UCSF、麻痺した人が思い通りにロボットアームを動かす方法

April, 4, 2025, San Francisco--新たに開発された人工知能(AI)は、学習に伴って脳がどのように変化するかを説明することができ、麻痺のある人が物を動かすことを可能にする。

カリフォルニア大学サンフランシスコ校(UCSF)の研究者たちは、麻痺した男性が、コンピュータを介して脳から信号を受信するロボットアームを制御することを可能にした。

その男性は、自分が行動を起こすことを想像するだけで、物をつかみ、動かし、落とすことができた。

ブレイン・コンピュータ・インタフェース(BCI)として知られるこのデバイスは、調整不要で、過去最高の7か月間機能した。これまで、このようなデバイスは1日か2日しか機能しなかった。
BCIは、人が動き(この場合は想像上の動き)を繰り返すときに脳で起こる小さな変化に適応し、より洗練された方法でそれを行うことを学習できる人工知能(AI)モデルに依存している。

「人間とAIの学習の融合は、これらのBCIの次の段階である。」これは、洗練されたリアルな機能を実現するために必要なものだ」と、神経学の教授でUCSFワイル神経科学研究所のメンバー、神経内科医のKarunesh Ganguly、MDはコメントしている。

国立衛生研究所(NIH)が資金提供したこの研究は、3月6日付けのCell誌に掲載されている。

場所、場所、場所
鍵となったのは、研究参加者が特定の動きをすることを繰り返し想像しながら、脳内の活動が日々どのように変化するかを発見することだった。AIがこれらのシフトを考慮するようにプログラムされると、一度に数か月にわたって機能した。

Gangulyは、動物の脳活動のパターンが特定の動きをどのように表しているかを研究し、これらのパターンが動物が学習するにつれて日々変化することを確認した。同氏は、同じことが人間にも起こっているのではないかと考えており、それが彼らのBCIがこれらのパターンを認識する能力をすぐに失った理由であると考えた。

Gangulyと神経学の研究者であるNikhiles Natraj, Ph.Dは、数年前に脳卒中によって麻痺した研究参加者と協力した。彼は話すことも動くこともできなかった。

彼は脳の表面に小さなセンサを埋め込んでおり、動くことを想像したときに脳の活動を感知することができた。彼の脳のパターンが時間とともに変化するかどうかを確認するために、Gangulyは参加者に、手、足、頭など、体の様々な部分を動かすことを想像するように求めた。

彼は実際に動くことはできないが、参加者の脳は、自分が動きをしていると想像したときに、動きの信号を生成することができた。BCIは、彼の脳のセンサを通じて、これらの動きの脳の表現を記録した。Gangulyのチームは、脳内の表現の形状は同じままであるが、その位置は日々わずかに変化していることを発見した。

仮想から現実へ
次に、Gangulyは、2週間にわたって自分が指、手、親指を使って簡単な動きをしている自分を想像してもらい、センサがAIを訓練するために脳の活動を記録した。次に、参加者はロボットのアームと手を制御しようとした。しかし、その動きはまだあまり正確ではなかった。そこで、Gangulyは、参加者に仮想ロボット アームで練習してもらい、ビジュアライゼーションの精度についてフィードバックを得た。最終的に、彼は仮想の腕を手に入れて、自分がやりたいことをやることができた。

参加者が実際のロボットアームで練習を始めると、数回の練習セッションでスキルを現実の世界に移すことができた。彼は、ロボットアームにブロックを拾い上げ、それらを回転させて、新しい場所に移動させることができる。彼はキャビネットを開けて、カップを取り出し、それをウォータディスペンサにかざすことさえできた。

数か月後、参加者は、デバイスの使用を開始して以来、動きの表現がどのようにドリフトしたかを調整するための15分間の「チューンアップ」の後でも、ロボットアームを制御することができた。

Gangulyは現在、ロボットアームをより速く、よりスムーズに動かすためにAIモデルを改良しており、家庭環境でBCIをテストすることを計画している。

麻痺のある人にとって、自分で食事をしたり、水を飲んだりする能力は人生を変えるだろう。

「われわれは今、システムの構築方法を学んだこと、そしてこれを機能させることができると確信している」とGangulyはコメントしている。