能となっています。まず、これらのデバイスを大規模に製造するために必要なコストと精度が確保されていないことが挙げられます。さらに、現代の設計は大規模生産を想定して設計されておらず、大量生産を不可能にする製造方法と部品が採用されています。

脳コンピュータインターフェース研究：BISCインプラントの内部

コロンビア大学、ニューヨーク・プレスビテリアン病院、スタンフォード大学、ペンシルベニア大学のエンジニア チームは、これらの制限が BCI の真の可能性を実現する上での主な障害であることを認識し、これらの問題を修正して人間と機械の制御の新しい時代を切り開く取り組みを開始しました。

調査¹、題し 「65,536個の電極と1,024個のチャンネルを備えたワイヤレス硬膜下脳コンピューターインターフェース」Nature Electronics誌に掲載された論文は、このアプローチ全体を根本から見直しました。この成果は、従来のバージョンと比べて桁違いの性能向上を実現した比類のない性能を、超薄型でワイヤレスの小型神経インプラントから実現しました。

生物学的大脳皮質インターフェースシステム（BISC）

彼らの発明である「Biological Interface System to Cortex（BISC）」は、簡素化されたシングルチップの金属酸化膜半導体（CMOS）集積回路設計を特徴としています。厚さわずか50μm、面積3mm³という極めて小型で、現在の標準的なインプラントの1000分の1の体積、つまり人間の髪の毛の太さ程度です。

ソース - サイエンスデイリー

この薄型設計により、脳と頭蓋骨の間に直接配置することが可能です。この小型デバイスには、強力な演算能力を発揮する多くの先進技術が組み込まれています。この演算能力は、脳波を捉え、それを高度なAIシステムに送信するために不可欠です。

AIモデル

エンジニアたちは数十年にわたる神経学および脳波科学の知見に基づき、脳波を記録、送信、受信できる効果的なAIモデルを開発しました。このAIシステムは、動き、意図、知覚といった特定のタスクを解読できます。このタスクは、AIシステムと相互作用するように設計された専用ソフトウェアとセンサーを用いることで実現されます。

電極

真の脳接続を実現するために、BISCは微小脳波記録（µECoG）装置として動作します。このシステムは、65,536個の電極、1,024個の記録チャンネル、16,384個の刺激チャンネルを用いて、高帯域幅で脳波をリアルタイムに記録します。

記録はその後、高度なAIシステムに送られます。これらのシステムは機械学習と深層学習のアルゴリズムを組み合わせ、複雑な信号を解釈することを可能にします。注目すべきは、この研究が、共著者であるトリアス博士とビジャン・ペサラン氏による過去の計算神経科学およびシステム神経科学の研究に基づいている点です。

ワイヤレスリンク

患者が装着する中継ステーションは、埋め込み型デバイスとの高スループット通信を可能にします。埋め込み型デバイスは脳に直接通信し、その信号を中継ステーションに送信します。ウェアラブル中継ステーションは、約100Mbpsに達する独自の超広帯域（UWB）無線リンクを介してインプラントと通信し、外部からは標準的な802.11 Wi-Fiデバイスとして認識されます。

脳コンピュータインターフェースの構築方法

BISCインプラントは、入手しやすい機械とツールを用いて製造されたため、大規模生産が可能になりました。具体的には、このデバイスはTSMCの0.13μmバイポーラCMOS-DMOS（BCD）技術を活用しています。このアプローチにより、複数の半導体技術を1つのチップに統合してミックスドシグナル集積回路（IC）を製造することで、デバイスのサイズとフォームファクタを縮小することができました。

この戦略の利点は、システムがCMOSロジックと高電圧アナログ機能から直接ロジックを入力できることです。さらに、DMOSトランジスタを使用することで、デバイスはより高い効率で動作できます。

脳コンピュータインターフェーステスト

研究チームはデモデバイスを製作し、理論を検証するために複数の試験を実施しました。試験段階の外科的側面を遂行するために、チームはニューヨーク・プレスビテリアン／コロンビア大学アービング医療センターのヤンガーマン氏と提携しました。彼らは協力して、実際の外科手術環境でデバイスを試験できる、安全かつ低侵襲な移植戦略を開発しました。

この処置は、小さな切開を加え、装置を脳と頭蓋骨の天井の間に滑り込ませるというものでした。柔軟で紙のように薄い設計により、従来の方法よりもはるかに容易に処置できました。さらに、脳を貫通する部品やワイヤーがないため、より安全な処置となりました。

脳コンピュータインターフェーステストの結果

テストでは、脳から直接高速記録をキャプチャできるというシステムの真の能力が示されました。安定したパフォーマンスを示し、即座に悪影響のある組織反応は見られなかったため、長期的なインプラントが必要な医療現場での使用に最適です。

BISC 脳コンピュータインターフェースの利点

スワイプしてスクロール→

現実世界のBCIアプリケーションとタイムライン

脳インターフェース・コンピュータには様々な用途があります。このデバイスは、衰弱性神経疾患に苦しむ何百万人もの人々の生活を改善するのに役立つでしょう。てんかん、麻痺、発作、運動能力の低下、言語障害、失明といった疾患に、突如新たな治療選択肢がもたらされるかもしれません。

この技術は、四肢切断により義肢を必要とする人々も支援します。このシステムはシームレスなコミュニケーションを可能にし、装着者にリアルタイムのフィードバックを提供することも可能であり、より充実した治療を実現します。

タイムライン

この製品は今後5年以内に医療分野に進出する可能性があります。先行企業とは異なり、このグループはすでに臨床試験を加速させており、ヒト患者を対象とした短期の術中試験を既に実施しています。そのため、この技術に関するさらなるブレークスルーが期待されます。

脳コンピュータインターフェース研究者

BISCの研究は、名門機関の様々な側面を融合させています。具体的には、コロンビア大学のマイクロエレクトロニクスの専門知識、ペンシルベニア大学、スタンフォード大学の神経科学プログラムを活用しています。さらに、ニューヨーク・プレスビテリアン／コロンビア大学アービング医療センターの外科技術も活用しています。研究チームは、国立衛生研究所（NIH）の助成金と国防高等研究計画局（DARPA）の神経工学システム設計プログラムから資金を確保しました。この資金により、研究を迅速に進め、結果を検証することができました。

超薄型脳コンピュータインターフェースの未来

この技術の未来は明るい。エンジニアたちは既にAIモデルの有効性をさらに高め、完全な人体実験を実施することに関心を示している。さらに、チームはプロジェクトの資金調達とデバイス製造のための産業契約獲得のため、パートナーシップを模索していく予定だ。

脳コンピュータインターフェース | 結論

脳コンピュータインターフェース（BCI）研究は、コンピューターが思考だけで制御されるSF的な未来への扉を開きます。これらのデバイスは、まず医療機器として一般向けに普及するでしょう。しかし、唇を動かさずにスマートフォンと深い会話ができる日もそう遠くないでしょう。

このBCIデバイスについてどう思いますか？着用してみたいと思いますか？この記事に「いいね！」、コメント、シェアをして、クリックしてください。 こちら 他のクールなコンピュータ技術について学ぶため。

脳コンピュータインターフェース開発への投資

BCI分野には多くの企業が参入しており、脳が重労働を担う未来を思い描いています。BCIを専門とするスタートアップ企業は未上場の場合が多いですが、投資家は、これらのデバイスの埋め込みに必要な重要な外科的インフラを提供する、確立された医療技術企業に目を向けることができます。ここに、次世代の脳インターフェースに必要な複雑な脳神経外科手術を可能にする企業をご紹介します。

インテグラ ライフサイエンス

インテグラ・ライフサイエンスは1989年に市場に参入しました。創業者のリチャード・カルーソは、神経疾患治療へのアクセスを拡大したいと考えていました。このアプローチは、効果的な治療法と投資家の好意的な反応の組み合わせにより、大きな支持を得ました。そして、インテグラ・ライフサイエンスは1995年に株式を公開しました。

2007年、同社はパーキンソン病などの運動障害の手術計画に使用されるOmniSight EXcelシステム向けの脳マッピングソフトウェアモジュール「NeuroSight Arc」のアップグレード版をリリースしました。その後、同社は脳神経外科製品のポートフォリオを拡大し続けました。2017年には、ジョンソン・エンド・ジョンソンからCodman Neurosurgeryを10億4,500万ドルで買収しました。

この戦略により、同社のリーチは拡大し、より高度な製品を提供できるようになりました。医療技術分野への参入を希望する方は、インテグラ・ライフサイエンスについてさらに詳しく調査することをお勧めします。

Integra Lifesciences（IART）の最新の株価ニュースとパフォーマンス

参考情報

^{1. Jung、T.、Zeng、N.、Fabbri、JD ら 65,536 個の電極と 1,024 個のチャネルを備えたワイヤレスの硬膜下脳コンピューター インターフェイス。 ナットエレクトロン とします。 https://doi.org/10.1038/s41928-025-01509-9}