次世代の脳制御チップは光遺伝学を応用している。左はプロトタイプ、右はさらにバージョンアップしたもの
次世代の脳制御チップは光遺伝学を応用している。左はプロトタイプ、右はさらにバージョンアップしたもの / Credit:KAIST
brain

マウスの精神をスマホで操作できる「脳制御チップ」のワイヤレス充電化に成功!

2021.01.31 17:00:13 Sunday

精神を操作する次世代の制御チップが登場しました。

1月22日に『Nature Communications』に掲載された論文によれば、マウスの精神を操作可能な脳制御チップにワイヤレス充電機能を加えると共に、チップを従来の硬い素材から有機的な柔軟性をもつ素材にバージョンアップすることに成功したとのこと。

脳制御チップは、感情を含む広範な精神状態を変更できるツールとして知られていましたが、今回の研究によりさらなる発展と幅広い応用の可能性が開けるでしょう。

また今回開発された脳制御チップは脳を電極ではなく光で制御するという、脳にやさしいチップとなっています。

脳制御チップの最前線はどうなっているのでしょうか?

Wirelessly rechargeable soft brain implant controls brain cells https://www.sciencedaily.com/releases/2021/01/210126113658.htm
Soft subdermal implant capable of wireless battery charging and programmable controls for applications in optogenetics https://www.nature.com/articles/s41467-020-20803-y

遠隔操作可能な脳制御チップ

プロトタイプでは精神薬を直接脳内に注入する交換可能なカートリッジが備えられている
プロトタイプでは精神薬を直接脳内に注入する交換可能なカートリッジが備えられている / Credit:KAIST

近年の急速な脳科学の進歩により、脳と機械との急速な融合が進んでいます。

精神を操作する神経インプラントは、ブラックボックスとされてきた脳機能を解き明かす強力な研究ツールになるだけでなく、医学的な用途にも利用でき、人類の未来に多大な影響を与える可能性を秘めています。

ただ既存の神経インプラントは主に電池で動いており、電池切れとなると再び頭蓋骨を開いて電池を交換する必要があります。

そこで研究者たちは今回の研究に先立ち、プロトタイプと言える複合機能を備えた制御チップを開発しマウスの脳に取り付けました。

このプロトタイプは電磁波を使ったワイヤレス充電が可能であり、電池交換のたびにマウスに苦痛を与えずにすみます。

また脳の刺激に電気ではなく、チップから伸びるファイバーが発する「光」を使います。

通常、脳細胞は光には反応しませんが、チップが移植されたマウスは遺伝子に細工がほどこされており、特定の脳細胞が光によって機能のオン・オフができるようになっています。

またプロトタイプチップには4種類の異なる精神薬を含んだカートリッジも組み込まれています。

このカートリッジは内部の精神薬を使い果たしても、簡単に交換することが可能となっており、永続的にマウスに薬を投与することが可能です。

さらに、従来の脳制御チップにはなかった通信機能も組み込まれており、スマートフォンアプリによって遠隔制御ができるようになっています。

研究者たちは世界のどこにいても、好きな時にマウスの脳細胞の機能をオンまたはオフにし、4種の精神薬を希望する量だけマウスの脳に注入することが可能となったのです。

この新たな多機能脳制御チップは脳科学にとって画期的な実験ツールと言えるでしょう。

ですが今回、研究者たちはこの多機能チップにさらなるバージョンアップを行いました。

いったいどんな進歩があったのでしょうか?

次世代チップはコカインよりも強力な脳制御が可能

新たな脳制御チップはマウスの頭部に格納可能。一部刺激的な写真のためぼかして表示しています。
新たな脳制御チップはマウスの頭部に格納可能。一部刺激的な写真のためぼかして表示しています。 / Credit:Nature Communications

バージョンアップによって最も変化したのはチップの大きさと柔らかさです。

新バージョンの脳制御チップは素材を有機的な柔らかいものに変更しました。

また必ずしも必要でなかった精神薬カートリッジを排除することでチップの小型化と薄型化に成功します。

これら多数の改良により、プロトタイプでは不可能であった、マウスの頭部にチップの全てを埋め込むことが可能になりました。

残る問題は、従来通りの性能(制御機能)を発揮できるかです。

そこで研究者たちはマウスに多量のコカインを与えました。

コカインはマウスの脳に多大な影響を与え、コカインに特徴的な強力な反応を引き起こします。

しかし研究者がスマートフォンでマウスの脳に埋め込まれた制御チップを起動すると、コカイン関連の行動が全て失われ自然な動きに戻りました。

この結果は、新バージョンの脳制御チップはコカインの効果を打ち消せるほどの強い精神制御能力をもっていることを示します。

スマホで自分や他人の精神を操作する

脳制御チップが搭載する遠距離操作機能があれば好きな時にマウスの精神を改変できる
脳制御チップが搭載する遠距離操作機能があれば好きな時にマウスの精神を改変できる / Credit:Nature Communications

今回の研究により、脳制御チップの小型化・柔軟化・ワイヤレス充電化が成し遂げられました。

また新たな制御チップには、コカインの効果を打ち消すほどの強力な精神制御能力があることも示されました。

先行する電気刺激型の脳制御チップを用いた他の実験では、重度のうつを数分で治す(寛解)ことにも成功しており、これらの結果は、脳に対する直接的な刺激が従来の薬物治療に比べて圧倒的な治療効果をもつ可能性を示唆しています。

また遺伝学の進歩により体の局所的な部位の遺伝子を自由に書き換える技術も進歩しており、光刺激に必要な遺伝子組み換えも遠くない将来、脳の狙った場所に対して実現できるでしょう。

コメントを書く

※コメントは管理者の確認後に表示されます。

0 / 1000

人気記事ランキング

  • TODAY
  • WEEK
  • MONTH

脳科学のニュースbrain news

もっと見る

役立つ科学情報

注目の科学ニュースpick up !!