神経科学・BCI・生物

脳インプラントの課題とは？電極の劣化と信号を読み続ける難しさ

2026/6/26 （更新: 2026/11/3）

🤖 AIを使用して執筆

4社の装置は、電極の数と頭を開くかどうかで分かれる

2025〜2026年に規制の手続きを進める4社の装置は、電極の数が16本から1,024本まで違い、体を傷つける程度（侵襲度）も違う。Neuralink・Synchron・Precision Neuroscience の3社は設計の考え方がそれぞれ異なり、新興の Paradromics がそこへ加わった。

4社より前から、研究室が行う学術の試験も続いている。少数の研究室で埋植を受けた人は世界でまだ35人ほどとされ、技術としてはなお新しい¹。その一つが Utahアレイ（Blackrock の NeuroPort）をヒトに埋植する BrainGate 試験で、次節の劣化データは同じ系のアレイをサルで追ったものだ²。この試験では、脳幹梗塞による四肢麻痺の参加者1名が、埋植から1000日後もカーソルを操作できたという報告がある。ただし信号が取れたのは96電極のうち41本で、デコーダは評価の日ごとに学習し直している³。

Neuralink(PRIMEトライアル) は最も侵襲的な構成を選んだ。頭蓋に筐体を埋め、運動野（運動の指令を出す大脳皮質の領域）に64本の極細スレッドで1,024電極を差し込む。スレッドは専用ロボットR1が縫い込む⁴。PRIME 試験は、米国食品医薬品局（FDA、Food and Drug Administration）が2023年5月に認めた治験機器免除（IDE、Investigational Device Exemption。承認前の機器をヒトの臨床試験に使うための許可）の下で行われ、視覚と発話の2領域で FDA の Breakthrough Device 指定（重い病気に向けた有望な機器の審査を優先する制度）も受けている。同社は2026年1月の時点で、世界の試験に21名が登録していると発表している⁴。同じ発表で同社は、最初の参加者への埋植でスレッドの後退（thread retraction）が分かり、信号の質を一定に保つには手術と術後の改善が要ると知ったと書いている⁴。改善の後は続く20名中18名で信号の質が上がったとする一方、信号を時間とともに保つため、スレッドの保持を高める機械的な仕組みを検討中だともしている（いずれも同社の自己申告で、信号の質の数値は示していない）⁴。ただし、ヒトでの臨床結果を扱った査読論文はまだ一本もない（装置プラットフォームについては2019年に査読論文がある）。治験実施施設は Barrow Neurological Institute である。2025年10月、同施設の最高経営責任者（CEO、Chief Executive Officer）が、最初の3名の結果と安全性データを New England Journal of Medicine へ投稿済みだと述べた、と Bloomberg が報じている⁵。本稿執筆時点で、査読を通った公表には至っていない。

Synchron(COMMANDトライアル) は、頭を開かない構成を選んだ。頸静脈からカテーテルでステント状の電極(Stentrode)を運動野の静脈洞（硬膜の中を通り、脳の静脈血を集める通路）に留置する。電極は16本にとどまる⁶。電極の数を抑える代わりに、低侵襲性と「承認・量産しやすさ」を優先した設計である。COMMAND は、同社によれば恒久埋植型の BCI（Brain-Computer Interface）として初の、FDA が承認した IDE 試験であり、重度の両上肢麻痺6名全員が、埋植から1年の主要評価項目を満たした⁷。この主要評価項目は、死亡や恒久的な障害増悪に至る機器関連の重篤有害事象がないことである。同社の発表では、この12か月のあいだ運動意図に関わる脳信号を一貫して取り出せたとしている⁷。同社は2020年に Stentrode で FDA の Breakthrough Device 指定を受けており、その時点で「first-in-human 試験の安全性・有効性データを、米国での市販承認の評価につながる枢要(pivotal)試験のプロトコル確定に使う」と述べている⁸。

Precision Neuroscience は、Neuralink と同じ1,024電極を薄膜状アレイ(Layer 7)に並べ、低侵襲に留置する。2025年3月にその一時使用版(Layer 7-T)が510(k)クリアランス（既に販売されている機器と同等であることを示して FDA から販売の許可を得る手続き）を取得した（4月発表）⁹。ただし適応は30日未満の一時留置で、比較の相手となる先行機器は従来の硬膜下電極であり、それと同等だという判断である。慢性埋植のBCIそのものが認められたわけではない。Precision Neuroscience はこれを「次世代ワイヤレスBCIを開発する企業として初の完全なクリアランス」と位置づけている。Layer 7-T そのものは、FDA の決定文書によれば単回使用の受動素子で、無線機能もソフトウェアも持たない。同社の「初」は装置ではなく企業についての主張である。

新興の Paradromics(Connexus、421電極)は2025年6月、てんかん手術中の一時留置（20分未満）で初のヒト記録に到達したと発表し、発話の回復を狙う¹⁰。2026年6月には、FDA が IDE を承認した Connect-One 早期実現可能性試験で、長期使用を評価する第1例に到達した。被験者は運動ニューロン疾患で発話が困難な女性で、追跡は6年間を予定している。同年9月には、その第1例がこの装置でリアルタイムの発話と文字の意思疎通を行ったと発表している（正答率などの数値は示していない。2026年9月時点）¹¹。

電極の数が多い装置ほど先に治験へ進んだわけではない。4社のうち、FDA が最初に IDE 試験を認めたのは、電極が16本で頭を開かない Synchron だった（同社の発表で2021年7月。Neuralink は2023年5月）⁷。

電極が信号を失う原因と、信号が揺れる原因

電極を増やしても、埋めた電極が時間とともに劣化することは止まらない。劣化は、電極が信号を拾えなくなる経年劣化と、拾えている電極の信号が時間とともに変わる非定常性の二つに分かれる。

経年劣化では、古典的なUtahアレイの電極が数ヶ月〜数年でばらついて信号を失っていく。2013年に Barrese らが報告した、非ヒト霊長類に埋植した78アレイの長期追跡では、記録期間が0日から2,104日（約5.75年）まで散らばり、中央値は182日、故障の56%は埋植から1年以内に起きた²。最も多い故障は頭蓋上コネクタ由来の機械的なもので、緩やかな劣化の主因として著者らは絶縁材の故障を挙げている。生物学的な故障のうち最も多かったのは、アレイを脳実質から押し離す進行性の髄膜反応だった。

脳は異物を包み、電極の周りにグリア細胞（神経細胞を支える脳の細胞）の鞘ができて電極と神経細胞の距離が開く。この鞘を瘢痕と呼ぶが、原典が指す主因は瘢痕ではない。インピーダンス（電極の電気の通りにくさ）は早期に上がるがそれ自体は記録品質を落としていない。硬い電極と柔らかい組織の力学的ミスマッチについて原典が述べているのは、それがアレイの微小な動き(micro-motion)の原因に「なりうる」という留保付きの一文にとどまる。

著者らは、急性の中断がまったく起きなかった場合ですら、スパイク振幅（拾ったパルスの大きさ）と有効チャネル数（パルスを拾えている電極の数）の緩やかな低下から約8年で信号が完全に失われると外挿している。もっとも著者ら自身は同じデータを、急性の中断さえ無ければ最長で約8年は機能しうるという側からも読み、何年も記録できる可能性を示す結果としている。それでも、電極を増やしてこの劣化が止まるわけではない。

この論文が対策として挙げているのは、経皮コネクタを埋込型のワイヤレス系に置き換えること、髄膜反応を制御すること、絶縁材を改善すること、の三つで、「柔らかい電極」は挙げていない²。前節で見た4社のうち、Neuralink・Synchron・Paradromics は経皮コネクタを持たない構成を採っている。Neuralink は完全埋植の無線式だと同社は述べ⁴、Synchron は完全埋植で体外機器を無線制御し⁸、Paradromics は胸部のトランシーバから皮膚越しに無線送信する¹¹。3社は、経皮コネクタを無線に置き換える対策を採っていることになる。瘢痕を起こしにくい柔らかい電極は、それとは別の考え方による対策で、力学的ミスマッチが微小な動きを生むという作業仮説に基づく。

非定常性(non-stationarity) は、拾えている電極でも信号が変わっていくことを指し、この変化をドリフトとも呼ぶ。埋めた電極が周りの組織に対してわずかに動き、細胞が失われ、瘢痕が育つため、記録される信号は時間とともに変わる¹²。覚醒の度合いでも、記録される信号の強さは変わる¹³。同じ「右に動かす」意図が、昨日と今日で違うパターンとして現れる。この変化のため、生の神経信号をそのまま読むデコーダは不安定になり、その補正に機械学習が使われている。後述する多様体アラインメントがその実例にあたる¹²。

人工知能（AI、Artificial Intelligence）はもう一つ、出力の速さを補う役割でも使われている。Neuralink の被験者の一人（ALS、Amyotrophic Lateral Sclerosis＝筋萎縮性側索硬化症。運動神経が衰えていく病気で発話できず、本人の申告によれば3人目）は、X への返信の草稿を Grok に書かせている¹⁴。この事例で原典が測っているのは通信速度であって（The generative AI is speeding up the rate at which he can communicate）、デコーダへの統合でもドリフト補正でもない。

残った電極を基準に、揺れる信号を写し直す

信号の揺れを補う手がかりは、「神経多様体」という見方にある。運動野の集団活動は、電極を多数並べても、実効的にはごく低い次元に収まる。Gallego らの総説は、サルが手首で力を出す課題で1回の記録から得た68個の神経細胞の活動を例に、10モードで活動の変動（分散）の約7割を説明できることを図で示している¹⁵。モードは多数の神経細胞の活動の決まった組み合わせである。神経多様体は、多数の神経細胞の活動が実際にとる低い次元の広がりを指し、平面のような線形の形に限らない。

低次元に収まるという点は、確定した事実というより、近年有力になってきた一つの見方である。同論文自身、この低次元性は実験課題の単純さに制約された結果でもあり、より自然で複雑な行動を記録すれば変わりうると断っている。そして総説は、すべての運動行動が一つの普遍的な多様体の上にあるという可能性を置いたうえで、その見方に立てば recording larger populations of neurons may not yield new insights と書く¹⁵。真の多様体が見えるのは、自然で複雑な行動の最中の集団活動を記録したときだ、と総説は続ける。これは多様体を見つけるという科学の側の話であって、BCIの制御性能を測ったものではない。

多様体アラインメントは、この見方を BCI に使う手法で、安定した一部の電極を使って、たとえ記録が大きく乱れても神経活動を「同じ低次元空間」に写し直す。非ヒト霊長類のカーソル制御では、記録に急激で深刻な乱れを人為的に加えたあとでも、この方式で熟達した制御が回復した。5日間にわたって乱れを加え続けながら、写し直しを行うプログラム（安定化器）を連続稼働させる、臨床運用に近い設定でも同じことが起きている¹²。ただしこの方式は、記録の安定した電極が残っていることを前提にしている。

電極が残っても、次に問われるのが機能的安定性、すなわちデコーダが絶え間ない再校正なしに動き続けられるかである。問うべきは「埋め込みが物理的に生き残るか」だけでなく、「信号が解釈可能なまま、校正を増やし続けずに使えるか」でもある。査読を経たヒトでの報告は、再校正を続けながら長く使えた例と、再校正なしで数か月使えた例に分かれ、どちらも被験者は1名である。1,024電極の Neuralink も2026年10月に、デコーダは時間とともに性能が落ち、参加者は操作を保つために平均で週55分を校正に使っていると書いた¹⁶。同社は、ラベルの無い大量の記録で事前学習したデコーダで、3週間を超えて性能を保った例があるともする（いずれも同社の自己申告で、査読は経ていない）¹⁶。

再校正を続けながら使われたのは、BrainGate2 試験で ALS の参加者1名に埋植した発話 BCI である。この BCI が、埋植後8.4か月にわたって97.5%の精度を保ったと査読誌に報告されているが、それは訓練データを追加しながら得た値である¹⁷。同じ参加者の続報では、4枚のアレイのそれぞれで9割を超える電極が、埋植から19か月を超えてもスパイクを拾い続けた¹³。ただしその間も、デコーダは神経活動のゆっくりした変化を補うためにバックグラウンドで絶えず再校正されていた¹³。その材料は利用者が普段の使用で正しく復号されたと評価した文で、毎日の始めに促されて話そうとする校正文は、本人の判断で0〜20文にとどまった¹³。利用者が文ごとに付けた精度の自己評価は数か月にわたって比較的安定し、全体としては時間とともに上向いた¹³。

再校正なしの例として、ALS の参加者1名に慢性埋植した皮質表面電極（ECoG、Electrocorticography。脳に刺さず、大脳皮質の表面に置く電極）では、6つの音声コマンドの識別が、再訓練も再校正もせずに3か月にわたり中央値90.59%の精度を保ったという査読報告もある¹⁸。

装置の進歩は、電極数の桁やAIの規模のほかに、電極の劣化と信号の揺れに対処する設計の側でも起きている。体の外へ配線を出さないハードウェア（電極数の多い装置もこれを採る）と、ドリフトに頑健なアルゴリズムがそれにあたる。ただし皮質表面電極の報告では、著者らは安定の理由を、記録した信号そのものが安定していたことに求めている。新しい装置の報告を読む側は、電極の数に加えて、使える電極が何か月・何年でどれだけ残ったかと、その間に再校正をどれだけ続けたかを見る。

この記事はAIを使用して執筆されました。内容には誤りが含まれる可能性があります。事実や数字の出典は脚注から確かめられます。