新しい研究により、目の不自由な人が形や文字を見ることができるようになりました。

新しい研究により、目の不自由な人が形や文字を見ることができるようになりました。 健康

大脳皮質内の微小電極を利用した新しい脳インプラントにより、目の不自由な人が形や文字を見ることができるようになりました。

スペインのエルチェ・ミゲル・エルナンデス大学(UMH)の新しい研究によると、このマイクロデバイスを人間の脳に安全に埋め込むことができ、大脳皮質を直接刺激することで、これまでよりもはるかに高い解像度の視覚認識が得られることがわかりました。

細胞生物学のEduardo Fernández Jover教授が率いるUMHの生物医学工学グループは、この実験結果をJournal of Clinical Investigation誌に掲載しました。

2020年12月、まさにこの研究チームは、霊長類の視覚野を刺激することで同様の実験に成功しました。

その際には、1,000個以上の電極が付いたインプラントが使用され、動物たちは形や動き、文字を見ることができました。

ただし、動物は目が見えないわけではありませんでした。

「今回の研究では、それをもう少し進めています。私たちは、16年以上も完全に盲目であった人の脳に(微小電極を)埋め込んだのです。」と、バイオエンジニアリング、バイオマテリアル、ナノメディシンの生物医学研究センターネットワークのメンバーでもあるJover氏は言います。

57歳のボランティアの女性は、文字や一部の物体のシルエットまで識別できるようになりました。

この種の脳移植が全盲者に行われたのは今回が初めてで、Jover氏は、この結果は、全盲者や弱視・残視者の運動能力を向上させ、さらに野心的には周囲の環境を認識してそこでの方向性を決めることができる視覚神経人工器官の開発にとって、非常に心強いものであると説明しています。

しかし、UMHの研究者は、今回の研究結果やその他の研究結果は非常に有望であるものの、解決すべき問題がまだたくさんあることを付け加えています。

そのため、徐々にステップを踏んでいく必要があり、誤った期待を抱かないようにしなければなりません。

今のところ、これは進行中の研究です。

研究者たちは、6ヵ月間、ボランティアが文字やその位置、さまざまな物体の形を認識するために、さまざまな実験を行いました。

これらの実験を何度か行い、その人の視覚野の学習過程を観察し、変化の可能性を調べました。

埋め込まれたデバイスは、100個のマイクロ電極を持つ小さな3次元マトリックスで、脳細胞と双方向に通信し、電気信号を記録して脳を刺激します。

このデバイスは、幅4ミリ、長さ1.5ミリの電極を持つ非常に小さなものです。

この研究の結論の1つは、これが大脳皮質やインプラントの隣にある神経細胞の機能に影響を与えないということです。

UMHの研究者は、この新しい研究結果は、この種のマイクロデバイスの移植および摘出が、ヒトに対して安全な方法で行えることを示しており、大脳皮質を貫通するこれらの電極の電気刺激によって、安全かつ安定した方法で、これまでに達成されたものよりもはるかに高い解像度の視覚的知覚を誘発することができると説明しています。

さらに、Jover氏は、「このタイプの微小電極で視覚を誘導するために必要な電流量は、脳の表面に配置された電極で必要な電流量よりもはるかに少ないため、安全性が高いです。」と付け加えています。

このシステムには、人間の視覚システムの動作を模倣した人工網膜が含まれており、これを通常のメガネに装着します。

この人工網膜は、人の目の前の視野をとらえ、それを電気信号の流れに変換し、小さなマイクロ電極を介して視覚野のニューロンを刺激するように最適化されています。

「このおかげで、移植された人は、いくつかの複雑な刺激パターンを認識し、形や文字を正確に認識することができました。」とUMHの教授は説明します。

さらに、時間をかけた学習プロセスがあるので、適切なトレーニングを受ければ、異なるパターンを認識することが容易になります。

この学習プロセスを支援するために、研究者たちは、古典的な「パックマン」のバリエーションや、人気テレビアニメ「ザ・シンプソンズ」を題材にしたゲームなど、いくつかのビデオゲームを作成しました。

Proyecto Eduardo Fernández Jover

151331 JCI CMED RV 3 sd 538312

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この研究に関連して、Jover氏は、多くの視覚障害者にとって有用な治療法や補助器具がないため、視覚神経人工器官の開発は将来的に必要であると述べています。

例えば、網膜の変性疾患や重度の緑内障、光神経を傷つける病気が進行している患者さんは、一部の研究センターで開発されている最新の人工網膜の恩恵を受けることができません。

このような場合には、周囲からの情報を視覚を処理する脳の部分に直接送らなければなりません。

今回の研究結果は、予備的なものではありますが、これが可能であること、また、長年の全盲の状態でも、人間の脳は視覚情報を処理できることを示しています。

研究チームは現在、この実験に参加してくれる新たな全盲のボランティアを募集しています。

今後の研究では、より複雑な視覚イメージを再現するために、より多くの電極を同時に刺激できる、より高度なイメージコーディングシステムを使用したいと考えています。

Published by Asociacion RUVID. Eduardo Fernández et al, Visual percepts evoked with an Intracortical 96-channel microelectrode array inserted in human occipital cortex, Journal of Clinical Investigation (2021). DOI: 10.1172/JCI151331