英語で読む日経サイエンス
SCIENTIFIC AMERICAN January 2013
Bionic Connections
バイオニック義肢 ロボットアームと神経をつなぐ
| By D. Kacy Cullen ／Douglas H. Smith | D. K. カリン ／D. H. スミス |
 |
 |
 |
|---|---|---|
| In one of the most iconic scenes in science-fiction films, luke skywalker casually examines his new synthetic forearm and hand. The Star Wars hero is able to move the fingers by extending and contracting pistons shown through an open flap along the wrist. Then he senses the robotic surgeon’s pinprick of one of the fingers. Not only can the prosthesis be moved with Skywalker’s thoughts, it feels to him like his own hand. | SF映画の最も象徴的な場面の1つに『スター・ウォーズ』の主役ルーク・スカイウォーカーが自分の新しいロボットアームの具合を軽く調べるシーンがある。手首の開いた小窓から見えるピストンが伸縮すると，指が動く。また，ロボット外科医が針で指を刺すと痛みを感じる。この義手はスカイウォーカーの思い通りに動かせるだけでなく，本当の手のように“感じる”こともできるのだ。 | |
| What the audience does not see, however, is the actual connection between man and machine. And yet to neuroscientists like the two of us, it is precisely this hidden interface that should have been at the center the scene. In order for such a linkup to work, it would have to have converted nerve impulses from the brain into electrical signals in the artificial arm, and vice versa. In the world beyond movies, however, no one has yet figured out how to splice together nerves and electrical wires in a way that allows them to control an artificial limb as if it were a natural extension of the body. | 人間と機械との実際の接続部分は映画には出てこないが，私たち著者のような神経科学者にとっては，その隠されたインターフェース部分こそが，このシーンの主役だといえる。
そのようなインターフェースに求められるのは，脳から送られてくる神経インパルスを電気的信号に変換してロボットアームに伝え，その逆方向へも信号を伝える機能だ。しかし，神経と電線をどのように接続すれば義手を身体の一部のようにコントロールできるようになるのかは，映画の世界を除けばまだわかっていない。 | |
| The failure is not surprising. For one thing, nerves and the electrical wires needed to regulate the electronics in a prosthesis transmit entirely different kinds of signals. Electronic devices depend on the flow of electrons across conductive materials and through semiconductors and transistors; the nervous system relies on the depolarization of cell membranes and the release of signaling chemicals in the gaps between nerve cells. For another, the linkage would require implanting wires and other kinds of electronics into the body, which normally perceives such implants as foreign and thus unleashes attacks that would generate scar tissue around an interface and disrupt its functioning. | うまくいかないのも当然だ。そもそも義肢の電子回路を制御する電線と神経では，伝わる信号の種類がまったく違う。電子機器は導体や半導体，トランジスタに電子が流れることによって動くのに対し，神経系は細胞膜の脱分極（膜電位の変化）が起こり，神経細胞（ニューロン）どうしの隙間に神経伝達物質が放出されることによって信号が伝わる。
もう1つ，両者を接続するには電線などの電子部品を身体に埋め込む必要があるが，通常，身体はそれらを異物とみなして攻撃するので，インターフェースの周辺に瘢痕組織ができて，装置の機能に支障をきたす。 | |
| Advances in nanotechnology and tissue engineering over the past few years, however, are addressing both challenges. Rather than trying to force nerves to communicate directly with the standard electronics in modern prostheses, we and others are building new kinds of bridges between nerves and artificial limbs—linkages that take advantage of the nervous system’s inborn ability to adapt itself to new situations. Indeed, recent research in the laboratory has brought us closer to the goal of developing an artificial limb that, like Luke Skywalker’s, can be moved and sensed by the brain. | だがこの2つの問題はここ数年のナノテクノロジーと組織工学の進歩によって進展がみられている。私たちや他の研究チームが開発に取り組んでいるのは，義肢の電子回路と神経の間で信号を直接やりとりさせる方式ではない。神経系と義肢の間に新たな“橋”を設けてつなぐ方法だ。神経系には新しい状況に順応する能力がもともと備わっているので，それを利用して電線と接続するのだ。
実際，最近の研究の進展によって私たちは，ルーク・スカイウォーカーが身につけていたような，脳で動かし脳で感じられるロボットアームを開発するという目標に近づきつつある。 |