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特集

日本バーチャルリアリティ学会誌第 16 巻 1 号 2011 年 3 月

心と脳，リアリティと身体特集 ■ 心と脳，リアリティと身体

攻殻機動隊の世界は可能か？

藤井直敬

理化学研究所

FUJII NAOTAKA

1．はじめにに入れられた主人公は，いきなりアバターを自在に動Brain Machine Interface 技術，略して BMI 技術を一言かすことに成功する．これには周りの科学者もビックで言うなら，脳とコンピューターをつなぐ双方向の情リで，エイリアンで有名なシガニー・ウィーバー演ず

報伝達技術と言っていいだろう．

る科学者は計画の成功を確信する．その後のストーリー「そんなことは出来るはずがない」と思うヒトも多は，本稿の趣旨とは異なるので割愛する．

いかもしれないが，SF の世界ではまったく当たり前の同じような技術を用いた映画にサロゲートがある．サ

技術なので，間違いなく時間はかかっても，いずれはロゲートは，近未来の地球上での話だが，人びとがサロ社会に実装される技術に違いない．なぜなら，これまゲートと呼ばれるアンドロイドを操作して，自分自身はでヒトが考えた技術はたいてい実現しているのだから．

自宅にいながら，あらゆる仕事やコミュニケーションを，自動車しかり，飛行機しかり，宇宙船しかり．

アンドロイドを介して行う世界が描かれている．

実際，BMI 技術の開発は，もはや夢物語などではなく，どちらの映画も，自分自身は一カ所に留まり，自分

すでに 1990 年代後半から基礎研究が始まり，さらに数とは異なる場所にある別の人工的な身体を，まるで自年前からはヒトを対象とした臨床治験も実際に始まっ分の一部のように動かすことがポイントである．

ている．しかし開発のステージは，まだまだ基礎研究

しかし，BMI 技術を語る上で外せないのは，なんとの範囲に留まっている．そのため，BMI 技術が今後どいっても「攻殻機動隊」だろう．士郎正宗原作の攻殻機のような形で社会に実装されるのかはまだ具体的に見動隊の独特の世界感は，国内のみならず世界中で高く評えていない．それは，技術自体がまだまだ未熟である

価されている．攻殻機動隊は，アバターやサロゲートとというのが大きな理由の一つだが，一方でそれにまつ違い，脳以外の自分自身の身体は義体と呼ばれる人工的

わる様々な倫理的な問題も解決されなければならないな身体に置き換えることが可能になっている．そこでは，からである．

「ナノマシン」技術を用いて脳を「電脳化」することによっ

SF や映画等のフィクションの中で使われている BMIて外部と脳を双方向につなぎ，人工的デバイスを自分の技術は様々で，例えばジェームスキャメロンの「アバ一部のように使用可能にする．身体を義体に置き換えるター」では，観客には殆ど何の説明も無く，BMI 技術

割合はヒトそれぞれだが，全身を義体に置き換える時，が当たり前のように用いられている．この映画では，

脳は「脳殻」とよばれるシェルの中に入れられる．つまある惑星への侵略の際，車いすに乗る主人公が，BMIり，脳殻を別の義体に入れる事で，別の身体を持つ事が技術を用いて離れた場所にいるナビィ族（現地住民）可能になるのだ．もちろん，その技術によって，アバターの姿形をしたアバターを自由に動かすことでストーやサロゲートのように，離れた所にある義体をリモートリーが進展する．

で動かす事も可能である．

そこまで進んだ技術があるなら，なぜ車いすに乗ら

攻殻機動隊は，技術そのものも興味深いのだが，そないといけないのかは分からないが，とにかく主人公の技術の進歩に伴ってヒトと社会がどのように変化すの兄の脳に最適化された BMI 装置の中に，兄の代わりるのかという点においても，非常に面白い思考実験を8

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心と脳，リアリティと身体JVRSJ Vol.16 No.1 March, 20119

私たちに見せてくれる．さらに，その後に作られた「RDはないだろうか．脳波の他には fMRI もしくは NIRS と潜脳調査室」という攻殻機動隊と同じプロダクション呼ばれる機能イメージングという方法がよく使われて

I.G. が製作したアニメでは，そのあたりについての考いる．

察が中心となっていて非常に興味深いので，興味のあ

脳波が記録対象にするのは，頭部皮膚に貼り付けたる方には一見をお勧めする．

電極を用いて記録される皮膚局所の電位の変化だ．こ

それでは，これらのフィクションで使われているの電位の変化が脳波と呼ばれるのは，脳を守る何層にBMI 技術の開発が，どこまで進んでおり，アバターやも渡るバリアを通じて漏れ出て来た，脳内部の脳活動

攻殻機動隊のような電脳世界が本当に可能なのかを検を反映していると考えられているからである．

証してみることにする．

ところが，脳波信号は皮膚表面の電位差を測っているので，脳以外で発生する電気的な変化の影響も強く

2．まもられている脳受けてしまう．おそらく，皆さんはあまり実感したこ

ヒトである以上，誰もが脳を一つずつ持っている．

とは無いかもしれないが，ヒトの体は様々な電気的な

それでは，この脳がどのように守られているか知って

変化に満ちている．

いるだろうか．脳は頭蓋骨の中に収まっているが，頭脳の内部はニューロンが電気的なパルスを伝達する蓋骨以外のどのような組織が脳を守っているのだろう．

ことによって情報処理が行われているし，脳からの指

まず，脳を守っている一番外側は髪の毛と頭皮だ．

令は，やはり電気的な信号として神経を通じて筋肉に

その下には，筋肉，骨膜，頭蓋骨があり，さらにその伝えられる．そして，少しでも筋肉の収縮が起きれば，下に硬膜，くも膜，軟膜と続いてようやく脳に至る．

筋肉から筋電図と呼ばれる電気的な変化が周辺に広がつまり脳へ到達するには何層にも渡るバリアを通り抜る．つまり，わたしたちは，ある意味で電気仕掛けのけなければいけないのである．逆に，脳の中にある情人形なのであり，体中のあらゆる所に大小様々な大き報を外部に出力するには，それらのバリアを突破しなさの発電所を持っているのである．

ければならないことになる．ヒトの場合は，皮膚表面

電気信号というのは，発生源からの距離が離れればから脳表面までの距離は 2−3 センチ程度の距離があ離れる程弱くなっていくので，頭の皮膚から脳波を記る．一方，ニホンザルだとその半分位の距離である．

録するとしたら，足を多少動かした位ではあまり大きつまり，脳と外部の人工的デバイスが情報をやり取りな影響は受けない．しかし，眼球周りの筋肉（片目で 6するということは，見えない壁の向こうを透視したり，本，両眼で合計 12 本）や，顎や顔面の筋肉などは，小ガラス瓶の中のコインを触らずに動かしたりするのとさな筋肉ではあっても，場所が脳波を計測する電極に同じ難しさがあるのである．

近いため，脳からの信号と混ざり脳波信号に強い影響

当然ながら，（サイキック的な何かという意味で）脳を与える．これらの脳以外の電気的な信号の混入は脳内の情報を外部に直接出力する術や，直接外部の情報

波の計測にとって極めて大きな問題となっていて，そを読み取る術を，僕たちの脳は（おそらく）持っていの根本的な解決方法はまだない．特に安価な装置で素ない．すなわち，それらの何層にもわたるバリアが持つ，人が記録する脳波は，その殆どが筋活動由来の筋電図

生物学的かつ進化的な意義は，もっぱら脳を外部の衝だと言って良いだろう．つまり脳波は，記録中の被験撃から守るということにあると言って良いに違い無い．

者の行動を専門家の指導下できちんとコントロールし

つまり，BMI 技術が目指している，脳の外側から脳

ないとうまく記録出来ないものなのである．

の中身を観察したり，脳に向かって直接何かを語りか一方の機能イメージングは，脳の中で起きている代けたりすることは，簡単ではないのである．何故なら，

謝を計測する方法である．代謝というと分かりにくい

大抵の生き物の脳はそういう風に出来ていないから．

が，脳の中で消費されるエネルギー量だと考えれば良いだろう．例えば，脳の一部が，ある行動を行った時

3．脳を傷つけないで情報を取り出すに普段より余計に働くとする．すると，その部位では

それでは，いくつものバリアで守られ，しかも外部

普段より多くのエネルギーが消費されるので，その部に対して直接的な情報伝達手段を持たない脳と，情報位へのエネルギーの供給を増やさないといけない．こをやり取りするにはどうやればいいのだろうか．

のエネルギー供給の増減を磁気や近赤外線を使って記録するのが，fMRI であり NIRS なのだといえる．

おそらく誰もが真っ先に思い浮かべる方法は脳波で

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つまり，機能イメージングは，脳活動に由来する電BMI への応用には問題が少なくない．最大の問題は，気信号を直接記録しているのではなく，原理的にその脳の活動と機能イメージングで記録される情報に時差結果を見ている事になる．そのため，脳活動の変化とがあること．その時差は最短 1−2 秒程度で，さらに脳機能イメージングが計測するデータの変化の間にはどの変化が 10 秒以上続く変化として観察される．そのたうしても時差が生じる．

め，機能イメージングは時差だけでなくキレも悪く，

これらの脳機能計測方法は，外科的処置を一切必要

リアルタイム制御にはあまり向いているとは言えない．

としないために，非侵襲的計測手法と呼ばれている．

例えば誰かにぶつかりそうになって，それを避けよう

非侵襲的手法は，誰に対してでも簡単に使う事が出来としても，実際にアバターが反応するのが 10 秒後なのるというメリットに対して，上記で示したいくつかのでは，全く使い物にならないのは明らかだ．

理由から，どうしても信号の質が十分ではないのが悩

つまり，現状における非侵襲的手法は，リアルタイ

み．それは，すなわち取り出せる情報量に限度がある

ム性を持たない範囲に限ればある程度有効だが，アバ事を意味している．

ターや義体を動かすというような，膨大な情報量をリ

それでは，これらの計測方法を実際に BMI に使うとアルタイムでやり取りしなければならない種類の BMIしたらどうなるだろうか．

技術には原理的に向いていないことになる．
もし，現在の非侵襲記録技術を究極まで発展させた

4．非侵襲的 BMI 技術としても，その未来には，わたしたちが想像するような，SF やアニメで BMI 技術が語られる時に，外科手術がアバターや義体を自由に動かす種類の BMI 技術は残念必要だという話をはっきりと出しているものはあまりながら無いだろう．もし，非侵襲 BMI 技術でそれを実ない．その中では，手術やリハビリも含めて語る攻殻

現するなら，これまでに無い，全く新しい原理で脳内機動隊は例外的と言えるだろう．それ以外の大抵の場現象を記録出来る方法を開発する以外にないのである．

合では，どうやって脳から信号を取り出しているのか
5．脳を直接覗き込むの方法をはっきり示す事無く，方法は曖昧なまま，いきなり脳波の電極のようなものを頭にかぶって機械をそれでは，アバターや義体を動かすために，脳と外操作することが多い．

部を，太い情報パイプでつなぐにはどうすれば良いの

そういうシーンをぼんやり見ていると，まるで脳波だろうか．一番手っ取り早い方法は，皮膚も骨も硬膜や機能イメージングを使う事で高度なリアルタイム制も記録に邪魔な組織を全部切り開いて，脳を直接観察御が可能なように見える．しかし，リアルタイム性がすることである．これが，実のところ一番効率が良い要求される BMI 技術には，現状利用可能なそれらの非のは明らかだ．なぜなら，途中の邪魔するものが全く

侵襲的手法はおそらく使う事が出来ない．

ないので，脳から記録する信号に余計なノイズが入りまず，脳波は実際に脳の中で起きている脳活動と観込みにくいから．また，直接脳内部の電気的な変化を測される電位変化の間に時間差はないものの，あまり見ることができるため，リアルタイムの情報処理にもにノイズ成分が多すぎるのが問題．目玉ひとつ動かす

向いている．

だけで盛大なノイズが発生する脳波は，明らかに情報

このような，外科手術を必要とする方法は，非侵襲量が十分とは言えない．

的手法と比較して侵襲的手法と呼ばれているが，国内

実際に脳波を用いた BMI 技術では，同時に読み取れの BMI 研究では一種タブー視されている．その理由はる情報量はせいぜい 2 ビット程度，つまり上下左右の簡単で，侵襲型 BMI で行われる外科的手術に伴うリス動きの区別が出来る程度．しかもその情報を得る為にクを相殺できるだけのメリットを，わたしたち研究者

数秒必要であったりすることが多く，実際の情報量はがまだ提供出来ていないからだ．

1bit/sec(bps) 以下であることが殆どである．そのような侵襲的手法に伴うリスクとは何か．それは，外科的低い情報量で，現実に存在するリアルなアバターを動アプローチに伴って発生するあらゆるリスクである．

かす事は間違いなく不可能だ．もし，動かす事が出来

例えば，麻酔をかける，皮膚を切開する，頭蓋骨を切たとしても，目が光ってガーガー言いながらまっすぐ

り開く，そういうあらゆる外科的操作にリスクは隠れ進むブリキのロボット以上のものは無理に違いない．

ている．常に，何が起きてもおかしくないというのが，同じように，機能イメージングも，リアルタイム

外科手術の真実．これは，どんな簡単な操作を行って

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も，それを原因としてヒトが死ぬ可能性があるという

また，BMI 技術が目指すのが，命を救う事ではなく，事．つまり，普段健康診断で行う採血や，虫歯を抜歯

生活の質を改善するという事にあることも医療関係者するだけでショックを起こして心停止が起きても不思が一歩踏み出す事のできない理由である．死ぬか生き議はないのである．

るかの境目では，ハイリスクの処置を行う理由がある

それでは，世間で日常的に行われている外科手術は，が，生死に関して落ち着いた状態の患者に，あえてリ

なぜ普通に行われているのか．それは，外科手術からスクのある処置を行う事が許されるのかという疑問を得られるメリットが，合併症などのデメリットを上回っ

押し切るのは大変な事なのである．

ているからだ．もし，指に刺さったトゲを抜いた 10 人

それでは，そのような倫理的側面を抱える侵襲的のうち 5 人が死んでしまうとしたら，トゲを抜くのもBMI 技術の現状について説明してみよう．侵襲的 BMI

命がけになるし，多少痛くてもトゲは放っておこうと技術は，大別して脳へ直接情報を与える方法と，脳か思うヒトも出てくるだろう．しかし，トゲの痛みが激ら情報を読み取る方法の二つがある．

烈で，眠る事も出来ず，死ぬような痛みが一生続くの6．脳へ情報を与えるだとしたら，50％の致死率を知った上で手術を選択する事も十分あり得る．

まず，脳へ直接情報を与えると言う意味はどういうトゲの例は単なるたとえだが，実際の眼科疾患で急性意味かを考えてみよう．ここでのキーワードは，「直接」の狭隅角緑内障発作という病気がある．わたしたちの眼である．

球内部は硝子体と眼房水というものでみたされており，「直接」がキーワードになる理由は，脳に向かって間

房水が適切に眼球外部と循環することで適切な圧に保た接的に情報を与える事が比較的簡単だからだ．誰もが，れている．もし，眼圧がその範囲内であれば何の問題も世界を見て，聞いて，感じている．そういう持って生ない．しかし，急性の緑内障発作では房水が出口を失い，まれた五感を通じた情報伝達は，脳にとって自然な情

眼球内部の圧力が異常に高まってしまう．その眼圧の上報経路だと言えるだろう．ここで言う間接的な情報伝

昇は患者に激しい痛みを与えるが，眼圧を下げるあらゆ達というのは，目や耳，鼻のように，身体に埋め込まる処置に反応が見られない場合，眼球そのものを切除，れている生得的なセンサーを使って情報を獲得するこ摘出するという治療が行われる事もある．健康なヒトのとと同じ意味である．

眼球を切除する事は常識では考えらないが，その他に痛一方，直接的な情報伝達とはどのようなものだろう

みを取り除く方法が無ければ，緊急の治療として患者同か．直接的な情報伝達とは，簡単に言うなら，五感に意の上で許されるのである．

頼らない，脳へ直接「意味」を伝える方法の事を指す．

つまり，ヒトに対する侵襲的外科操作は，操作に伴

それでは「意味」とは何か．それは，私たちが五感をう患者が享受する利益と不利益のバランスに応じて選通じて感じ，様々な情報処理を脳内で行い，その結果択される．もちろん，そこには倫理的な問題も絡むため，として最終的に意識上にのぼってくる抽象的な情報の医者と患者の間の同意だけでは済まない点も多く，そ事である．

んなに単純ではない．しかし現実の医療現場では，社

まさに，その誰とでも共有出来るはずの抽象的意味

会的な合意を考慮に入れつつも，緊急性との兼ね合いそのものを脳に対して与える事が，双方向的な BMI にであらゆる可能性が模索され，患者にとって最適な診重要だと僕は考えている．なぜなら，五感を通じて与療方針が決定される．

える情報は，意識に上るまでの間に様々な主観的なフィ

ところが侵襲的 BMI 技術はこれまでになかった，全ルターをかけられてしまうから．僕は，BMI 技術はこく新しい技術である．そのため，何が出来て何が出来れまでに無かった新しい感覚を手に入れる事だと思っないのか，どれくらいのリスクがあるのかなどについている．これは，純粋な「意味」覚というような新しての情報が不十分で，社会的合意を形成するには時期い感覚で，ヒトのコミュニケーションを根本的に変え尚早である．しかも日々刻々とその技術は進歩し，そる可能性を秘めていると考えられる．

れに伴うリスクの大きさや種類は変化している．つまただ，この考え方は，BMI 開発の主要目的である，り，将来解決されるかもしれないリスクが，もしくは失われた身体機能を補償するという意味合いからは少既に昨日解決されたかもしれないリスクが，絶対に解し離れているので，これが BMI 研究者の主流ではない

決出来ないリスクのように語られる事も多い．

ことは強調しておくべきだろう．

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それでは，そのような夢物語を少し離れて，実際に心と脳，リアリティと身体果は部位によって異なる事，さらに患者が異なれば刺失われた視覚や聴覚を，人工的デバイスで補償可能か

激の効果も異なるという事である．
BMI の技術開発に関して，これらの三つの事実は非と言うと，その成果は感覚の種類による．
最も成功しているのは，人工内耳という技術で，失常に重要だ．まず，脳に対して電気的に情報を与える

われた聴覚を取り戻すために用いられている．これは，事が可能である事から，これを意味のある情報と関連

耳の奥の内耳と呼ばれる場所にある聴神経を電気的にづけるトレーニングを行えば，情報を伝える事が可能

刺激することで実現され，すでに健康保険の適応としになる．例えば，アルファベット 26 文字を脳に区別さて一般的に行われている手術方法だ．現在国内に人工せるには，キーボードのように文字一つ一つに特別な内耳を装着している患者数は 6000 人を超えつつあり，感覚を与えなければいけない訳ではなく，単に 5 ビッ

それらの人びとは，人工的な電気刺激によってつくらトの情報を与えるだけで十分である．つまり，5 種類のれる聴覚を通じて世界とコミュニケートしている．も異なる刺激効果を与える事で，その組み合わせを使っし，この人工内耳の入力部分に携帯電話の出力を繋いて脳は文字情報を受け取る事が可能である．もし，ひでやれば，そのままで SF のような通話が出来る事にな

らがなを区別したいと思えば，6 ビットあれば良いこと

るだろう．

になる．

一方，人工的な視覚補填技術も世界中で開発が進ん

この技術が実現するなら，わたしたちの脳は，まるででいる．その殆どは，眼球内部の網膜を電気的に刺激

ティッカー広告のように，文字の流れを自由に受け取るすることを目的としているが，まだ大きなブレークス

事が出来るようになるだろう．例えば，1 秒に 2−3 文字

ルーには至っていない．ただ，ゆっくりとした進歩で程度の弁別が出来るなら，このテキスト全体を読むのにはありながら，視覚補填の技術は進歩しているので，

2 時間程度で十分だ．この情報伝達では，外部のセンサー

人工内耳のように，保険適応の術式が実現できる日もを全く介していないので，脳に対しての直接的な抽象的遠くないかもしれない．

意味伝達ということになる．

しかし，いずれの技術も，脳の外部にある，生まれ

また，脳の部位ごとに，そして一人一人の脳ごとにながらに持っている感覚センサーに対して刺激を与え刺激効果が異なるという事は，BMI 技術は個別の脳にる事で，情報伝達を実現するという点では同じである．

対してカスタマイズしなければ最大の効果を出す事がそれでは，ヒトの脳に直接電気刺激を与えるとどうな出来ない事を意味する．逆に言うなら，誰にでも使えるのだろうか．

るユニバーサルな方法は原理的にあり得ないという事

実は，そのような研究はてんかん治療の歴史と重なである．

る．てんかんという疾患は，脳内部の一部の神経細胞

実は，この一人一人の脳は異なっているという考えが異常に活動することで生じる異常な感覚や意識消失，方は，これまでの脳科学が無視して来た事実なのであ痙攣などを主体とする疾患だ．そのため，患者は発作る．しかし，BMI 技術の開発は，脳の現実に立ち向かが何時起きるか分からないために日常生活に大きな支うという意味であり，この事実を無視する事は出来な障をきたす．そのてんかん発作が起きている脳の部位いのである．

を探す為に，外科的に脳を露出し，脳の一部を電気的
7．実際に電気刺激で情報を与える事ができるのか？

に刺激するという事が行われる．この場合，患者は目を覚ましたままである．なぜなら，刺激の効果を，患それでは，実際に電気刺激で脳に対して直接的な意者の反応を元に判断しなければいけないから．

味情報を与える事に成功しているのだろうか．答えは

それでは，そのような刺激を与えた場合何が観察さイエスでもありノーでもある．

れるのだろうか．実際の効果はヒトそれぞれ，刺激部

実際の BMI 技術の開発において，情報を与える技術

位それぞれだが，刺激によって昔の記憶が “ ありあり ”

はあまりうまくいっていない．現在のところ，いくつと蘇ったり，音楽が聞こえて来たり，言葉が一時的にかの動物実験の結果から，おそらく可能であろうと考しゃべれなくなったりというようなことが起きる．

えられているレベルである．

このことは，三つの重要な事実を示している．一つ

例えば，ネズミの脳に刺激電極を入れ，右もしくはは脳を電気的に刺激する事で，何らかの知覚を引き起左に進行方向を変えるように指令を与えるリモート

こす事ができるということ．そして，二つ目はその効

ラットという実験が行われた．これは，ヒゲの感覚を

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司る脳の部位に刺激電極を入れ，刺激を与える事で，

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デコーダーと呼ぶ．

まるでヒゲに何かが当たったような知覚を人工的に引デコーダーは，ある入力に対して，何らかの計算結き起こす．それに従うように訓練を行った所，ネズミ果を自動的に出力するブラックボックスのようなもの．

の動きを自由自在にコントロールすることが出来たと

デコーダーへ与える入力は神経活動で，デコーダーのいう報告である．

内部では，計算モデルが入力情報から出力情報を作り同じように，サルの体性感覚野と呼ばれる部位に刺激出す．計算モデルは，事前に決まった入力と出力に対電極を入れる事で，意味情報を与えようという試みも行して学習が行われ，目的とする出力と実際の計算結果

われた．この場合の刺激は，腕の知覚に関係する脳の部の差が最も小さくなるように最適化が行われる．

位を刺激し，それによってまるで腕に誰かが触ったかの一旦デコーダーが出来上がったら，あとは電極からような知覚を引き起こす．つまり，電気的な刺激によっ記録される神経活動を入力として与えてやれば，デコーて，皮膚が触られたような感覚が引き起こされ，その感ダーが学習した行動データを自動的に出力してくれる．

覚に行動課題で必要とされる情報を結びつけることを覚もしデコーダーが腕の位置情報を出力するとしたら，えたサルは，以後刺激の意味する情報を理解して，課題その情報をロボットアームに与えてやれば，原理的に行動の選択に用いる事が出来るようになる．

は考えただけでロボットアームを動かす事が出来るよ

つまり，いずれの場合も，電気刺激が脳の内部に知うになる．これが，BMI 技術の基本的な考え方である．

覚を引き起こし，その知覚と情報の関連付けを学習す

ただ，ここで気をつけなければいけないのは，デコーることで，意味情報を手に入れる事に成功しているとダーの出力が常に正しいとは限らない事．キーボード

言える．そして，この技術を延長することによって，入力を見張っているプログラムが出力を間違える事はもう少し複雑な情報を，複数の刺激と組み合わせる事

よほどの事が無い限りありえないが，BMI 技術で使わで，脳内に与える事が出来るだろうと期待されているれるデコーダーの出力は常にある程度の誤差を含んでのである．

いる．それは神経活動データというノイズやゆらぎを

ただ，ここで用いられている技術の延長で本当に情含んだ生体情報を扱う以上，どうしても避けられない

報量を増やす事が出来るのかはまだ分からない．また，事である．そのため，デコーダーの出力は予測値と呼

本当に抽象的な「意味」情報を理解しているのかも，

ばれ，予測値と実際の予測すべき値の誤差を計算する

刺激の効果が実験動物の主観的な感覚なので，わたし事で，デコーダーの性能が評価される．デコーダーのたちが外から証明するのは難しい．

性能は理想的には 100％に近い予測性能が期待されるが，実際に実用可能なデコーダーの性能は 80％程度あ

しかし，この技術を用いて脳が学習を行う事によって，おそらくそこには全く新しい知覚が生まれるのでれば上々と考えられる．

はないかと期待されている．この知覚はこれまでのわ
たしたちが持ち合わせていた感覚とは異なる BMI 時代

9．運動を予測するの新しい時代の知覚能力としてわたしたちの生活に役

それでは，実際にこのような複雑な情報を出力するに立つに違い無い．

デコーダーを作る事が可能なのか．勿論可能である．
このアイディアに基づく研究は既にサルを使って行わ

8．脳から情報を読み取るにはれており，サルは実際の自分の腕を動かす事なく，目

一方，脳に情報を与える技術と比較して，脳から情の前に置かれたロボットアームを，サルが考えただけ

報を取り出す技術は比較的進んでいる．具体的には，で動かす事が出来る事が証明されている．

脳の中に置いた電極から神経活動を記録し，その情報これが出来るのは，事前にサルの神経活動と実際のを元にして，様々な運動情報を抽出することができる

腕の位置情報との関係を学習した，高い予測性能を持ようになって来た．

つデコーダーのおかげである．手を動かしたいという

例えば，サルの一次運動野と呼ばれる脳部位に，高サルの意思を神経活動から読み取るデコーダーの出力密度の剣山状の電極を差し込むと，その電極から沢山を，リアルタイムでロボットアームの制御装置に与えの神経活動を記録する事が可能である．そして，そのる事で，考えただけでロボットアームを動かす事が可

神経活動を元にして，サルの腕の運動を予測するため能になったのである．

の計算モデルを作ることが出来る．このモデルの事を

この研究は当然ながら，非常な驚きをもって迎えら

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心と脳，リアリティと身体れた．頭の中では誰もが考えたことのある実験だが，でのどの方法と比較しても抜群に優れている．つまり，それが実際に実現可能であるとは思わなかったから．

ECoG 電極を使う事で，メインテナンスフリーの実用的

この実験を最初に行ったのは Duke 大学のニコレイラスなシステムが構築できる可能性が見えて来たのである．

のグループだが，その後もいくつかのグループが類似

これは，BMI 技術を家庭の中で日々使う事を考えるの実験を行い，この方法が有効であることが明らかにと大きな利点だ．なぜなら，これまでのやり方では専なった．

門のエンジニアが毎日デコーダーを作らなければいけそして，その研究結果を受けて，実際のヒトを対象なかったのに対して，ECoG を使った方法では，月に一とした臨床治験もアメリカで始まっている．この場合

度程度の通院で，十分実用レベルのデコーディングがの治験対象となっているのは，頸椎損傷等で首から下可能だと考えられるからである．

の運動機能が殆ど完全に失われた人々で，脳内に埋め11．より高機能な BMI 技術へ込まれた剣山状の電極によって神経活動を記録し，それを元にコンピューターのカーソルを自由自在に操り，

ECoG 電極を使った方法が優れているのは，安定性それまでできなかった様々なコミュニケーションを考だけではない．実は，ECoG 電極を用いる事で，多様えるだけで行う事が可能になったのである．つまり，な脳内情報を網羅的に予測する事が可能な事が分かっ

治験に参加した患者は，生まれながらにして持っていてきた．

る意思伝達のチャンネルに加えて，全く新しいチャン

これまでの剣山状電極は，脳の狭い範囲にしか電極ネルを獲得したことになる．

を入れなかったので，取り出せる情報の種類は，その狭い脳の領域が持っている情報に限られていた．しか10．侵襲型 BMI の問題

し，ECoG 電極は脳の広い範囲から神経活動を記録する

しかし，この方法には大きな問題点があった．それので，様々な種類の情報を同時に読み出す事が可能だ

は長期間安定的に使用する事が難しいという事である．

と言う事が明らかになった．これは，何かの調べものデコーダーの予測性能が，時間が経つにつれて低下しをするときに，一人のヒトに聞くよりも，沢山のヒトていってしまうのである．つまり，今日使う事ができに聞いた方が，多様な疑問に適切な回答を得る事がでたデコーダーが，そのままでは明日には使えなくなる

きるのと同じ．つまり，知り合いが多い方が困った時のである．

に助けてくれる．

実は，これはデコーダーそのものが問題なのではな

例えば，ロボットアームを操作してアームの先端をい．問題なのは，神経活動を記録する方法が極めて不目の前の空間のどこかに向かって動かしたいとする．

安定なところにある．そのため，運動に対応する神経

その場合に必要なのは，“ どこ ” という情報である．そ活動のパターンが日によって異なり，デコーダーを毎れさえロボットアームに与えてやれば，ロボットアー

日作り直さなければならないことになる．

ムは自分の関節の角度を自動的に調整して，ゴール地

つまり，安定した神経活動の記録技術が存在しなかっ点に向かってアームを動かしてくれる．

たことが，BMI 開発の最大の問題点であった．これにしかし，そのやり方では動かしているロボットアー

関しては，これまで世界中の科学者達が，様々な方法をムのポーズをどういう風にするかというような細かい使って解決方法を探ってきたが，うまくいかなかった．

情報を取り出す事は出来ない．手首の角度を変えたり，

しかし，我々のチームが試みた ECoG という電極を肘をもっと下げたいと思ったり，脇を締めたりしたい

用いれば，この問題が解決する事が分かった．ECoG はと思っても，それをロボットアームに理解してもらう

剣山状の電極とは異なり，脳に刺す事はしない．外科ことは出来ないのである．

的な開頭手術は同じように必要だが，電極を脳の表面

もちろん，腕を目標の地点に持っていくという目的に置くだけ．つまり，剣山状電極よりも脳に優しいやを達成する事が第一であり，それ以外の細かい事は二り方と言える．

次的な情報なのかもしれない．しかし，ロボットアー

しかも，脳に優しいだけではなく，神経活動記録のムを自分の本当の身体の一部として使う事を考えるな

安定性が非常に高いことが分かった．もちろん，デら，その全ての操作可能な機能を，必要に応じて操作

コーダーの性能もこれまでの剣山状電極を用いたもの

出来るようになっている方が良いに決まっている．そとほぼ遜色無く，しかも長期安定性能の高さはこれまれは，操作の自由度が上がるほど，自分の身体の一部

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であるという感覚が強くなるから．

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化して発展させる方向が，現在のところ最も成功の確

つまり，自動車のセミオートマのように，必要に応率が高いだろう．

じてマニュアル操作したり，自動で変速してくれたり

つまり，BMI 技術を現実的なものにする為の最初のするような形式が望ましい．そのためには，普段の使最大の関門はすでに突破されたと考えて良い．安定した用には必要がないけれども，必要な時に必要な情報を記録性能をもつ電極を手に入れた事で，わたしたちは次取り出せる性能を持つ必要があると言えるだろう．

の段階へ進む事が出来るようになってきたのである．

12．これからの BMI

13．おわりに

ECoG 電極という記録技術は，おそらく BMI 開発のこれまで，BMI 技術の現状と今後の課題について急

当面の主流となっていくだろう．しかし，この技術でぎ足で説明して来た．途中色々な解決困難な問題点を全てが解決したわけではない．なぜなら，今の技術では，指摘したため，BMI の実用化にはネガティブな印象を

まだまだ義体のような複雑な装置を動かすことは無理持たれたかもしれない．

だから．つまり，当然ながら攻殻機動隊の実現にはましかし，実現不可能に見えるどんな困難な問題でも，だまだ課題が山積み．

適切な質問に分解できれば，それに対して答え続ける

まず，最大の課題は，記録情報のスケールの問題でことで解決出来るものである．逆に，適切な質問の無ある．攻殻機動隊の中では，マイクロマシン技術を用い所には，正しい答えは生まれない．

いて，脳の中から情報を取り出したり，脳の中に情報

20 年前には，「BMI は可能か？」という大雑把な質を与えたりしているという設定になっている．そのよ

問しか出来なかったが，その頃と比較すると，現状はうなマイクロマシン技術は，当然実現していないが，違う．問題点がかなり明確になって来ているのである．

脳の内部の広範な領域とコミュニケーションするシス

これは明らかに良い兆候だろう．BMI 開発は，どう解テムを実現するには，記録デバイスそのものを小型化決すればいいか分からずに闇雲に進むステージから，する以外にない．

明確な問題意識をもつステージへとシフトしつつある．

現在の我々が使っている電極はプラチナの皿状電極

それでは，「攻殻機動隊は可能か？」という問いはどで，直径は 2 ミリ，厚みは 0.2 ミリ程度である．今のうだろう．BMI 研究者として，それを可能にする技術

ところサルの頭に入れられる電極の数は最大で 200-300

は “ 必ず実現する ” と信じたい．何といっても，こんな個と限られている．なぜなら脳には，そういう物体をクールな研究領域は他に無いのだから．たとえ，その入れるためのスペースがあらかじめ脳内に準備されて一部であっても自分たちの研究がそれに貢献出来るのいる訳ではないから．朝にはぴったりの靴が，夕方足であれば，研究者冥利に尽きるではないか．

が少しむくむだけで履けなくなるように，頭蓋骨で守られている脳の中に入れられる電極の数には，頭蓋内【略歴】

空間のもつ物理的な制限がある．そのため，チャンネ

藤井直敬（FUJII Naotaka）

ル数を増やしてこれまで以上の情報を手に入れるには，理化学研究所

これまでにない新しい技術を待つしかないことになる．

チーム

脳科学総合研究センター

適応知性研究チームリーダー

実は，我々はこれに関しても色々と検討を始めてい1965 年生まれ．1991 年東北大学医学部卒業，同大医学る．マイクロマシンとはいかなくても，現在の電極と部眼科学教室にて初期研修後同大大学院入学，1997 年

比べて遥かに小さい体積の電極をデザイン中だが，ま同大学院修了，医学博士号取得，1998 年 MIT（マサチュー

だまだ詳細をお伝え出来る段階ではないし，開発の費

セッツ工科大学）McGovern Institute Graybiel Lab 上級研用をどうやって賄うかも全然目処が立っていない．

究員，2004 年理化学研究所 脳科学総合研究センター象

しかし，ECoG 電極の成功により，これをコンパクト

徴概念発達研究チーム 副チームリーダー，2008 年からにすればいいという次のステップが見えて来た．技術現職．主な著書「つながる脳」（NTT 出版），「予想脳」（岩開発というのは，うまく行く方向を手当り次第に探り，

波書店，岩波科学ライブラリー），「ソーシャルブレイン

その中で一番見込みのありそうなところに集中的にリズ入門」（講談社，講談社現代新書）．「つながる脳」でソースを投入すれば良いはず．そういう意味で，ECoG

第 63 回毎日出版文化賞（2009 年），ゴールド・メダル「東電極は，極めてスジの良い方法であるし，それを小型

京テクノ・フォーラム 21 賞」（2010 年）．

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