メモリハッカー

南カリフォルニア大学ロサンゼルス校のウェットラボ 412C で、ビジェイ・スリニバサンは、長くて不気味な針を、指の爪の半分ほどの大きさのネズミの脳の切片に突き刺している。彼の周囲には、巨大な顕微鏡のそばにケーブルのコイルが積み重なっている。ガラスの小瓶と液体の入ったプラスチックの皿が、予備のキーボードやコンピューターチップと場所を争っている。この場所は、世界クラスの研究室というよりは、コンピューター修理工場のようだ。

「これを見てください」と、南カリフォルニア大学の神経工学センターで設計エンジニアとして働くスリニヴァサンは言う。針と、箱型の信号送信機に接続された小さなシリコンチップの間には細いワイヤーが通っている。彼がスイッチを入れると、近くのスクリーンに一連の小さな波が揺らめく。私にとってはまったく意味のない波だ。何を見るのか？不思議だ。

スリニヴァサン氏は、チップが針を通して脳スライスに電気パルスを送り、それが私たちが見ているスクリーンに伝わると説明する。「波の変調の違いは、脳スライスから送られた信号を反映しています」と同氏は言う。「そして、その周波数とパターンはチップから送られたパルスとほぼ同じです。」もっと簡単に言えば、この約1ミリメートル四方の鉄灰色のウェハーは、実際の体の一部であるかのように生きた脳細胞と対話しているのだ。

スリニバサン氏の上司であり、コイルと電極の絡み合った装置の立役者であるテッド・バーガー氏は、脳科学の未来を少しではあるが深く垣間見る機会を提供するためにこのデモンストレーションを企画した。生きた細胞と会話できるこのチップの能力は、脳の言語を流暢に話す埋め込み型機械、つまり脳損傷を受けた人の記憶を復元したり、新しい記憶を作ったりする機械への劇的な第一歩だとバーガー氏は考えている。

バーガー氏の壮大な構想が実現すれば、アルツハイマー病の治療はハードウェアを少しアップグレードするだけの簡単なものになるだろう。苛立たしい副作用を伴う複雑な投薬療法はもう必要ない。外科医がコンピューター化された脳細胞をいくつか移植するだけで、問題は解決する。

廊下の先にあるオフィスで、バーガー氏が立ち上がって私に挨拶した。56 歳のバーガー氏は、白髪がちらほら生えた堂々とした男性で、年老いたアスリートのようながっしりとした体格と、CEO のような厳格な態度を兼ね備えている。シリコンの塊が本当に脳細胞の代わりになるのだろうか？と私は尋ねた。「本質的に信号処理の問題を解決するのに、心の壮大な理論は必要ありません」と彼は言う。「修理工が壊れた CD プレーヤーを修理するのに、音楽を理解する必要はありません。」

チップが何を言っているかは誰にもわからない。会話の内容は重要ではない、とバーガーは続ける。これは、世界初の記憶インプラントのプロトタイプを作った男の、機械的な話にすぎない。基本的には、記憶の形成に不可欠な海馬の脳細胞のハードウェア版だ。このチップは、他の人工器官が失われた手足の代わりをしたり、聴力を改善したりするのと同じように、損傷したニューロンを置き換えることを目的としている。「脳の効率とパワーの10パーセントでも模倣できれば、それは途方もないことだ」とスリニヴァサンは後に私に語った。

バーガーの研究チームは、全国から集まった神経科学者、数学者、コンピューターエンジニア、バイオエンジニアのオールスターメンバーで構成されているが、これまでのところ、脳の活動のほんの一部しか再現できていない。彼らのチップは、人間の脳にある約1000億個のニューロンと比較すると、12,000個未満のニューロンをモデル化している。しかし、この分野の研究者たちは、このわずかな数でさえ、神経工学の分野における驚くべき成果であると述べている。「これは、世界を変えることができるタイプの科学です」と、ダートマス大学でニューコム学際計算科学研究所を率いる脳科学教授のリチャード・H・グレンジャー・ジュニアは述べている。「記憶の複製は、私たちが生きている間に実現するでしょう。そうなれば、思考が組織からどのように生じるのかを理解できるようになる寸前です。言い換えれば、意識が本当に意味するものを理解できるようになります。」

周縁から先駆者へ

晩夏のこの穏やかな午後、バーガーは私を外へ連れ出し、レモンイエローのジャガー コンバーチブルでサンタモニカ フリーウェイをドライブした。私たちは、ウェット ラボ 412C から南に 30 分ほどのマリナ デル レイにある南カリフォルニア大学の情報科学研究所へ向かっている。そこでは、コンピューター プログラマーたちがバーガーのチップの微調整を手伝ってくれている。18 輪トラックを疾走させながらバーガーが言うには、最大の課題はチップを完全に双方向にして、本物の細胞のように信号を生成および受信できるようにすることだという。

バーガー教授の教授らしい独白は、彼の派手なスタイルと妙に矛盾しているようだ。こめかみからなびく髪、デザイナーブランドのシャツ、スポーツカー。これらすべてが、彼に、ネズミの脳について考えることに日々を費やす研究者ではなく、ドットコム億万長者の風格を与えている。「正直に言うと、我々のやっていることに対する一般的な反応は、わあ、これは本当にすごいけど、君たちは頭がおかしいよ、というものだ」と彼は言う。

バーガー氏はこの評判に慣れてしまっている。キャリアの大半を自分の分野の周縁で過ごしてきたが、近年その周縁が最先端になるのを目の当たりにしてきた。1970年代、ハーバード大学の生理心理学の大学院生だった若き日、バーガー氏は権威ある科学誌「サイエンス」に、瞬きに関する今では古典となった研究を発表し、競争の激しい神経科学の分野で変わり者の神童としての地位を確立した。1976年に26歳で博士号を取得するまでに、論文を10本発表し、ニューヨーク科学アカデミーから賞を獲得した。しかし、学問の世界の地位を昇り詰めるにつれ、同僚たちの常識に次第に不満を感じるようになった。「脳の問題はすべて薬や手術で解決できるという考えでした」とバーガー氏は回想する。1980年代に彼は別の道を切り開き始めた。

当時、ほとんどの神経科学者は、脳を、よく理解されていない生化学的相互作用の沼地とみなしていました。しかし、バーガーは、ニューロンがさまざまな刺激にどう反応するかに基づいて、高次の認知機能を一連の数式に簡略化しようとしました。この数式は、何らかの形の人工装置にコード化できます。日常会話でも、バーガーは脳の神秘性を解き明かそうとしているようです。「脳の細胞は、直径 20 ミクロンの塩水の漏れやすい袋にすぎません」と彼は笑いながら言います。

しかし、職業上の野心を超えて、バーガー氏の独特のビジョンに最もインスピレーションを与えたのは、神経チップの医療および治療の可能性である。記憶細胞を再生できる機械は、脳疾患に苦しむ何百万人もの米国人の生活を変え、彼らを介護する家族に安らぎをもたらすだろう。1999年、その可能性はバーガー氏にとって個人的に重要なものとなった。彼が世界中の会議で基調講演をしていたとき、彼の母親が脳卒中を起こし、海馬損傷に典型的な奇妙な神経学的症状を発症した。「母は話すことはできなかったが、笑ったり歌ったりすることはできた」と、ニューヨーク州ポキプシーで電気技師の父の息子として育ったバーガー氏は回想する。2005年に母が病気になり、その結果亡くなったことは、彼の研究に深く根付いた影響を及ぼした。「突然、私の研究は、解決すべき単なるクールな実験室の問題以上のものになった」とバーガー氏は言う。 「私は今、脳チップを神経科学の大きな謎の一つを解くものとして考えるのではなく、主に脳卒中、てんかん、認知症の患者の生活の質を向上させるという観点から考えています。」

アルツハイマー協会と国立老化研究所によると、現在、推定 450 万人のアメリカ人がアルツハイマー病に苦しんでおり、年間約 1,000 億ドルの費用がかかっている。「そして、私の世代が年を取るにつれて、その数字は上がる一方です」と、アルツハイマー病や記憶障害を引き起こすその他の脳障害の悲惨な統計をすらすらと語れるバーガー氏は言う。さらに 530 万人のアメリカ人が外傷性脳損傷の被害者であり、これは記憶喪失、てんかん、パーキンソン病など、海馬に影響を与えるさまざまな神経機能障害を引き起こす可能性がある。

バーガーはかつては研究パートナーを集めるのに苦労したが、研究室での最近の成功と、自身の研究の医療的可能性の高まりにより、彼は研究の中心人物となった。現在、彼は全米科学財団の神経補綴に関する審査委員会を率いている。脳とコンピューターのつながりを調査する国家プロジェクトのリーダーとして、彼は65人からなるチームに国内で最も著名な科学者の何人かを引き付けている。USCのトップクラスのバイオメディカルエンジニアの1人であるヴァシリス・マルマレリスが彼のチップのモデリング理論を開発し、現在、バーガーが指揮する神経工学センターがある同大学のロサンゼルス研究所で実証実験が行われている。そして、薬理学の全国的専門家であるサム・デッドワイラーは、今年後半にウェイクフォレスト大学で生きたネズミの脳でチップをテストする予定である。バーガーはもはや周縁の存在ではない。

心と機械の融合

科学者の脳の基本構造を解明する能力が高まり、損傷した感覚器官を補うことができるインプラント機械がすでにいくつか開発されている。たとえば人工蝸牛は聴覚障害者に聴覚を与え、人工網膜は現在患者を対象に試験中である。

しかし、人間におけるこれまでの最も劇的な成果は、ブラウン大学の脳研究者ジョン・ドナヒューと彼の同僚が開発中のニューロセンサーである。このセンサーを脳の運動皮質領域に置くと、四肢麻痺患者は、そうすることを考えるだけで義手を開いたり閉じたりできるようになる。ブレインゲートと呼ばれるこの技術により、ソフトウェアチップに埋め込まれたアルゴリズムを使用して、脳から送られる電子信号（「この手を動かしたい」）を機械が運動活動に変換することができる。「可能性は無限です」と、マサチューセッツ州フォックスボロのサイバーキネティクス・ニューロテクノロジー・システムズのエリザベス・ラジーは言う。同社は2009年までにブレインゲートを市場に投入したいと考えている。

サイバーキネティクス社の研究はバーガー氏の研究と類似点がある。どちらも脳の信号をコンピューターが解釈・翻訳できるコードに変換する。しかしバーガー氏はより困難な課題に取り組んでいる。ブレインゲートは心と機械を一方通行でつなぐ。つまり、ユーザーはコンピューターと話すことはできるが、その逆はできない。バーガー氏の脳チップは双方向で動作し、損傷した細胞を橋渡しする役割を果たす。

脳の機能、そして感情や記憶などの概念を伝えるために脳が使用する内部言語を数学的に模倣するという課題は、脳細胞が一種の秘密の電気コードで会話するという事実によって複雑化しています。1 つの細胞が電気パルスを通じて他の細胞と「会話」しますが、そのメッセージは発火の時間と頻度によって異なります。これらの時空間パターンにより、たとえば、室内の物体間の距離を測り、その周囲を移動することができます。

これらのパターンを測定し、その結果をコンピュータ チップが理解できる言葉でプログラミングするのが、回路の専門家であり、マリナ デル レイの ISI にあるバーガーの学際的研究チームの一員であるジョン グラナッキの仕事です。グラナッキのオフィスに向かうエレベーターの中で、バーガーは「彼らは本当に最先端です。インターネットを発明したのは彼らです」と自慢します (実際、グラナッキが後で私に説明したように、彼らは 1970 年代に学術的なプロト Web である ARPANET の西海岸部門をホストしていましたが、それに近いものです)。

グラナッキ氏に会ったとき、彼はチノパンと糊の利いたボタンダウンシャツを着ていた。長方形の縁なし眼鏡が鼻から滑り落ちていた。私たちが席に着くとすぐに、彼とバーガー氏はチップの生産スケジュールや新しい数学モデルについて仕事上の話をし始めた。突然、部屋の中で英語を話しているのは私だけのような気がした。

グラナッキ氏は過去 4 年間、バーガー方程式を電気パルスに変換できる回路の開発に取り組んできた。大きな機械的なハードルは、トランジスターが発する熱量を減らして、チップが健康な脳細胞を損傷しないようにする方法を見つけることだった。解決策は、家庭用デスクトップで計算を行うのと同じ種類のデジタル回路のより複雑なバージョンを作成することだったが、はるかに小型だった。

グラナッキのチームの上級電気技師、ジェフ・ラコスが、メモリ チップの実用モデルを私に手渡した。ウェット ラボ 412C で見たものと似ており、羽よりも軽く、手のひらに収まる。ラコスによると、このチップは 100 個のニューロンで構成されており、生きた脳組織から個別にアナログ信号を受信し、それをデジタル信号に変換し、さらにそれをアナログ信号に再変換して反対側の健康なニューロンに中継する。「まだ少し調整が必要です」とラコスは上司に目をやりながら注意する。「でも、ほぼ完成していると言っていいでしょう」

考えるより行動する

バーガー氏と彼のチームは、高い野望と最近の進歩にもかかわらず、脳がどのように情報を処理し、分類するかを他の神経科学者よりもよく理解しているわけではない。これが、多くの神経科学者が彼の研究を批判する理由の 1 つだとバーガー氏は認めている。「彼らは私に、記憶とは何かを知らないと言います。それは事実です」と彼は言い、私と一緒に駐車場に向かって歩きながら言う。「そして、私が理解していないものをどうやって置き換えることができるのかと尋ねます。」

バーガーの答えは簡単だ。ただやってみるだけだ。今年後半、ウェイクフォレスト大学のバーガーの同僚たちは、薬物で一時的に記憶を失わせた生きた実験用ラットに、より複雑なチップを取り付ける予定だ。もし動物の脳が、ウェットラボ412Cのラットの脳切片と同じ規則性でコンピューターから送られた信号に反応すれば、それは「記念碑的な」瞬間になるとバーガーは言う。「記憶などの高次認知機能を失った脳の中心部をマイクロチップで置き換えることができることを証明することになる」と彼は言う。

研究チームは4年以内に、人間にさらに近い脳を持つサルの頭蓋骨の下にチップを埋め込むことを目指している。バーガー氏は、損傷した記憶細胞を実際に置き換えることができる人工デバイスの人間への試験が15年以内に行われると予測している。

当然のことながら、バーガーの脳に対する野心は論争を招く傾向がある。知識を受け取って記憶する部分である認知の曖昧な領域は、長い間、研究室で再現することは不可能と思われてきた。結局のところ、人間をユニークにしているのは、誰一人として同じように考えないという事実であり、それは機械のような標準化を本質的に拒む、個人の連想パターン、個人の記憶、思考プロセスの結果である。

だからこそ、「バイオニック脳」という概念は、バーガーの研究を観察する多くの人々を遠ざけるのだ。記憶や意識といった基本的なプロセスに手を加えると、アイデンティティの概念に大混乱をもたらす可能性がある。例えば、未来の脳チップが、人々に実際に起こったことのない出来事を思い出させるとしたらどうなるだろうか。あるいは、新しい記憶のために健全な記憶を破壊したらどうなるだろうか。「良い記憶も台無しにしてしまう可能性がある」とグラナッキは認めている。

セントルイスのワシントン大学倫理と人間価値研究センターの副所長で医師のウォルト・O・シャリック氏もその懸念に同調し、バーガー博士のようなチップは人間のアイデンティティを根本的に変える可能性があると主張する。記憶の配線を変えると、連想パターンが微妙に混乱し、ひいては個人の性格を定義する「思考構造」が混乱する可能性があるとシャリック氏は警告する。これは主に、海馬細胞の最も優れたモデルでさえ脳の働きについてすべてを教えてくれるわけではないため、起こり得ると同氏は主張する。「モデル化や模倣でさえ、置き換えにはなりません」とシャリック氏は言う。「バーガー博士の現段階の実験は、不完全な橋渡しに過ぎません。」

彼は、20世紀初頭の心臓の仕組みに関する概念を指摘する。当時、ほとんどの人は心臓は単なるポンプに過ぎないと考えていた。その後、心臓は内分泌器官でもあることが発見され、そのプロセスに関する理解を深めるために数十年にわたる研究が必要になった。「この研究をアップロード可能な脳への第一歩、つまり微積分1の情報を新しいSDカードに入れてテストを受けるという方向への一歩とみなす人は、まだ遠いところにいる」と彼は言う。

もう一つの問題は、研究者らがアルツハイマー病のような病気による損傷は脳の多くの場所で起こることを発見したことだ。したがって、脳回路の壊れた部分を修復するだけでは十分ではないかもしれない。「懐疑的な姿勢を保つことが重要です」とダートマス大学のグレンジャー氏は言う。「腕のように見えるものを作ることはできるかもしれませんが、それでコーヒーカップを持ち上げられるわけではありません。」

医師との食事

バーガーの研究には倫理的な意味合いが大きいが、資金提供を希望する人は少なくない。国立科学財団と国立衛生研究所は、バーガーのプロジェクトに年間 300 万ドルの研究予算を拠出している。国防総省の海軍研究局と国防高等研究計画局 (国防総省の実験技術部門) も同様だ。脳と機械のインターフェース研究は、明日の兵士にとって明らかに大きな可能性を秘めている。たとえば、戦闘員に取り付けられて赤外線暗視機​​能を提供するミニチップを想像してみてほしい。

一方、かつては空想の世界だったバーガーの研究は、すでに主流になりつつある。2003年、バーガーはアリゾナ州ツーソンにセーフティ・ダイナミクスという会社を設立し、ニューラルモデリング技術を応用して「セントリ」という音響認識システムを開発した。このシステムは、銃声と、例えば車のシリンダーが不発に鳴った音を区別することができる。人員不足の警察が犯罪多発地域を監視するのに便利な方法だ。シカゴとメキシコのティファナの警察署は現在この装置を採用しており、フェニックス、ロサンゼルス、オクラホマシティの当局も関心を示している。

しかし、私たちが個人の記憶力向上に対応できるようになるまでには、まだ何年も、おそらく何十年もかかるだろう。しかし、グレンジャー氏は「この考えを真剣に受け止めるべき時が来た」と語る。

バーガーは私を南カリフォルニア大学のキャンパスまで送ってくれた。彼は朝からパリで開かれる別の会議に向かう予定だ。需要があるのは嬉しいが、研究室であれこれいじっていた日々が懐かしいとバーガーは言う。「純粋な研究に戻りたいと思うこともある」と彼は認める。「でも、成果が出始めるのを見るのはうれしい」

私はバーガーにその晩の予定を尋ねた。彼は太平洋を見下ろすパロスベルデス半島の丘の上の自宅に向かっている。「娘のキンバリーと妻に、今度こそ早く帰ると約束したんだ」と彼は言う。私は宿題やPTAの会合の話を想像しながらうなずいた。しかし、それは違った。バーガーの妻、ロバータ・ブリントンは、アルツハイマー病患者のエストロゲン補充療法に関する南カリフォルニア大学の第一人者で、生きた脳細胞をシリコンチップ上に培養するバーガーのチームの一員として働いてきた。突然、彼のエネルギーと決意が私の目にはっきりと浮かんだ。彼は、飛行機で飛び回る脳科学者としての緊張をほぐし、家に帰って脳について語っているのだ。「夕食を食べながら義肢について話し合うんだ」と彼は肩をすくめて認め、自分の車に向かった。