ニューヨーク・ワイルコーネル医科大学の研究員二人がマウスの網膜の神経コードを解読し、その情報を元に盲目のマウスの視力を回復する新たな人工器具を開発した。研究者達はまた、サルの網膜――ヒトの網膜と基本的に同一である――のコードも解読し事を明らかにし、それにより盲目者用の器具も開発し、テストする予定である。
2012年8月13日付けのPNAS誌に掲載された本研究は、視力回復において著しい進歩である。現在の補助器は盲目のユーザーをナビゲートするために、光のスポットとエッジを提供するのに対し、この新しい補助器は通常の視力を回復するためのコードを提供するのである。このコードは非常に正確で、顔の特徴を識別し、動物が動画像を追跡することが可能になる。主任研究員のシェイラ・ニーレンバーグ博士（計算神経科学者）は、盲目者がスタートレックに出てくる様なバイザーを装着することが可能になる日を目指している。バイザーのカメラが光をキャッチし、これを内蔵されているコンピューターチップがコードに書き換え、脳がそれを画像に変えるのである。
「我々は盲目のマウス網膜の視力を回復することに成功し、ヒトでもこれが可能になるよう最大限の努力をしています。これはとてもエキサイティングな事ではないですか。」と、ワイルコーネル大学生理学・生物物理学科および計算生医学研究所の教授を努めるニーレンバーグ博士は語る。本研究の共同著者であるチェタン・パンダリナス博士はニーレンバーグ博士の同期で、現在はスタンフォード大学のポスドク研究員として研究を続けている。今回の新たなアプローチは、世界中の網膜疾患による失明で苦しんでいる25万人に新たな希望を提供するものである。薬物療法はこれらの人々のごく一部しか助けられないため、将来の視覚のためには補助器が最良の選択肢である。
「これはコードが組み込まれているため、通常または通常に近い視力を提供する初めての補助器なのです。」と、ニールバーグ博士は説明する。正常な視力は、光が網膜の表面の光受容体上に落ちる時に発生する。網膜回路は次に光受容体からの信号を処理し、神経インパルスのコードに変換する。これらのインパルスはその後、神経節細胞（網膜の出力細胞）によって脳まで送られる。脳はこの神経パルスのコードを理解し、画像に変換することが出来る。盲目は、多くの場合、網膜疾患によって起こる。これにより光受容体が死滅し、関連する回路が破壊されるのだが、これらの疾患では通常、網膜出力細胞が残される。現在の補助器はこれらの残っている細胞を動かすことによって機能しているのだ。
盲目患者の眼に電極が移植され、これらの電流が神経節細胞を刺激する。しかし、この方法では荒い視野しか生成することが出来ない。多くの研究チームは患者の眼の内の刺激装置を増やすことによってパフォーマンスを改善するよう努力している。刺激装置が多いほど損傷した組織内の神経節細胞が活性化され、画質が改善される、という考えだ。他の研究チームは、細胞を刺激するための別の方法として、光感受性タンパク質の使用をテストしている。これらのタンパク質は遺伝子治療により網膜内に導入され、一度眼に入れば一度に多くの神経節細胞を刺激することが可能なのである。
しかし、もう一つ別の重要な要因がある、とニーレンバーグ博士は指摘する。「多数の細胞を刺激すると共に、正しいコード（網膜が通常脳との通信に使用するコード）で刺激することを重要なのです。」これこそ、本研究の著者らがこの新しい補助器に組み込んだものである。ニーレンバーグ博士は、網膜に落ちる光は、どんなパターンであっても、一般的なコード（方程式のセット）に変換され、電気パルスに変えられる、と推論する。「人々は単純な刺激のためにこれを行うコードを見つけることは試みてきましたが、我々はこれが何にでも（ヒトが認識出来る顔、風景、何でも）働くことが可能なように一般化される必要があることを知っていました。」と、ニーレンバーグ博士は説明する。
別の理由でコードを研究している最中、ニーレンバーグ博士は自分がしていることが直接補助器に適用出来ることに気づいたのである。そして、生徒のパンダリナス博士と共にすぐに作業に取りかかったのである。博士らは数式をチップに実装し、ミニプロジェクターと組み合わせた。“エンコーダー”と呼ばれるチップは眼に入ってくる画像を電流に変換し、ミニプロジェクターがこの電気インパルスを光インパルスに変換する。これらの光パルスは神経節細胞に導入された光感受性タンパク質を駆動し、コードを脳まで送信するのだ。全体的なアプローチはマウスでテストされた。研究者たちはコードを持つものと持たないもの二つの補助器を作成した。「コードが組み込まれることで劇的な影響が出ました。システムのパフォーマンスが正常に近いレベルまで飛び上がったのです。つまり、顔や動物など基本的に我々が試した全ての画像を再構築するために十分な情報がシステムの出力に存在したのです。」と、ニーレンバーグ博士は説明する。
研究者たちは一連の厳密な実験で、マウスの盲目網膜によって生成されるパターンが通常のマウス網膜によって生成されるそれと一致することを発見した。「このシステムが機能する理由は二つあります。エンコーダー（数式のセット）が広範囲の刺激による網膜内変換を模倣することが可能なため通常の電気パターンを生成することが出来ます。また、刺激装置（光感受性タンパク質）がこれらのパルスを脳に送信することが可能なのです。これらの知見によって、非常に高効果の網膜補助器を作成するためには網膜コードと高画質生成方法の二つが重要であるということが明らかになり、これらの大部分は今手に入っています。」と、ニーレンバーグ博士は語る。
ニーレンバーグ博士は網膜補助器が、特に光感受性タンパク質を提供する遺伝子治療の安全性を確かめるため、ヒトの臨床試験を受ける必要があることを強調した。しかし、同様の遺伝子治療ベクターが他の網膜疾患においてテスト済みなため、この方法も安全であることを見込んでいえる。「これはとてもスリリングなことです。私はこのアプローチを患者さんに提供する日が待ちきれません。」と、ニーレンバーグ博士は語る。
■原著へのリンクは英語版をご覧ください： Artificial Retina with Neural Code Restores Sight to Blind Mice
