哺乳類の大脳皮質への情報注入。進歩、課題、そして将来の約束

Injecting Information into the Mammalian Cortex: Progress, Challenges, and Promise.

• Kevin A Mazurek
• Marc H Schieber

抄録

150年もの間、人工的な刺激は神経系の機能を研究するために使用されてきました。このような刺激は、電気的なものであれオプトジェニックなものであれ、最終的には、失われた感覚入力を置換したり、そうでなければ神経系に情報を導入したりするために、神経補綴装置に使用される可能性があります。この目標に向けた取り組みは、バイオミメティックまたは任意の刺激に大別される。バイオミメティック刺激は、自然の神経活動のパターンを模倣することを目的としており、被験者は、人工的な刺激をあたかも自然の感覚であるかのように即座に体験することができる。対照的に、任意の刺激は、自然な神経活動のパターンを模倣しようとはしません。その代わりに、異なる場所やパターンの異なる刺激には、ランダムに異なる意味が割り当てられます。そのため、被験者は時間と労力をかけて異なる刺激を解釈することを学ぶ必要があります。ここでは、人工刺激を用いた大脳皮質への情報注入の進展を検証し、その課題と今後の開発の可能性について議論する。

For 150 years artificial stimulation has been used to study the function of the nervous system. Such stimulation-whether electrical or optogenetic-eventually may be used in neuroprosthetic devices to replace lost sensory inputs and to otherwise introduce information into the nervous system. Efforts toward this goal can be classified broadly as either biomimetic or arbitrary. Biomimetic stimulation aims to mimic patterns of natural neural activity, so that the subject immediately experiences the artificial stimulation as if it were natural sensation. Arbitrary stimulation, in contrast, makes no attempt to mimic natural patterns of neural activity. Instead, different stimuli-at different locations and/or in different patterns-are assigned different meanings randomly. The subject's time and effort then are required to learn to interpret different stimuli, a process that engages the brain's inherent plasticity. Here we will examine progress in using artificial stimulation to inject information into the cerebral cortex and discuss the challenges for and the promise of future development.