脳から脳へと意思疎通する時代へ ― その方法とは

神経科学者のミゲル・ニコレリスを覚えているでしょうか ― 彼は脳で制御するエクソスケルトンを開発し、そのおかげで2014年のFIFAワールドカップで、全身まひの男性が大会最初のキックオフをすることができました。彼は今、何に取り組んでいるのでしょうか？２つの知能が（今のところはマウスやサルですが）脳から脳へとメッセージを送れるシステムを構築しているのです。彼の言葉を借りれば、「想像の限界を超える」ことになる実験を見逃さないよう、最後までご覧ください。

2014年の6月12日
ちょうど3時33分のことです

ブラジルのサンパウロで
ある穏やかな冬の午後―

典型的な南アメリカの冬の午後に

サッカーのゴールを決めたかのように
喜んでいる

この若者―

ジュリアーノ・ピント 29歳は
素晴らしいことを成し遂げました

彼は対麻痺（両下肢の麻痺）であり

胸より下はつま先まで
感覚が全くありません

これは彼が兄弟を失った
６年前の交通事故によるもので

ジュリアーノは脊髄を完全損傷して
車椅子の生活になってしまいました

しかし この時ジュリアーノは
６年間彼を見てきた人であれば

不可能だと思うようなことを
成し遂げたのです

ジュリアーノ・ピントは
考える力だけで

ここブラジルで行われた2014年の
サッカー・ワールドカップでの

オープニング・キックを行ったのです

彼は身体を動かすことはできませんが

ボールを蹴るのに必要な動きを
思い描くことはできます

損傷を受ける前はアスリートであった彼は
今はパラアスリートです

彼は数年後にはパラリンピックに
出場していることでしょう

脊髄損傷によって
ジュリアーノが失わなかったのは

夢を見る力です

そして彼はその午後
7万5千人の観衆のいるスタジアムで

何十億人もがテレビで見ている中で
夢を見たのです

そのキックは 30年に及ぶ
基礎研究が報われた瞬間でした

脳という 耳の間にある

この驚くべき宇宙の働きの研究です

脳は私たちの頭上に広がる
宇宙に比較されます

脳には1000億もの要素があり

電気信号で互いに
伝達し合っているからです

ジュリアーノが成し遂げたことには
研究室での研究に30年―

構想に15年かかりました

私がジョン・チェイピンと一緒に
15年前に論文で

ブレイン・マシン・インターフェースと
呼ばれるものを作り

脳を機械に接続して

動物や人間が
機械からどれほど離れていようと

やりたいことを想像するだけで

機械を動かせるようにすると
提案したとき

同僚たちは
精神科に診てもらった方がいいと

口を揃えました

それでも このスコットランド人と
このブラジル人は信じ続けました

私たちはそれぞれの国で
そのように育てられましたし

12～15年の間

これが可能であると
論証を重ねてきたからです

ブレイン・マシン・インターフェースは
ロケット科学ではありません

脳の研究です

運動の指令を出すために

脳が発する電気信号を読み取るのに

センサーを用いるだけです

この信号は脊髄に
ダウンロードする必要があるので

何百もの 現在では何千もの脳細胞を

同時に読み取ることのできる
センサーを取り付けました

こうした電気信号から

空間を動き回るために
脳が生成している

運動計画を抽出するのです

そうすることで それらの信号を
デジタル化された指令に変えて

機械や電子制御装置や
仮想デバイスも理解できるようにします

それにより 被験者は動きを想像して

デバイスは脳の指令に従うのです

こうしたデバイスに様々な種類の
センサーを装備することによって

これからご覧いただくように

脳にメッセージを送り返して

それがどこであれ 随意運動が
実行されたことを確認します

被験者のすぐ横であっても 一軒隣であっても
地球の反対側であってもです

このメッセージが脳に
フィードバックされると

脳は目標を実現したことになります
そう 動かすのです

これは数年前に発表した実験で

サルが身体を動かすことなく

アバターの腕の動かし方を
学んでいるところです

実際には存在しない仮想の腕です

聞こえているのは 仮想スペースで

見た目にはまったく同じ３つの円を
探っている

サルの脳の音です

サルが大好きなオレンジジュースの
ご褒美をもらうためには

サルは触れることでこれらの物体を

探らねばなりません

視覚によってではなく
触覚によってです

なぜならこの仮想の手が
物体のひとつに触れる度に

電気信号がサルの脳に送られ

この物体の表面の
細かい触り心地を伝えるため

サルはどれをつかんだらよいのかが
わかるのです

それができれば サルは筋肉ひとつ
動かさずにご褒美がもらえるのです

ブラジル流の完璧な昼食ですね

筋肉ひとつ動かさずに
オレンジジュースがもらえるのです

これを観察して

私たちは15年前に発表した
アイディアに再び戻ってきました

論文をよみがえらせたのです

引き出しから論文を引っ張り出して

麻痺になった人間に
ブレイン・マシン・インターフェースを用いて

再び動けるようにできるかもしれないと
提案したのです

これは もし自分がそうなったら―
というところから来ています

そして 誰にでも起こりうることなのです

お教えしましょう
これはとても急に起こります

交通事故による
たった１ミリ秒の衝突が

人生を全く変えてしまうのです

脊髄を完全損傷をすると

電気信号が筋肉に届かないため
動くことができません

しかし 電気信号は頭の中で
作られ続けます

対麻痺や四肢麻痺の患者は
毎晩動いている夢を見ます

頭の中ではそれができるのです

問題は いかにその信号を外に出して

動きを起こすかということです

私たちが提案したのは
「新しい身体を作ればいい」ということです

ロボットのベストを作ろうと考えました

そして これによってジュリアーノは
考えるだけでボールを蹴れたのです

彼は初の脳制御のロボットのベストを
着用していました

これによって対麻痺や
四肢麻痺の患者が動いたり

フィードバックを受けることができます

これは15年前の元のアイディアです

これからお見せするのは
25の国々の156人の人々が

美しい地球の
五大陸のあちこちから

彼らの生活や特許や

愛犬や妻や子供
学校や仕事をなげうって

ブラジルに集まり 18ヶ月かけて
これを成し遂げた様子です

なぜならワールドカップ開催地が
ブラジルに決まった数年後に

ブラジル政府が 開会式で有意義なことを

成し遂げたいと考えている
と聞いたからです

サッカーを大きく変え 完成させたこの国で―

もちろんドイツ人に出会うまでの話ですが

(笑)

でも それはまた別の話ですし

別の神経科学者に話してもらいましょう

ブラジルの目的は

まったく異なる一面を見せることでした

科学技術を重んじる国であり

脊髄損傷によって動くことのできない
世界中の2500万人の人々に

贈り物ができる国であることを
見せようとしていたのです

ブラジル政府からFIFAへと赴き
こう提案しました

「2014年のワールドカップのキックオフは

ブラジルの対麻痺の青年に
やってもらいましょう

脳制御のエクソスケルトンによって
ボールを蹴り

蹴った感触を味わえるのです」

FIFAの人たちは私たちを見て
頭がおかしいと思ったのでしょう

「いいでしょう やってみましょう」
と答えました

私たちは18ヶ月でゼロから
すべてをやらねばなりませんでした

エクソスケルトンもなければ
患者もいない

何も準備はできていなかったのです

これらの人々が集い

18ヶ月で８人の患者に
訓練に参加してもらい

これを１から作り上げました

ブラジル=サントス・デュモン１です

脳制御のエクソスケルトンの
第１号機は

ブラジルの最も高名な科学者

アルベルト・サントス・デュモン
に由来しています

彼は1901年10月19日に
初めての制御された飛行船を作り

パリで百万人の人々の前で
飛行してみせたのです

アメリカの友人には申し訳ないけれど―

私はノース・カロライナに住んでいますが―

これはライト兄弟が
ノース・カロライナの海岸で

飛行した２年も前のことなのです

(拍手)

飛行技術はブラジル産なのです
(笑)

私たちは彼らと一緒に

エクソスケルトンを作りました

可動域15度の水圧式機械で

脳波記録法と呼ばれる

非観血的に記録された
脳信号によって命令が下されます

患者は運動を思い描き

命令を制御装置
そしてモーターへと送り

遂行するのです

このエクソスケルトンは
人工皮膚で覆われています

これはミュンヘンにいる私のよき友人の
ゴードン・チェンによって作られたもので

動いている関節や
地面に触れている足の感覚が

患者にベストやシャツを通じて
伝わるようにするためです

微細振動を発生する
スマートシャツで

フィードバックを伝達して
患者の脳を欺いて

その感覚を感知しているのが
機械ではなく

再び歩き始めた患者自身なのだと
思わせるのです

私たちはこの開発を進め これは

私たちの患者の１人 ブルーノが
初めて歩いた様子です

これには数秒間かかります
というのも設定しているところで

ヘルメットの前方が
青く光るのが見えると思います

ブルーノが行おうとしている運動を
思い描くと

コンピュータがそれを分析して
ブルーノがそれを確認します

確認されると

デバイスはブルーノの脳の命令に従って
動き始めるのです

彼はちょうど確認して
歩き始めるところです

９年間動くことができなかった彼が

自らの足で歩いているのです

そして それ以上に―

(拍手)

歩いているだけでなく

彼は地面を感じてもいるのです

エクソ（スケルトン）のスピードが上がると

彼はサントスの砂の上を
歩いているのだと教えてくれます

事故に遭う前によく訪れた
ビーチ・リゾートだそうです

こうして脳はブルーノの頭の中に
新たな知覚を生み出しているのです

彼は歩き終えると―
すでに時間を超過していますが―

彼はこう言いました

「結婚するときには
これを貸してもらわなくちゃ

自分で牧師のところまで歩いていって

自分で花嫁を迎えに行きたいからね」

もちろん 必要なときは
いつでも使ってもらえます

これはワールドカップの時に
お見せしようと思ってできなかったものです

どういうわけか FIFAは放送を
半分の長さにしてしまったからです

これからご覧いただくのは
ジュリアーノ・ピントがエクソを着て

ピッチに向かう数分前に
蹴る動作を行い

観衆たちの前で実際の動作を
行った様子です

これからご覧になる光が
操作をあらわしています

点滅している青い光は
エクソの準備ができていることを示しています

思考を受信して
フィードバックを伝達し

ジュリアーノがボールを蹴ろうと
思ったときに

緑と黄色の２つの光が
ヘルメットから

脚の方へと流れ

これは頭で行われた命令が
エクソに伝えられて

実行されることを示しています

13秒で

ジュリアーノはやってのけました

命令が目に見えますね

彼は準備をして
ボールがセットされ 彼が蹴るのです

何より素晴らしいのは

蹴ってから10秒後に
ピッチにいる私たちを見上げて

彼は喜ぶ私たちに

「ボールの感触を感じた」と
教えてくれたのです

これは何にも代えがたいことです

(拍手)

ではこれからこの研究は
どこへ向かうのでしょう？

残りの２分間で

あなたがたの想像を
超えることをお伝えしましょう

脳制御技術はすでにあります

これが最新のものです
１年前に発表したもので

初めての脳から脳へと伝達する
インターフェースです

動物の２つの個体が
思考でメッセージを交換できます

一方の個体が環境から
何かを感じ取ると

いわば思考でSMS―
神経生理学的な信号を

もう一方の個体に送り

もう一方は環境が発する
メッセージを知ることなく

必要とされる動きができるのです

なぜならメッセージは
最初の個体の脳から送られているからです

これが１つ目のデモです

最新のものをお見せしたいので
少し急ぎますね

ここでは１匹目のマウスが

ケージの左側の光から
情報を受け

ご褒美をもらうために
ケージの左側を押すのがわかります

左へと移動していますね

同時に このマウスは
光を目にしていないもう１匹に

思考のメッセージを送っているのです

ですから もう１匹のマウスも
70%の確率で

網膜に光の刺激を受けることなく

左側に行って ご褒美をもらっています

私たちはこれを
もう少し高度なものにして

サルに脳のネットワークで
思考で共同作業させています

脳の活動を共有しあい

先ほどお見せした仮想の腕を
一緒に動かすのです

これは２匹のサルがはじめて
脳の活動を組み合わせ

脳を完璧に同調させて
仮想の腕を動かす様子です

１匹のサルはx軸を操作し

もう１匹はy軸を操作します

しかし ３匹のサルに共同作業させ

１匹にx軸とy軸を

もう１匹にy軸とz軸を

そして３匹目にx軸とz軸を操作させると
大変興味深いことが起こります

３匹一緒に3Dの腕を動かして

有名なブラジルのオレンジジュースを
手に入れるというゲームをプレイさせるのです

実際に一緒にやりとげることができます

黒い点は同時に平行して
働いている３匹の脳の

平均を表しています

これは生物コンピュータの定義で

脳の活動で交流し
運動目標を達成する様子です

今後はどのように展開するのでしょう？

それはわかりません

だってただの科学者ですからね

(笑)

私たちは給料をもらって
子供のように

限界を突き詰めて
そこにあるものを発見するだけのことです

わかっていることが１つだけあります

いつか 数十年後に

私たちの孫の世代は
考えるだけでネットサーフィンをしたり

目が不自由な自閉症の子供に
ある母親が視力をあげたり

脳から脳への伝達のおかげで
しゃべれるようになったりするはずです

あなた方の中には ある冬の午後
ブラジルのサッカー場で行われた

不可能なキックからすべてが始まったことを
覚えている人もいるかもしれません

ありがとうございました

(拍手)

ありがとう

ブルーノ・ジュッサーニ：ミゲル
時間内に収めてくれてありがとう

もう数分かけて 話してもらおうと思います

いくつか詳しく知りたい点もあるし

今後の展開を理解するには脳同士の
コミュニケーションが必要ですからね

少し整理してみましょう

私の理解が正しければ

１匹のサルは信号を受け取り

もう１匹のサルはその信号に
反応しているのですよね

１匹目が受け取って 神経学的信号を
発しているということですか？

ミゲル：それは少し違います

サルたちはサルが他に２匹いることを
知らないのです

彼らが視覚的に受けるフィードバックは
２次元なのですが

遂行するタスクは３次元の中です

腕を３次元で動かさなければならないのです

それぞれのサルは
ビデオ・スクリーンで自分が操作する

２次元しか見ていません

それを行うには

最低２匹のサルが脳を同調させる
必要がありますが

理想的には３匹必要です

これでわかるのは
１匹がついていけなくなると

他の２匹がよりよいパフォーマンスを見せ

１匹がついてこられるようにして

動的に調整するのです

それでも全体の同調性は同じです

ここでサルに教えることなく

それぞれの脳が操作する軸を切り替えると

たとえば x軸とy軸を操作していたサルが

今度はy軸とz軸を操作するとなると

即座に 動物の脳は
前のことを忘れて

新しい軸に集中し始めるのです

ここで言いたいのは
どんなチューリング・マシンも

どんなコンピュータも脳のネットワークが
行うことを予測できないということです

私たちは科学技術を
体の一部として吸収しても

科学技術が私たちを
吸収することはありません

単純に不可能なのです

ブルーノ：何回実験を行ったのですか？

失敗に対して 成功した回数は？

ミゲル：何十回も行いました

サル３匹でですか？
数回行いました

何回かやってみなければ
ここでお話しできませんから

時間を気にして 言い忘れましたが

ちょうど３週間前に
ヨーロッパの研究グループが

人間同士の脳から脳への
伝達を初めて実践しました

ブルーノ：それはどういうものですか？

ミゲル：情報が少しあります　大きなアイディアは
いつも小さいものから始まるものです

１人の被験者の脳の活動が

２人目の被験者に
非観血的技術で伝えられました

マウスのように被験者１は
視覚的なメッセージを受け取り

被験者２に伝達します

被験者２は視覚野に
磁気パルスか別のパルスの

２つの異なるパルスを受け取ります

１つのパルスは 被験者が
あるものを見たことを示し

もう１つは 別のものを見た
ということを示すものです

被験者２は被験者１が

大陸間のインターネットを通じて送った

メッセージを言葉で示すことができたそうです

ブルーノ：おお
そのような方向に進んでいるのですね

それは次のTEDカンファレンスで
話してもらいましょう

ミゲル・ニコレリスでした　ありがとう
ミゲル：ありがとう ブルーノ