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100兆を超える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・インターフェイスとは、脳内の電気活動と外部装置、すなわちコンピュータとの間の通信のことである。ブレイン・コミュニケーション・インターフェイスは、最も一般的には脳波（EEG）センサーを通して脳信号を分析し、脳活動の結果を目的のデバイスに中継することで機能する。
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の研究から始まったと言える。EEGは長い年月をかけて改良され、さらに詳細なデータを取得できるようになった。また、血流を分析することで脳の活動を測定する機能的磁気共鳴画像法（fMRI）など、その他の進歩も脳の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・インターフェイス（BCI）は、初期の神経技術から得られた知識を活用して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、非侵襲的脳波計を使って人間の脳とコンピューター画面との間の通信を可能にする先駆的な研究を行った際に、初めて作り出したものである2。
脳波を検出するセンサーを灰白質に直接接触させるために外科的方法を利用する霊長類の実験も、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（頭蓋骨内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）を採用したヒトの臨床試験は、数十年前から行われている。最近では、コネクテッド・スマート・デバイスや、さまざまな機器間のリアルタイム相互作用を可能にするその他の技術が登場し、ブレイン・コンピュータ・インターフェイス（BCI）の可能性は急速に拡大している。
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ひとつは、その範囲の問題である。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課題であった。
人工知能の成長と普及の実現可能性が高まるにつれ、バーガー氏が想像もしなかったような方法で、この脳データを取り込み、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・コンピューティングよりも近接性に依存するエッジAIアプローチは、BCIデバイスが捕捉したデータ負荷を管理するためにエッジ・コンピューティングのリアルタイム・スピードを活用することで、特に効果的である可能性がある。
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テクノロジーは、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、利用者は自分の精神的健康についてより大きな自己認識を持つことができ、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高め、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われる可能性がある。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延長など、さまざまな応用が考えられる。
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、実用可能なブレイン・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ごく一部である。
耐久性
ボストンを拠点とする新興企業Neurable社は、ヘッドフォン、メガネ、ヘルメットなどの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。彼らの最初の商用製品は、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センサーが脳信号を処理し、AIを使って装着者の集中度を判断することで、ユーザーは自分が最も生産的なときと、精神的な休息が必要なときをよりよく理解できるようになる。このヘッドフォンはNeurableのアプリとペアリングし、ユーザーは自分の脳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。Cognixion ONEは、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た、非侵襲的な神経インターフェースを提供します。Cognixion ONEは、脳性麻痺、ALS、その他の神経学的疾患などのコミュニケーション障害を持つ人々に、より自然なコミュニケーションを可能にします。
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て、ユーザーの意図するメッセージをレンズ上に表示し、装着者が表現しようとしていることを他の人が見て理解できるようにする。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、視界を妨げ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操作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に耐えられるよう設計された生体適合性の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介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デコードしてニューラリンク・アプリに送り、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、同社の目標は、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ことである。
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実現可能とは限らない。脳組織に直接接続する場合、瘢痕組織が発生するリスクがあり、それが信号の妨げになる可能性がある。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、灰白質に直接接続すること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は、AIが対処することが期待される懸念事項でもある。必要とされる大量のリソースは、地球全体でエネルギー効率に焦点を当てている中で問題を引き起こす可能性がある。BCIが将来的に成功するためには、AIを活用した機械学習による大きなエネルギー需要を支える半導体性能やその他の技術の進歩が不可欠である。
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インパクトを与えている。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調達には事欠かない。現在進められている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®）プラットフォームにより、このようなデバイスはより迅速かつ正確に動作し、高度な機能に十分な電力を供給できるため、BCI技術の可能性が広がります。Ambiqが医療用アプリケーションをどのように実現するかについては、こちらをご覧ください。
情報源
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
ニューラブル｜マインド。ロック解除| よりスマートに、より長く | 2025
コグニッション｜2025年
