世界最小のワイヤレス脳インプラント

3つの研究室、3つのアプローチ、1つの目標：脳をワイヤレス化する

2025年11月から12月にかけて発表された論文の中で、Cornell、Columbia／Stanford／UPenn、そしてMITの研究チームは、ワイヤレスで低侵襲なブレイン・インターフェースに向けた、3つの大きく異なる道を提示しました。Cornell大学とNanyang Technological Universityの研究者は、文字通り塩の粒よりも小さく、マウスの神経スパイクを1年以上にわたって記録した微小光電子デバイス「MOTE」を公開しました。Columbia大学とその臨床協力チームのエンジニアは、数万個の電極と100メガビットのワイヤレスリンクを搭載した、紙のように薄いシリコンインプラント「BISC」を発表しました。そしてMITの科学者は、血流に乗って移動し、無傷の血液脳関門を通過して標的部位に自己移植し、局所的な電気刺激を提供する細胞・電子機器ハイブリッド「サーキュラトロニクス（circulatronics）」を提示しました。各プロジェクトは、サイズ、帯域幅、または手術リスクという異なるボトルネックに取り組んでおり、これらはニューロンの隣に電子機器を配置しようとする際の技術的選択肢がいかに多様であるかを物語っています。

極限の小型化：MOTE

実験室でのテストにおいて、このデバイスはマウスのバレル皮質に配置または注入され、傷跡を最小限に抑えながら、1年間にわたって単一ニューロンのスパイクと広範なシナプス活動の両方を安定して記録しました。研究チームは、脳内の液体環境における腐食を遅らせるために、製造過程で原子層レベルの薄い保護コーティングを施しました。また、デバイスの材料がMRIに対応している可能性があることも指摘しており、これは将来の臨床作業において有意義な実用的利点となります。MOTEの論文はNature Electronics誌に掲載され、これまで実現可能と考えられていたよりもはるかに小さなスケールで、長期的なテザーレス（無拘束）記録が可能であることを証明した点で重要です。

高帯域・薄型の皮質チップ：BISCプラットフォーム

シングルチップ設計のBISCは、65,536個の電極、1,024個の記録チャネル、16,000個以上の刺激チャネルに加え、オンチップ無線機と電力管理機能を備えています。発表されたテストでは、このシステムは約100Mbpsの能力を持つ超広帯域無線リンクでインプラントと外部コンピュータを橋渡しするリレーステーションの実証を行いました。これは、今日のほとんどのワイヤレスBCIよりも数桁高いスループットです。この帯域幅こそが、臨床的な神経義体や、皮質集団活動を機械学習デコーダーにリンクさせるためにBISCを魅力的なものにしています。このインプラントは確立された半導体ファウンドリプロセスを使用して製造されており、チームはすでに短時間の術中ヒト研究を開始しており、デバイスを商業化するためのスタートアップをスピンオフさせています。

非術的な送達：MITのサーキュラトロニクス

研究者たちはマウスでサーキュラトロニクスをテストし、炎症を起こした脳領域へのターゲティングとミクロンスケールの精度での局所刺激を示しました。その一方で、大型のインプラントを悩ませる組織損傷や免疫攻撃を回避することに成功しました。この研究はNature Biotechnology誌に掲載され、何百万もの微細な刺激部位への非術的な経路の可能性を示しており、局所的な炎症、神経膠芽腫、または手術での到達が困難な拡散性の病変の治療に明らかな影響を与えます。

電力、通信、免疫系：分野を定義するトレードオフ

3つのプラットフォームを比較すると、その違いはいくつかの核心的なエンジニアリングのトレードオフに集約されます。電力とテレメトリ（遠隔測定）が設計を支配しています。MOTEはエネルギー供給と光学的な外部信号送信の両方に伝送光を使用しており、データレートと浸透深さが制限される代わりに極小サイズを実現しています。BISCはオンチップ無線機と外部リレーを使用して、非常に高いデータスループットと統合された刺激を実現していますが、硬膜下腔への配置とウェアラブルなリレーを必要とします。サーキュラトロニクスは、電子機器を輸送するために細胞に便乗することで手術を完全に回避しますが、デバイスがどこへ行き、到着後にどのように振る舞うかを制御するために、緻密なバイオエンジニアリングを必要とします。

生体適合性ももう一つの軸です。脳内の液体は電子機器を腐食させ、免疫反応を引き起こします。各チームは、MOTEには原子層保護コーティング、BISCには柔軟なコンフォーマル基板、サーキュラトロニクスには生細胞によるカモフラージュといった異なる対策を講じています。それぞれの戦略は、追跡を逃れる微小デバイス、注入されたハイブリッドの長期的運命、あるいは画像診断法や他の医療機器との予期せぬ相互作用といった、新たな不確実性をもたらします。

臨床への道、商業化、そして規制の壁

3つのプロジェクトはすべて明確にトランスレーショナル（実用化志向）ですが、直面している規制上および商業上の課題は異なります。BISCは確立された半導体製造を利用し、硬膜下への外科的挿入を行うため、既存のインプラント規制や脳神経外科のワークフローに自然に適合し、臨床試験への移行を容易にします。Cornell大学のMOTEは、ヒトでの使用からはまだ何段階も離れています。マウスでの長期記録は有望ですが、ヒトの頭蓋骨の厚さを通して光学的電力供給とデータ収集をスケーリングさせることは、依然として技術的なハードルです。MITのサーキュラトロニクスの概念は、臨床的な観点から3つの中で最も破壊的です。開頭術を排除して注入可能な経路を採用していますが、意図的に血液脳関門を通過し、生細胞を輸送手段として使用するため、規制当局による最も厳格な精査を受けることになるでしょう。

商業活動はすでに進行中です。Columbia／Stanfordの研究者はBISCの研究キットを製造するための会社を立ち上げ、MITのチームはスタートアップを通じて治験に移行する計画を立てています。資金源には米国国立衛生研究所（NIH）や、場合によっては、リスクの高い神経工学研究を長年支援してきた国防関連のプログラムが含まれています。こうした混在は研究を加速させますが、強力なブレイン・コンピュータ技術のデュアルユース（軍民両用）とガバナンスに関する疑問を再燃させます。

倫理、セキュリティ、そして「ワイヤレス」が精神に意味するもの

インプラントが小型化し、ワイヤレスリンクが高速化するにつれ、倫理的問題は手術のリスクから、プライバシー、データの所有権、そして制御の問題へと移り変わります。BISCのような高帯域幅のデバイスは、高い時間的・空間的解像度で記録、解読、刺激を行う可能性を秘めています。こうした能力は、誰が神経データにアクセスできるのか、データはどのように保存・分析されるのか、そして不当な干渉をどのように防ぐのかという困難な問いを投げかけます。MOTEや自己送達型のサーキュラトロニクスのような超小型インプラントは、デバイスは物理的に追跡可能で取り外し可能であるという前提に立つ規制の枠組みに挑戦します。研究者や臨床医は、てんかんの制御、麻痺からの回復、視覚の回復といった治療目標を強調していますが、エンジニアや倫理学者は、セキュリティ、インフォームド・コンセント、および長期的なフォローアップの基準に関する並行した取り組みをすでに求めています。

ニューラルインターフェースの多様な未来

これらの論文から浮かび上がってくるのは、単一の勝者ではなく、ツールキットです。高性能な義体制御や研究レベルの皮質マッピングといった特定の用途には、BISCのような高帯域幅のウェハー・スケール・チップが最も有望に見えます。低侵襲なモニタリングや、オルガノイドや小さな神経構造とのインターフェースには、MOTEのような光学マイクロデバイスが、これまで不可能だった実験を可能にするかもしれません。そして、手術が現実的ではない治療的ニューロモデュレーション（神経調節）には、細胞によって送達されるサーキュラトロニクスが、急進的な代替案を示唆しています。

これらの可能性は刺激的ですが、それらを安全で公平な臨床技術へと変換するには、何年ものエンジニアリング、長期的な動物・ヒト研究、規制業務、そして許容可能な使用に関する社会的な対話が必要となるでしょう。したがって、脳インプラントの近い未来は、単一の奇跡的な小型化ではなく、臨床医、規制当局、そして社会が慎重に検討しなければならない、拡大し続けるトレードオフのセットとなるはずです。

Sources

• Nature Electronics (research papers on MOTE and BISC)
• Nature Biotechnology (research paper on circulatronics)
• Cornell University (Molnar lab, Cornell NanoScale Facility)
• Columbia University School of Engineering and Applied Science (BISC collaboration)
• MIT Media Lab / Nano‑Cybernetic Biotrek Lab (circulatronics research)
• DARPA Neural Engineering System Design program