イゴール・スペティック氏とキース・フォンデルヒューベル氏は、労働災害で腕の一部を失い、数年後、義手の甲に綿球の毛羽や水滴の感触といった感覚を再び感じた。この触覚は、手を失った人々の触覚を電子的に再現する研究の一環として、実験室で作り出されたものだ。
昨日発表されたこの研究は、このような自然な感触を人工的に作り出した初めての研究です。「すぐに綿だと分かりました」とスペティック氏は声明で述べています。彼は綿球に触れると鳥肌が立つと説明し、以前は家族に薬瓶を開けさせ、鳥肌が立たないようにしていたと言います。この感触にも鳥肌が立ったそうです。
他の研究グループは、電気で神経を刺激することで、切断患者の触覚を再現しようと試みてきました…しかし、研究に参加したボランティアたちは、その結果得られる感覚は奇妙だと報告してきました。足がしびれたときに感じる、チクチクする感覚のようなものです。ケース・ウェスタン大学のバイオエンジニアで、フォンデルヒューベル氏とスペティック氏を含む研究の主任研究者であるダスティン・タイラー氏は、「まるで昔の実験が脳に正しい言葉で語りかけていなかったかのようでした」と述べています。「私たちは今、正しい言葉で語りかけ始めています。」
タイラー氏と同僚の研究は、ユーザーに自然な触覚を伝える義手や義腕の開発に向けた一歩です。エンジニアが真の感覚を持つ義手を開発するにはまだ道のりは長く、実際に使えるかどうかの保証もありません。しかし、感覚義手は、義肢装着者の日常の作業をはるかに容易にする可能性があるため、注目されている研究分野です。
では、手のない男性に手の感覚を与えるにはどうすればいいのでしょうか？研究ボランティアの側には、ある程度の覚悟が必要です。スペティック氏とフォンデルヒューベル氏は、両腕に十数個の電極を備えたアレイを外科的に埋め込む必要がありました。電極の一端は腕の主要な神経束を囲むように配置されています。アレイのもう一端は、研究プロセスに必要な上腕の表面にある小さなプラグにつながっています。化学療法を受ける患者が挿入するカテーテルのように、永久的にカテーテルを挿入するようなものです。将来的には、このようなインプラントがワイヤレスで機能するようになることを期待しています。
ほとんどの場合、フォンダーヒューベル氏とスペティック氏のインプラントは彼らにほとんど効果がありません。彼らは他の義肢装具ユーザーと同じように、市販の感覚のない通常の義肢を使用しています。しかし、月に1、2回はタイラー氏の研究室を訪れ、電極が感覚を与えるかどうかをテストします。研究室では、研究者がインプラントに独自の装置を接続し、ボランティアの神経に小さな電気刺激を送ります。
タイラー氏と彼の同僚たちは、自然な感覚を作り出すのに最適な電気刺激パターンを実験してきました。彼らが送る刺激は、猫を撫でている時に誤って与えてしまう電気ショックよりも弱いものです。タイラー氏と彼の同僚たちは、刺激の強度を低く抑えることを目指しており、そうすることでより自然な感覚が得られるとタイラー氏は考えています。「私たちは、神経が快適に相互作用できる範囲でしか神経と相互作用しません」と彼は言います。
「脳は私たちが騙されたことを知りません。」
スペティック氏とヴォンダーヒューベル氏の電気は厳密には上腕から来ているものの、感覚は義手から来ているようだと彼らは報告している。「正しく認識できれば、脳はまず手から来ていると解釈します」とタイラー氏は言う。「脳は私たちが誤認識していることに気づきません。」
振動の強さやパターンを変えることで、綿球のような感覚や水の流れのような感覚など、さまざまな全体的な感覚を作り出すことができます。
このような感覚が将来どのように役立つかを示す小さなデモンストレーションとして、フォンデルヒューベル氏とスペティック氏は、センサーを搭載した実験用義手を装着する実験に参加した。義手はインプラントに差し込まれ、サクランボとブドウの茎を抜くという繊細な作業に挑戦した。
目隠しをされ、インプラントの電源を切った状態で、被験者たちは43%の確率でサクランボの茎を摘むことができた。研究者らがインプラントの電源を入れると、被験者たちの成功率は77%にまで跳ね上がった。「これは、彼らのセンサー義肢が臨床機器に組み込まれれば、誰かの役に立つという、非常に素晴らしい実践的なデモンストレーションです」と、カリフォルニア大学サンフランシスコ校の生物工学者ジョセフ・オドハティ氏は述べている。オドハティ氏はこの研究には関わっていない。
「感覚が高まっている時は、それほど大変ではありません」とフォンデルヒューベル氏は言う。「感覚が薄れると、ブドウジュースをたくさん作ってしまうんです」
研究は成功したものの、埋め込まれたアレイが神経を損傷したり、カテーテルのような部位が感染したりするリスクは常に存在します。しかし、今のところは順調に進んでいるようです。2人はインプラントを埋め込んだ後、キャンプをしたり、薪を割ったりしています。フォンダーヒューベルさんはインプラントを16ヶ月、スペティックさんは2年間装着しています。すべてが順調に進めば、2人は生涯インプラントを装着することになります。
