脳は宇宙で最も複雑な物体だ。これは、それを解読し、人の心を読み取ろうとする科学者たちの探求の物語である

The Conversation
投稿日 2024年2月8日 13:31
file 20240206 26 8guoy5

2023年半ば、テキサス大学のHuthLabが行ったある研究が、神経科学とテクノロジーの領域に衝撃を与えた。人工知能(AI)と脳画像技術を組み合わせることで、外界とコミュニケーションをとることができない人々の思考や印象が、初めて連続した自然言語に翻訳されたのだ。

これは、科学が人の心を読むことに最も近づいた例である。過去20年間の神経イメージングの進歩により、無反応で意識の低い患者が脳でコンピューター・カーソルを操作できるようになったが、HuthLabの研究は、人の実際の思考にアクセスすることに大きく近づいた。この研究を共同主導した神経科学者Alexander Huthは、New York Times紙に次のように語っている:

これは単なる言語刺激ではありません。これは単なる言語刺激ではありません。私たちは意味、つまり何が起こっているかという考えについての何かを得ようとしているのです。そして、それが可能であるという事実は非常にエキサイティングです。

AIと脳スキャン技術を組み合わせることで、研究チームは、外部の世界と通信できない人々の間で、連続的な自然言語を再構築できる非侵襲的な脳デコーダーを開発した。このような技術が開発されれば、そして並行して、麻痺した患者が再び動けるようになる脳制御の運動義肢が開発されれば、閉じ込め症候群や四肢麻痺を含む神経疾患に苦しむ人々にとって、非常に大きな展望が開けるだろう。

長期的には、Fitbit型の脳用ヘルスモニター脳で操作するスマートフォンなど、より一般的なアプリケーションにつながる可能性がある。1月29日、Elon Muskは自身のNeuralinkが初めて人間の脳にチップを埋め込んだと発表した。彼は以前、Neuralinkの最初の製品であるTelepathyは、いつか人々が「考えるだけで」携帯電話やコンピューターを操作できるようになるとフォロワーに語っていた。

しかし、このような技術開発には倫理的、法的な大きな懸念がつきまとう。プライバシーだけでなく、人々のアイデンティティそのものが危険にさらされるかもしれないのだ。いわゆる読心技術の新時代を迎えるにあたり、人々を助ける可能性が害を及ぼす可能性を上回ることを防ぐにはどうすればよいかを考える必要もあるだろう。

人類最大の地図作成への挑戦

脳は宇宙で最も複雑な物体である。そこには8,900万以上のニューロンがあり、それぞれが約7,000の他のニューロンとつながり、毎秒10から100の信号を送っている。AIの開発は、脳と、神経細胞が連携して働くという概念に基づいている。現在、ディープラーニングを用いたAIの仕組みは、脳の働きをより明確に理解するのに役立っている。

健康な人間の脳の構造と機能を完全にマッピングすることで、脳と心の病気で何がうまくいかないのかを正確に特定することができる。2009年、健康な人間の脳の構造と機能の地図を作成することを目的に、米国国立衛生研究所によってHuman Connectome Project が開始された。同様の取り組みは、2013年にヨーロッパ(Human Brain Project))、2016年に中国(China Brain Project))でも開始された。

この気の遠くなるような努力の完成には、まだ何世代もかかるかもしれない。しかし、人の脳をマッピングして読み取ろうという科学的野望は、2世紀以上も前にさかのぼる。世界が何周もされ、南極大陸が発見され、地球の大部分が地図に記載されたことで、人類は新たな(そしてさらに複雑な)地図作成への挑戦、人間の脳への準備が整ったのである。

このような努力は18世紀後半に本格的に始まり、科学者たちが脳とその領域がどのようにして心理的経験、つまり私たちの思考、感情、行動を生み出すのかを問うための体系的な枠組みを開発した。その初期の試みのひとつが、オーストリアの医師で解剖学者のFranz Joseph Gallが開拓した骨相学である。

長い間信用されていなかったこの科学は、今では蚤の市で売られている装飾的な胸像でよく知られているかもしれないが、19世紀初頭には大流行していた。Gallと助手のJohann Spurzheimは、脳は35の心理学的機能にそって組織化されており、それぞれが異なる根本的な部位に関連していると示唆した。

上腕二頭筋を大きくしたければダンベルを持ち上げるように、骨相学では、特定の心理的機能を使えば使うほど、その根底にある脳領域が成長し、頭蓋骨にしこりができると主張した。GallとSpurzheimによれば、これらの機能(記憶力、子孫を愛する心、殺戮本能など)のいくつかは動物と共有されるものであり、それ以外のもの(機知、詩的能力、道徳心など)は人間特有のものだという。

大英帝国を通じて、そして後にはアメリカにおいて、骨相学は階級主義、植民地主義、奴隷制度、白人至上主義を正当化するために使われた。Victoria 女王は自分の子供たちの骨相鑑定を行ったが、Napoleon Bonaparteは好きではなかった。Gallが1807年にパリに移り住み、骨相学の理論化の大部分を行ったとき、フランス皇帝はこう宣言した:「それは独創的な寓話であり、世の人々を誘惑するかもしれないが、解剖学者の精査には耐えられない」。

1860年代、脳の働きに関する「位置論的」見解が復活した。しかし、この研究を主導した科学者たちは、自分たちの理論を骨相学と区別することに熱心だった。フランスの解剖学者Paul Brocaは、左半球に発声を司る領域があることを発見した。彼の患者Louis Victor Leborgneは、30歳のときに「タン」という音節以外の言葉を発することができなくなった。前頭皮質にあるブローカ野は、脳の最も重要な言語領域のひとつであり、私たちの考えを言葉にするのに重要な役割を果たしている。

同様に、ドイツの神経解剖学者Korbinian Brodmannが1909年に初めて発表した、大脳皮質の52の異なる領域の地図は、今でも現代の神経科学の重要なツールとなっている。そして今日の神経科学者は、これらの先駆者たちと同じ質問のいくつかを問い続けている。私たちの思考や感情や行動は、脳の集団的な働きによって生み出されるのか、それとも特定の脳領域によって生み出されるのか。

現代の神経科学研究では、陽電子放射断層撮影法(PET)や機能的磁気共鳴画像法(fMRI)などのハイテクスキャニングツールによって、研究者は局所的な神経活動の変化に関連する局所的な血流の変化を測定することによって脳をマッピングすることができる。このアプローチは、ほぼ1世紀前のアメリカの生理学者John Fultonの発見に依拠している。Fultonは、頭痛と視力障害に悩む26歳の船員、Walter Kを治療していた。暗い部屋を出て目を使うと、患者は視覚皮質の上に位置する後頭部にノイズを感じた。この強い活動パルスは、他の感覚入力、例えばタバコやバニラの匂いを嗅いだときには再現されなかった。

20世紀の残りの期間、局所的な脳血流と脳機能との関連性に関するこの最初の観察は、アメリカ人のSeymour Ketyやスウェーデンの共同研究者であるDavid IngvarNeils Lassenなどの神経科学者たちによって基礎が築かれた。彼らの先駆的な研究は、米国ロードアイランド州にあるブラウン大学の神経科学部門を起源とする学際的研究ユニット、BrainGateの画期的な研究によって、現代の脳マッピングへの道を開いた。

最初の臨床試験

プロトタイプのブレイン・コンピューター・インターフェイス(BCI)は、患者の脳活動を記録・解読し、それを神経カーソルや義肢、電動外骨格が実行できる動作に変換する。最終的な目標は、ワイヤレスで非侵襲的なデバイスが、現実世界での患者のコミュニケーションや正確な動きをサポートすることだ。AIはこの目標に不可欠であり、すでにBCIシステムが細かく制御された素早い運動動作を生み出すのに役立てられている。

2004年、BrainGate社は、脊髄損傷、脳幹梗塞、閉じ込め症候群、筋ジストロフィーなどの運動機能に障害を持つ患者が、思考でコンピューター・カーソルを操作できるようにするため、BCIを用いた初の臨床試験を開始した。

2001年に首を刺されて以来四肢麻痺の患者MNは、この試験の最初の患者であった。神経科学者Leigh Hochbergのチームは、患者の一次運動野の手腕部に電極を埋め込んだ後、MNは電子メールを開いたり、ペイントプログラムで図形を描いたり、カーソルを使ってテレビを操作したりすることができたと報告した。さらに、脳活動は患者の義手やロボットアームと連動しており、物を掴んだり運んだりする初歩的な動作が可能であった。さらに、これらの作業は患者が会話をしながらでも可能であり、患者の集中力を必要としないことが示唆された。

その後、他の四肢麻痺患者も、多関節ロボットアームに接続されたBCI装置を使用して、コップを手に取ったり飲んだりしている。2015年には、閉じ込め症候群の患者が、装置の移植から5年後にポイント・アンド・クリック・キーボードを操作している様子が紹介された。高度なデコーディング・アルゴリズムにより、カーソルコントロールが改善され、2015年には1分間に24文字しか入力できなかった患者が、2年後には1分間に39文字入力できるようになった

また2017年には、BrainGateの臨床試験で、BCIが脊髄の損傷部分をバイパスして患者自身の手足の動きを取り戻すのに使用できるという最初の証拠が報告された。高位頸髄損傷のある患者は、受傷から8年後にコップに手を伸ばしてつかむことができた。

そして2021年、Braingate研究チームは、四肢麻痺患者が自宅でワイヤレスシステムを使い、タブレットコンピューターを操作していることを報告した。これは、BCI デバイスが人々が病院や敷地外での移動やコミュニケーションを支援できる未来への重要な第一歩だ・さらに研究者らは、このような機器をより多くの人々が利用できるようにするために、「神経信号処理、デコーディング・アルゴリズム、制御フレームワークの大幅な進歩とパラダイムシフト」が期待されると述べた。

Braingateの成功にとどまらず、アメリカの神経外科医Edward Changが率いる別のチームは最近、外科的に埋め込まれた皮質筋電図の電極を使って、麻痺した患者が言いたいことを伝えられる「デジタルアバター」を作成したことを報告している。BCIはAIの助けを借りて、患者が心の中で考えている発話に関連する筋肉の動きを解読した(実際の意味内容の解読とは異なる)。

発話に重要な特定の脳領域から現れる活動パターンが、この種のBCIにとって重要な焦点となる。この研究に関与していないある専門家は、The Guardina紙にこう語っている:「これは、これまでの成果からかなり飛躍したものです。私たちは転換点にいるのです」。

「マインド・リーディング」技術の新時代

脳活動は長い間、fMRIや脳波計(EEG)などの非侵襲的イメージング法によって記録されてきた。しかし、主に診断やモニタリングのためのツールとして想定されてきた脳活動は、今や最新の神経コミュニケーションや人工装具の中核をなす要素にもなっている。

画期的な出来事は2012年、カナダを拠点とする神経科学者Adrian Owen率いるチームが、神経画像を使って意識障害に苦しむ人々とのコミュニケーションを確立したことだ。行動的には無反応で、意識もほとんどないにもかかわらず、これらの患者は頭を使うだけで、イエスかノーかの質問に答えることができた。顔の動きや目の動きでコミュニケーションをとることができない患者にとって(閉じこもり患者には長年利用可能であった方法である)、これは非常に有望な進化であった。

それから10年、テキサス大学HuthLabの研究は、コミュニケーションを可能にする神経画像システムの進化におけるパラダイムシフトを構成している

研究の第一段階では、参加者はfMRIスキャナーに入れられ、16時間のポッドキャストを聴きながら脳活動が記録された(モデル訓練用データセットは、Moth Radio HourModern Loveから抜粋された82の5分から15分のストーリーで構成されている)。この脳活動データを、参加者が聴いていた音声の断片とリンクさせ、特定の意味内容を頭に思い浮かべたときの脳活動パターンをマッピングした。

次に、同じ参加者に、これまで聴いたことのない新しい音声断片を聴かせるか、代わりに物語を想像させた。そして、この新しい脳活動データにデコーダーを適用し、参加者が聞いたり想像したりしていたストーリーを「再構築」したところ、驚くべき結果が得られた。例えば、ある患者にこんな音声を聞かせた:

私はまだ運転免許を持っていなくて、必要なときにちょうど飛び出したところです。彼女はこう言いました。「それでは、家に戻ってきませんか。車に乗せてあげるから」。私は「OK」と言いました。

…デコーダーはそれを次のように再構成した:

彼女はまだ準備ができていない。まだ運転を習い始めてもいないのに、私は彼女を車から押し出さなければならなかった。私は「今から彼女を家に連れて帰ります」と言いました、そして彼女は同意しました。

トライアル全体を通して、かなりの数の間違いもあったが、いくつかの正確な単語の一致を含め、脳活動パターンに基づいてのみ連続的な言語を再構築したことは、間違いなく、我々がまだ本当に誰かの思考を読むことに到達していない最も近いものである。

運動意図を生み出す脳の能力は種を超えて共有されているが、言語を生み出し知覚する能力は人間特有のものである。したがって、言語知覚に使われる領域(主に大脳皮質の連合野前頭前野)の脳活動から実際の意味内容を解読することは、人間を人間たらしめているものにとって、より基本的なことのように思われる。

また、HuthLabの研究では、非侵襲的なfMRI技術(脳の活動を推測するために脳内の血液中の酸素濃度を測定する神経画像診断の一種)が使用された。fMRIの欠点は、脳の信号をゆっくりとしか測定できないことである(通常、2、3秒に1回、脳の体積を測定する)。この研究では、単語シーケンスの確率を予測する生成 AI言語モデル (ChatGPT に似た) を使用することでこの問題を克服し、人の思考の中で次にどの単語が現れる可能性が最も高いかを予測した。

研究者たちはまた、無音の短編映画を見ている患者とも共同作業を行った。研究者たちは、このシステムが、聴覚だけでなく視覚を通じても意味内容を解読できることを実証した。

重要なのは、この種の技術が人の精神的プライバシーを脅かす可能性があることを明確に示したことである。この研究の主任研究者の一人であるJerry Tangは次のように述べている

私たちは、この技術が悪用されるのではないかという懸念を非常に深刻に受け止めており、それを避けるために努力してきました。私たちは、人々がこの種の技術を使いたいときにだけ使い、それが彼らの役に立つことを確認したいのです」。

このセマンティック・デコーダーは、長い時間をかけて人々の協力を得ながら、一人一人に個別にトレーニングされなければならないという事実そのものが、強固な安全装置を構成している。言い換えれば、言語デコーダーの開発における主要なハードルのひとつである、普遍的に適用できないという事実が、プライバシー侵害に対する最も強力なセーフガードのひとつを構成しているのである。

しかし、悪意のある企業が街行く不特定多数の人の思考をすぐに読み取ることができるようになる危険性はないとはいえ、この技術が発展するにつれて考慮しなければならない重要な倫理的、法的、データ保護上の懸念がある。

私たちはすでに、企業による個人データやオンライン行動への自由なアクセスがもたらす結果を目の当たりにしている。神経データがこのような規模で収集・処理されるようになるのはまだ先のことだが、技術進歩の初期段階において、急浮上する倫理的問題を検討することは重要である。

倫理的な意味は計り知れない

コミュニケーション能力を失うことは、自己意識を深く傷つけることになる。この能力を回復させることで、患者は自分の人生と世界をナビゲートする能力をより大きくコントロールできるようになる。しかし、それはまた、企業や研究者、その他の第三者といった他の存在に、患者の人生に対する不快な程度の洞察力、あるいは支配力さえも与える可能性がある。

私たちのゲノムやバイオメトリクスなど、他の種類の親密な生物学的データでさえ、神経データほど私たちのプライベートな内面に迫るものではない。このようなデータへのアクセスを科学者や企業に提供することの倫理的意味は、計り知れないものがある。

これは国連人権理事会の決議51/3に反映されており、同理事会は2024年9月の同理事会第57会期に合わせて、「すべての人権の促進と保護に関するニューロテクノロジーの影響、機会、課題」に関する調査を委託している。しかし、ニューロテクノロジーがもたらす課題に対処するために、新たな人権の導入が正当化されるかどうかは、依然として人権専門家や擁護団体の間で熱い議論が交わされている。

ニューヨークのコロンビア大学に本部を置くNeuroRights Foundationは、ニューロテクノロジーをめぐる新たな権利は、プライバシー、アイデンティティ、自由意志を守るために、すべての人間にとって必要になると主張している。障害者の潜在的な脆弱性から、これは特に重要な問題である。例えば、パーキンソン病は運動に影響を及ぼす神経変性疾患であり、理性や思考能力に影響を及ぼす認知症を併発している。

このアプローチに沿って、チリはニューロテクノロジーに内在するリスクに対処するための法律を採択した最初の国である。同国は、精神的完全性に関する新たな憲法上の権利を導入しただけでなく、ニューロデータの販売を禁止し、一般消費者向けのものであっても、すべてのニューロテクノロジー機器を医療機器として規制する法案を採択中である。この法案は、神経データが極めて個人的なものであることを認識し、臓器組織と同様、売買はできず、提供されるだけであるとみなしている。しかし、この法律案は批判にもさらされており、法学者は新たな権利の必要性を疑問視し、この制度が障害者患者にとって有益なBCI研究を阻害しかねないと指摘している

チリがとった法的措置は、これまでで最もインパクトがあり、広範囲に及ぶものであるが、他の国々も、ニューロテクノロジーの発展に対応するために既存の法律を更新することで、追随することを検討している。

倫理的研究の基礎のひとつは、インフォームド・コンセントの原則である。特に、麻痺のある患者とその家族が、新しい実験的治療法を理解し、同意できるかどうかに注意を払わなければならない。コミュニケーション能力が極めて低い患者は、インフォームド・コンセントの取得に関連したより広範な質問に答えることができないかもしれない。また、潜在的なリスクや副作用(身体的、精神的両方)をすべて予見できるわけではないため、医師が患者に十分な情報を提供することは困難である。

同時に、BCIによるコミュニケーションしか望みのない患者に対して治療を拒否することは、コミュニケーションのない生涯を送るなど、実験的治療への参加費用よりもはるかに大きな機会費用をもたらす可能性があることを念頭に置くことが重要である。臨床医と研究者が取るべき適切なバランスは、難しい判断となるだろう。

急増するビッグ(脳)データの新時代において、個人データのハッキング、漏洩、無許可使用、商業的利用に関する長年の倫理的懸念は、(神経補装具によって制御される)人の思考や動作に関する機密データの場合に増幅されるであろう。半身不随の患者は、介護者、そして最近ではBCI技術そのものに依存し、コミュニケーションや移動を行っているため、神経データの盗難に特に遭いやすい。BCIによって開示される情報が、患者の真の同意に基づく思考であることを保証するために、注意を払わなければならない。

また、ニューロテクノロジーの最初の進歩は、障害者やニューロダイバージェンス患者のための治療的なものである可能性が高いが、将来の進歩は、軍事や安全保障目的だけでなく、エンターテイメントなどの消費者向けアプリケーションにも関わってくる可能性が高い。一般に規制がはるかに緩やかな商業的な文脈で神経技術が利用可能になりつつあることは、こうした倫理的・法的な懸念を増幅させるだけである。

データ保護法は、さまざまなタイプの組織や団体によるニューロデータへのアクセスや収集の増加から生じる新たなリスクを説明する能力について評価されるべきである。現時点では完全に仮説だが、警察の取り調べで容疑者の考えを推測するためにBCIを使用する例を考えてみよう。

将来的には精度が向上する可能性はあるが、人の神経データを誤って解釈するエラー率は現在のところ許容できないほど高いため、BCIを警察の取り調べに使用することはできないと言うかもしれない。あるいは、技術の精度にかかわらず、本人の同意なしに脳を “読む”ためにBCIを使うべきではないと言うかもしれない。あるいは、尋問にBCIを使うのは、人の命を救うために重要な情報が必要で、容疑者が協力を拒んでいる場合など、ある極端な状況下で正当化されると言うかもしれない。

どこで線を引くかについては、人、社会、文化によって意見が分かれるだろう。私たちは技術開発の初期段階にあり、BCIが持つ大きな可能性を、治療への応用やそれ以外の分野でも明らかにし始めると、こうした倫理的な疑問や、法的措置への影響を検討する必要性がより強くなってくる。

ニューロの未来を解読する

これは、私たちの脳と心の内部構造を理解しようとする私たちの探求において、画期的な瞬間である。この1年だけでも、神経科学者たちは脊髄の障害を回復させ、MRIデータをテキストに変換してその人が何を考えているかを理解し、2年前にサルを使った試験ですでに見られたことだが、思考だけで物体と相互作用できるようにする臨床試験を開始した。このような開発はすべて、人々の生活に変革をもたらす可能性がある。

同時に、HuthLabの研究のような研究は、非常に少ないサンプルを使っていること、意味デコーダーのトレーニング過程が複雑で時間がかかり、コストがかかることに注意する必要がある。さらに、fMRIは非侵襲的ではあるが、装着不可能な神経画像技術であるという事実が加われば、これらの方法がすぐに厳密に組織化された実験室の環境を離れることにならないのは明らかである。

しかし、HuthLabの研究者たちは、やがてfMRIが機能的近赤外分光法(fNRIS)に取って代わられる可能性があることを示唆している。fNRISは、「異なる時点で脳内の血流が多いか少ないかを測定する」ことによって、ウェアラブルデバイスを使用してfMRIと同様の結果を得ることができる。

確かに、このようなニューロテクノロジーの開発に対する政府や民間企業による世界的な投資が急増していることは、医療機器としてだけでなく、商業消費財としての機能にも適した、利用しやすいBCIの開発に世界が意欲的であることを示している。2021年半ばまでに、ニューロテクノロジー企業への投資総額は330億米ドル(約2600万ポンド)強に達した。

最も注目されている企業のひとつが、MuskのNeuralinkだ。マスクは1月29日、彼のニューロテック・スタートアップが初めて人間の脳に埋め込んだチップについて、「最初の結果は、有望なニューロンのスパイク検出を示している」とツイートした。このインプラントには1024個の電極があり、大きさは赤血球の直径よりわずかに大きい程度だという。Neuralinkによると「その小ささによって、(脳の)皮質へのダメージを最小限に抑えながら、糸を挿入することができるのです」。

このワイヤレス・インプラントは現在、医療機器として開発されており、さまざまな神経疾患を患う患者の生活の質を高めることを目的としている(Neuralink社の臨床試験には、四肢麻痺を患う22歳以上の人々が参加している)が、Musk氏はXで、最終的な目標は「考えるだけで、携帯電話やコンピューター、そしてそれらを通じてほとんどすべてのデバイスをコントロールできる」デバイスを作ることだと述べている。

実際、市販の神経画像装置はすでに市場に出回っている。例えば、カーネル・フローは、fNRIS技術を使って脳活動をモニターする市販のウェアラブル・ヘッドセットである。また、商業的ニューロイメージングで著名なEmotiv社は、集中力、注意力、ストレスの兆候について脳活動をモニターできるEEG技術を組み込んだイヤポッドを開発している。

ビッグデータの時代は、生体認証、遺伝学、オンライン・プレゼンスを通じて、人々の内面をますますパーソナライズされた複雑な近似値で把握することを可能にしたが、私たちの心の内面を捉えるほど強力なものはまだない。

しかし、HuthLab の研究が示唆するように、そしてマスクの宣言が主張するように、これは今やそれほど遠い未来のことではないかもしれない。ブレイン・コンピューター・インターフェイスの新時代の幕開けは、将来の世代を助けるだけでなく、害する可能性もあることを認識し、細心の注意と敬意をもって扱われるべきである。


本記事は、Nicholas J. Kelley氏、Stephanie Sheir氏、Timo Istace氏らによって執筆され、The Conversationに掲載された記事「The brain is the most complicated object in the universe. This is the story of scientists’ quest to decode it – and read people’s minds」について、Creative Commonsのライセンスおよび執筆者の翻訳許諾の下、翻訳・転載しています。



この記事が面白かったら是非シェアをお願いします!


  • intel logo
    次の記事

    Intel、ドイツ国内での特許紛争に敗訴し一部CPUの販売差し止めへ

    2024年2月8日 16:01
  • 前の記事

    星を殺す「ブラックホール風」が遠方の銀河で発見された

    2024年2月8日 12:12
    12116

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 が付いている欄は必須項目です


今読まれている記事