バイオニック・リムがビールを開ける方法を「学習」

アンドリュー・ルービンはSurfaceタブレットの前に座り、画面に映る白い骸骨のような手の動きを見つめている。ルービンの右手は1年前に切断されたが、上腕に装着した特殊な装置でこれらの動きを追っている。

腕に取り付けられた電極は、神経信号の発火パターンを記録する装置に接続され、ルービン氏は義肢を本物の手のように動作させる訓練を行っている。「手を閉じることを考えれば、前腕の特定の筋肉が収縮するはずです」と彼は言う。「ソフトウェアは、私が実際には持っていない手を曲げたり伸ばしたりするときに生じるパターンを認識します。」

ワシントン DC 出身の 49 歳の大学教授は、月に数回、ボルチモアの新興企業であるインフィニットバイオメディカルテクノロジーズまで車で通っている。同社はディープラーニングアルゴリズムを使用して、さまざまな手の動きに対応する上腕部の信号を認識している。

毎年15万人以上が事故や様々な医学的理由により手足を切断しています。その場合、ほとんどの人は、例えば手や足を制御するために、限られた数の信号を認識できる義肢を装着します。

しかし、インフィニット社と他の企業は、より優れた信号処理、パターン認識ソフトウェア、そしてその他の工学的進歩を活用し、ルービン氏をはじめとする人々の生活をより楽にする可能性のある新しい義手コントローラーを開発している。鍵となるのは、義手が受信できるデータ量を増やし、その情報の解釈を支援することだ。「ほとんどの患者にとっての目標は、開閉や手首の回転など、2つ以上の機能を実現することです。パターン認識によってそれが可能になります」と、インフィニット社のCEO、ラフル・カリキ氏は語る。「今では、義手全体のより多くの動作を捉えられるようになりました。」

カリキ氏の14人の従業員からなるチームは、他社の義手に組み込む電子機器を開発している。インフィニット社の電子制御システム「センス」は、上腕に取り付けられた最大8個の電極からデータを記録します。同社のタブレットアプリで長時間のトレーニングを行うことで、このデバイスはルービン氏が特定の動きをしたときに神経信号にエンコードされた意図を検知できるようになります。そして、センスは適切なグリップを義手に指示します。

先週金曜日、Infiniteのカリキ氏はFDA当局からSenseの米国での販売承認通知を受け取りました。カリキ氏は、11月末までに義肢への装着を開始したいと述べています。FDA当局は2017年に、シカゴに拠点を置くCoapt社による同様のシステムを承認しています。CEOのブレア・ロック氏によると、現在400人以上が自宅でこのシステムを使用しています。

ロック氏は13年前、ノースウェスタン大学付属のシカゴ・リハビリテーション研究所でエンジニアとしてキャリアをスタートしました。彼は、切断患者の神経損傷を修復する外科医と共に働いていました。そして、時が経つにつれ、体からより正確な信号を検出する方法を見つければ、より優れた義肢の開発が容易になることに気づいたとロック氏は言います。「生体電子信号を用いて、より自然で直感的な制御方法を提供することが新しい点です」とロック氏は言います。

以前の義肢では、電極が信号強度を記録していましたが、「オーケストラを聴いているのに、楽器の音量しか分からないようなものでした」とロック氏は言います。「信号の内容と忠実度を学習するには、かなりの労力が必要でした。」Coaptシステムは、切断者の義手の中で動作し、必要なカスタマイズの程度に応じて約1万ドルから1万5000ドルの費用がかかります。ロック氏によると、義肢の価格は1万ドルから15万ドルの範囲です。

ニコール・ケリーさんは約1年前、Coapt制御システムを搭載した新しい義肢を手に入れました。シカゴ在住の28歳の彼女は、今では料理にコショウを挽いたり、友達とトランプをしたり、ビールを開けたりできるようになりました。

「以前はできなかったこともたくさんありましたが、突然、ずっと楽にできるようになりました」と、左下腕のない生まれつきのケリーさんは言います。「義手は私の体ではありませんし、100％自然なものではありません」と彼女は言います。「この技術と私の体がコミュニケーションをとるには、学習が必要です。塩コショウ入れの最適な持ち方さえ、実質的に初めてなのです。」

Coaptシステムにはリセットボタンが付いており、グリップが思い通りに動かないと思ったら、パターン認識システムを再起動することができます。「何かおかしいと感じたら、いつでもリセットボタンを押せます」と、元ミス・アメリカに出場し、現在は障害者権利擁護活動家でもあるケリー氏は言います。彼女によると、手の再訓練には現在約2分かかります。

イノベーションはそれだけではありません。Infinite Biomedicalのエンジニアたちは、切断患者にRFIDタグを配布し、ドアノブ、台所用品、その他の家庭用品など、特定の握り方を必要とするあらゆる便利なものに貼り付けられるようにしています。義肢に搭載されたコントローラーがRFID信号を検知し、例えばドアノブを回すための握り方から新聞を手に取るための握り方へと自動的に切り替えるというアイデアです。カリキCEOによると、このプロジェクトはNIHの資金提供を受けて進行中です。

これらの技術はまだ新しく、誰もが利用できるわけではありません。使い方を習得するには多くの訓練が必要であり、もちろん、すべての保険会社が最先端の義肢やこれらの新しい制御システムの費用を負担してくれるわけではありません。しかし、アンドリュー・ルービンさんのような患者は、これらの進歩の多くがすぐに実現することを期待しています。今のところ、カップを手に取ってドアを開けたい場合、義肢の持ち方を変えるたびにスマートフォンアプリを使わなければなりません。

「ゆっくりとしたプロセスですが、最終的にはスマホに頼らずにグリップ交換ができるような方法を見つけられると思います」と彼は言う。ルービン氏は、ボルチモアにあるInfiniteでの毎週のトレーニングセッションや、本物の手のように痛みを感じるグローブを開発しているジョンズ・ホプキンス大学のバイオエンジニアリング研究所でのトレーニングセッションを楽しんでいるという。しかし、数年前に全身性敗血症を患い、足を切断したルービン氏は、右手で一眼レフカメラのシャッターを押したり、ボウルをバランスよく置いたり、あるいはペンで文字を書いたりできるようになることを望んでいる。Infiniteの新しいパターン認識システムを自宅で初めて試したルービン氏にとって、その目標はそう遠くない。

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