脳から脊髄へ信号をコンピュータで橋渡し
脊髄損傷者の歩行機能を回復する人工神経接続システム

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脳機能再建プロジェクトリーダー 西村 幸男

背景：脊髄損傷という「情報の断絶」をどう乗り越えるか

私たちの身体は、脳からの「動け」という電気信号が脊髄を通って筋肉に伝わることで動いています。しかし、事故などで脊髄を損傷すると、この伝達経路が途切れてしまい、脳の命令が足まで届かなくなります。これが「下半身麻痺（対麻痺）」の状態です。

これまでも、損傷した箇所を迂回して脳と脊髄をつなぐ「コンピュータ・インターフェイス」の研究は国内外で行われてきました。しかし、その多くは脳や脊髄に直接電極を埋め込むための大規模な外科手術を必要とする「侵襲的（しんしゅうてき）」な方法でした。手術には身体的な負担やリスクが伴うため、より安全で、より多くの人が利用できる「手術のいらない（非侵襲的な）方法」の実現が切望されていたのです。

仕組み：手の動きを「足の命令」に翻訳する

今回開発されたシステムは、驚くべき発想の転換に基づいています。それは、損傷の影響を受けていない「手の筋肉」の信号を、足への命令として利用するというものです。

• 信号の記録：手の筋肉の活動（筋電図）を、皮膚に貼り付けたワイヤレスセンサーで読み取ります。
• コンピュータによる橋渡し：読み取った「手の信号」を、コンピュータが瞬時に「足の神経を刺激するための信号」へと変換します。
• 磁気による脊髄刺激：変換された信号をもとに、背中（腰付近）から磁気刺激を与えます。磁気刺激は体表面から痛みなく神経を活動させることができる技術です。

このシステムにより、患者さんが手をリズムよく動かすと、そのリズムに合わせて足の神経（腰髄）が刺激され、まるで歩いている時のような「ステップ運動」が引き出されました。

さらに、手の力の入れ具合やリズムを調整することで、足の歩幅や動かすスピードを患者さん自身の意思でコントロールすることにも成功したのです。

驚きの発見：リハビリ効果による「自力」の回復

この研究の最も画期的な成果は、単に装置を使って足を動かしたことだけではありません。このシステムを用いたトレーニングを繰り返したところ、装置を取り外した状態でも患者さんが自力で足を動かせる範囲が広がったのです。

特に、わずかに感覚や運動機能が残っている「不全麻痺」の方において、顕著な運動機能の改善が観察されました。これは、人工的な刺激によって、脊髄損傷後もわずかに残っていた「脳と足を結ぶ神経回路」が強化されたためと考えられています。つまり、このシステムは「歩行運動を補助する道具」であると同時に、脳と身体のつながりを再構築する「強力なリハビリツール」としての可能性を示したのです。

社会への影響とこれからの展望

今回の成果は、外科手術が困難な方や、手術を望まない方にとっても、歩行機能回復への道が拓かれたことを意味します。身体への負担が少ない磁気刺激を用いることで、従来の病院でのリハビリテーションのあり方を大きく変える可能性があります。

本研究は、東京都の特別研究や科研費基盤（S）などの支援を受けて実施されました。