ハーバード・メディカル・スクールによれば、人間の脳は非常に複雑で、推定860億個のニューロンが100兆個以上の結合を形成しているという。 何十年もの間、脳とそこから収集されるデータの解読は神経科学者や研究所に委ねられていたが、ブレイン・コンピューター・インターフェイス（BCI）技術の台頭のおかげで、脳データはかつてないほどアクセスしやすくなっている。
これらの革新的なデバイスは、神経活動をリアルタイムの実用的な洞察に変換し、ユーザーが自分の精神状態をよりよく理解し、集中力を高め、ストレスを監視し、全体的な幸福をサポートできるようにする。
ブレイン・コンピューター・インターフェイスとは何か？
A ブレイン・コンピューター・インターフェイスとは、脳内の電気活動と外部機器、つまりコンピューターとの間の通信のことである。 脳コミュニケーション・インターフェースは、脳信号を分析することで機能する。最も一般的なのは脳波（EEG）センサーで、脳活動の結果を目的のデバイスに伝える。
現代のニューロテクノロジーは、100年前のハンス・ベルガーのEEG（脳波計）の研究から始まったと言っても過言ではない。 また、血流を解析して脳の活動を測定する機能的磁気共鳴画像法（fMRI）などの進歩も、脳機能の理解に大きく貢献している。
BCI技術の進化
ブレイン・コンピューター・インターフェイス（BCI）は、初期のニューロテクノロジーから得られた知識を活用し、次のステップに進み、脳と外部機器との間の直接的な通信リンクを提供する。 この言葉は、1970年代にジャック・ヴィダルが、人間の脳とコンピューター画面との間のコミュニケーションを可能にするために、非侵襲的脳波計を使用するという先駆的な研究を行った際に初めて作った言葉である2。
脳波を検出するセンサーを直接灰白質に接触させる外科的方法を利用した霊長類の実験も、これに続いて行われている。 外科的方法、非侵襲的方法、部分的侵襲的方法（頭蓋骨の中にデバイスを埋め込むが、脳の外側にデバイスを埋め込む）を用いた人体実験は、何十年も前から続けられている。 近年、コネクテッド・スマートデバイスや、様々な機器間のリアルタイムインタラクションを可能にする技術が登場し、ブレイン・コンピュータ・インターフェイス（BCI）の可能性が急速に広がっている。
AIによる脳理解の進展
科学者が脳からの信号を直接記録し、解釈する際に一貫して直面してきた主な課題の一つは、範囲の問題である。 脳は膨大な量の情報を生成するため、電気インパルスの氾濫に対応し、それらを理解することは困難な作業だった。
人工知能の成長と普及の実現可能性が高まるにつれて、バーガーが想像もしなかったような方法でこの脳のデータを収集し、集約するための明確な道筋が見えてきた。 一般的なクラウドベースのコンピューティングよりも近接性に依存するエッジAIのアプローチは特に効果的で、エッジコンピューティングのリアルタイムのスピードを活用して、BCIデバイスによって取り込まれたデータ負荷を管理することができる。
BCIアプリケーション
脳からの情報を直接取り込み、それを行動に移す能力は、非常に大きな可能性を秘めている。 以下に挙げるのは、ブレイン・コンピューター・インターフェイスの研究が医療技術企業の探求に役立っている可能性のほんの一部である。
メンタルヘルス
BCI技術は、不安、注意欠陥多動性障害（ADHD）、うつ病、心的外傷後ストレス障害（PTSD）などを抱える人々にとって強力な神経治療ツールであり、メンタルヘルスを自己調整するのに役立つ。 異常な脳波パターンをリアルタイムで視覚的にフィードバックすることで、ユーザーは自分の精神的な健康状態について自己認識を深め、より健康的でバランスの取れた神経活動を採用するよう脳を徐々に訓練することができる。
アシスト・コミュニケーション
筋萎縮性側索硬化症（ALS）のような進行性の病気で話す能力を失った人であれ、怪我による麻痺で話すことが困難な人であれ、BCIはその人のコミュニケーションを可能にするために大きな進歩を遂げている。
認知機能の改善
BCIは、人のアルファ活動を増加させ、記憶力、注意力、全体的な認知力を刺激する直接的なニューロフィードバックを提供するために使用される可能性がある。 これは、パイロットの注意力維持や脳卒中患者の回復時間の延長など、さまざまな形で応用できるだろう。
病気の検出
脳と直接相互作用するデバイスは、ある種の神経疾患や精神疾患の診断に役立ち、場合によっては損傷部位と直接関わることで解決策の一部になりうる。
現在のブレイン・インターフェイス・デバイス
研究室以外でも、実用的なブレイン・コンピューター・インターフェイス・デバイスを開発するために、数多くの取り組みが行われている。 以下は、この技術を追求する企業のほんの一例である。
耐久性
ボストンを拠点とする新興企業Neurableは、ヘッドフォン、メガネ、ヘルメットといった日常的なデバイスを活用し、非侵襲的でシームレスなBCIへのアプローチを模索している。 同社初の商用製品は、イヤーパッドに埋め込まれた12個のEEGセンサーを使用するヘッドフォンである。
EEGセンサーは脳信号を処理し、AIを使用して装着者の集中レベルを判断するため、ユーザーは自分が最も生産的なときと精神的な休息を取る必要があるときをよりよく理解することができる。 このヘッドフォンはNeurable社のアプリとペアリングし、ユーザーは自分の脳のデータにアクセスして、どうすればよりスマートに仕事ができるかについての洞察を得ることができる。
コグニクシオン
Cognixion ONEは、世界初の拡張現実ウェアラブルスピーチ™付きブレイン・コンピューター・インターフェイスとして販売されている。 非侵襲的な神経インターフェースを提供し、非言語的な人々のコミュニケーションをより効果的に支援することに重点を置いている。 Cognixion ONEは、脳性麻痺、ALS、その他の神経疾患などのコミュニケーション障害を持つ人々が、より自然にコミュニケーションを取れるようにする。
このメガネは、文脈を認識する予測キーボードと視線追跡技術を使用し、ユーザーの意図するメッセージをレンズ上に表示する。 この革新的なARメガネは、現在の技術にありがちなワイヤーやコンピューターモニターを排除し、ユーザーに機動性を与え、視界を遮ることなく他人と会話することを可能にする。
ニューラルリンク
イーロン・マスクが設立したニューロテクノロジーの新興企業、ニューラリンクは、四肢麻痺患者が脳の活動でデバイスをコントロールできるようにすることを目的とした、埋め込み型BCI神経チップである。 N1インプラントと呼ばれるこのチップは、人体よりも過酷な条件下でも耐えられるように設計された生体適合性のある筐体に収められている。 小型バッテリーを使用し、体外からコンパクターを経由してワイヤレスで充電される。 ニューラリンクは、先進的な低消費電力チップとエレクトロニクスを採用し、神経信号をワイヤレスでニューラリンク・アプリにデコードし、脳の信号を行動に移す手助けをする。 まだ初期の臨床試験段階だが、最終的には個人の運動機能を回復させ、生まれつき目が見えない人の視力を回復させるのが同社の目標だ。
BCIの限界
BCIの主な焦点の一つは、脳の信号を検出するセンサーである。 近ければ近いほど良い傾向にあるが、侵襲的なアプローチは必ずしも魅力的ではなく、実現可能でもない。 脳組織に直接接続する場合、瘢痕組織が発生し、信号が妨げられる危険性がある。 多くの有望な非侵襲的または部分的侵襲的アプローチが存在するが、灰白質への直接接続の利点を再現することは難しい。
前述したように、大規模なデータセットの管理と解釈も、AIが有望視されている問題である。 膨大な量の資源が必要となるため、地球全体でエネルギー効率に焦点を当てる際に問題となる可能性がある。 半導体の性能や、AIを活用した機械学習が必要とする多大なエネルギーをサポートするその他の技術の進歩は、BCIの将来の成功を確保するために不可欠である。
BCIの将来展望
現在のAIモデルにはいくつかの欠点があるが、すでに脳とコンピューターのインターフェイスに測定可能な影響を及ぼしている。 AIとそれを支える技術をより効率的で信頼性の高いものにするための資金には事欠かない。 現在進行中の取り組みのほんの一部でも成功すれば、人間の思考を置き換えるだけでなく、BCIの助けを借りてそれを最大限に引き出すことに焦点が置かれる近未来を想像するのは難しくない。
Ambiqの貢献は？
メーカーがより小型で制約の少ないフォームファクターでBCIを実現する方法を模索する中、エッジAIは魅力的な選択肢となる。しかし、BCI技術を実現可能なだけでなく実用的なものにするには、高性能コンピューティングとエネルギー効率が必要になります。Ambiqは、このようなエッジテクノロジー向けに、高性能コンピューティングと比類のないエネルギー効率を実現する超低消費電力システムオンチップ（SoC）を幅広く提供しています。
独自のサブスレッショルド・パワー・オプティマイズド・テクノロジー（SPOT®）プラットフォームのおかげで、このようなデバイスは、高度な機能のために十分な電力を供給しながら、より迅速かつ正確に動作し、BCI技術の可能性を広げることができる。 ambiqがどのように医療用アプリケーションを実現しているかについては、こちらをご覧ください。
Sources:
脳内結合のマッピングを目指す神経科学の新分野｜ハーバード大学医学部｜2023年1月19日
脳とコンピューターの直接コミュニケーションに向けて｜年鑑｜1973年
耐久性｜心。 アンロックされた。 | よりスマートに、より長く | 2025
コグニッション｜2025年
