JP2001014082A

JP2001014082A - 神経インターフェイスシステム

Info

Publication number: JP2001014082A
Application number: JP18078199A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Suzuki; 隆文鈴木; Masaya Kunimoto; 雅也國本; Kunihiko Mitsubuchi; 邦彦満渕
Original assignee: Center for Advanced Science and Technology Incubation Ltd
Current assignee: Todai TLO Ltd
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】生体の神経系との間で直接的に情報の入出力を
行う神経インターフェイスシステムを構築する。【解決手段】生体の神経系を構成する個々の神経に情報
の授受が可能な状態で接続される神経インターフェイス
システムであって、該システムは、接続先の神経に情報
を入力する入力デバイスと、接続先の神経から情報を取
出す出力デバイスの少なくともいずれか一つのデバイス
を含み、接続先の神経線維の神経信号と該信号の意味す
る情報との対応関係を用いて、所望の情報を接続された
神経線維に入力し、あるいは所望の情報を該神経線維か
ら取出すように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体の神経系に接
続された神経情報入出力デバイスを情報の入出力端子と
し、神経系と各種人工器官などの機器と間の直接的な情
報授受を行うシステムの構築法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、高齢化社会への対応のため、直接
的に人間の生活を支援するための工学研究領域が拡大し
ている。「バリアフリーテクノロジー」と呼ばれるこの
技術は、劣化ないし欠損している人体の機能を街、住宅
等の社会基盤の物理的構造の改善によって、あるいは個
人が利用可能な新規な機器を開発することによって支援
しようとするものである。このような観点からの技術開
発は、結果的には障害の有無にかかわらず、人間が社会
生活を営みやすい環境をつくることに寄与している。

【０００３】従来は電子・機械・建築関係が主であった
バリアフリーテクノロジーであるが、最近その領域は次
第に拡大し、直接的に医学と関わる分野での研究も見ら
れるようになった。身体障害者等の身体の機能を補完す
る機能義手・義足等、高度医療機器の研究はその典型的
な例である。

【０００４】現在、そのような機器の制御は筋電検出、
あるいは目や舌の動きを検出するといった手法で行われ
ているが、生体が持つ運動・感覚機能に必要な情報量を
考えるとこのような入力手段で得られる情報は量的に全
く不十分である。例えば事故や戦傷により手足を失った
場合、義手、義足の装着が必要になるが、義手・義足に
対し本来の人体と同レベルの動作制御、そして温度、接
触等の感覚を人体へフィードバックするためには、神経
を対象にした信号の授受が必要となる。神経の情報処理
について、生理学的な知見は様々に解析されてきたが、
システムとしての神経インターフェイスは現在のところ
きわめて未熟なものしか開発されていない。

【０００５】すなわちこのような人体支援機器の制御に
おいて、解決すべき最大の問題は神経系と電子機器との
情報授受をいかに行うかという点にある。そこで生体情
報の源である神経に直接接続して各種機器との情報の入
出力を行えるようなシステム「神経インターフェイス」
の研究が現在様々な研究機関で進められている。

【０００６】生体の神経系は多数の神経線維によって構
成され、神経情報は一般的に神経細胞の細胞膜電位の変
化、すなわち活動電位によって伝達される。このため神
経系に対して情報の入出力を行うためには、個々の神経
線維に対して何らかの方法で情報入出力を行うことが不
可欠であるが、機能的な情報入出力システムを構築する
ためには、さらにその神経線維の種類の同定や、その活
動電位の意味する情報の解釈を行い、必要に応じてその
対応関係の情報を利用しなければならない。

【０００７】個々の神経線維に対する情報入出力、すな
わち神経情報の計測と刺激を実現するデバイスは様々な
方式が検討されているが、現在のところ、神経情報を電
気的に計測、刺激するデバイスが主流であり、無麻酔下
のヒトの個々の神経線維に接続する方法は、マイクロニ
ューログラム法で用いられる、タングステン微小針電極
による方法[Acta Physiologica Scandinavica, 69, 121
-122 (1967), Experimental Neurology, 21, 270-289
(1968)]が現実的である。

【０００８】神経インターフェイスの分野で現在最も成
功している例として、人工内耳と呼ばれる機器を挙げる
ことができる[リハビリテーション医学, 31, 233-239
(1994)]。これは聴覚障害のうち、鼓膜から内耳に至る
部分が機能しなくなった場合に、蝸牛器官の聴覚神経を
直接刺激することでその機能を代行する機器である。こ
の人工内耳はマイクより入力した音を個人ごとの聴覚特
性に合わせてデジタル信号処理をした後，聴覚神経の末
端部、蝸牛神経に電気刺激を行うもので、３万余の聴覚
神経が並んでいる蝸牛内部に２２カ所程度の球形電極を
設置し、この電極を介して神経に音声信号を入力するタ
イプが一般的である。人工内耳の埋め込み手術当初は、
ほとんどの被験者が非常に奇妙な音声が聞こえると感じ
るそうだが、脳における情報処理が人工内耳に適合する
と、最終的には音声の聞き取りまで可能になる。この人
工内耳用の電極の解析・改善はそれ自体で一つの大きな
研究領域になっている。

【０００９】聴覚情報の入力が本来の３万本の神経を使
用した入力から２２ヶ所程度の人工的な電極入力へと大
幅に低下することは、脳が受け取る聴覚情報も大幅に低
下することを意味する。そのため、音声聞き取り能力の
再生には、大幅に減少した聴覚情報を脳が補い理解でき
るようになるかに左右される。この脳の聴覚処理機能
の、人工内耳に合わせた最適化には数ヶ月を要すると言
われている。このように、現在の人工内耳は、個々の神
経線維との接続をベースとしたものではなく、その機能
も制限されたものとなっている。

【００１０】また、現在人工視覚呈示装置に関しても様
々な方法で研究がすすめられており、網膜内外に装着し
た多チャンネル電極によって、網膜内に残存する視神経
に電気刺激を行い、これによって、人工的な視覚を生成
する方式が主流となっている。しかしながら、これらの
研究も個々の神経線維に対する接続をベースとするもの
ではないのが現状である。

【００１１】以上で述べたように、個々の神経線維との
接続をベースとした神経インターフェイスシステムは、
その大きな有用性にもかかわらず、これまでシステムの
構築法に関して具体的な議論がなく、そのためシステム
全体を構築した例もなかったのが現状である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、生体の神経系との間で直接的に情報の入出
力を行う神経インターフェイスシステムを構築すること
にある。人工的な諸感覚を生成したり、運動指令信号に
よって義肢などの外部機器を制御するためには、個々の
神経線維との接続をベースとした機能的な神経インター
フェイスシステムの構築が不可欠であるが、こうしたシ
ステムを構築する方法に関して具体的な提案とシステム
の試作を行うことを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに本発明が採用した技術手段は、生体の神経系を構成
する個々の神経に情報の授受が可能な状態で接続される
神経インターフェイスシステムであって、該システム
は、接続先の神経に情報を入力する入力デバイスと、接
続先の神経から情報を取出す出力デバイスの少なくとも
いずれか一つのデバイスを含み、接続先の神経線維の神
経信号と該信号の意味する情報との対応関係を用いて、
所望の情報を接続された神経線維に入力し、あるいは所
望の情報を該神経線維から取出すように構成されている
ことを特徴とする。

【００１４】システムが１チャンネルであり、接続先の
神経が感覚神経線維である場合には、上記対応関係を調
査するにあたって、神経線維の同定が重要である。接続
先の神経線維の同定とは、神経線維の感覚受容野の位置
の同定、神経線維の種類（どのような感覚を担当する神
経か）の同定を含むものである。このような同定は、予
め判っている場合にはその情報を利用してもよく、ある
いは本発明に係るシステムは、接続先の神経線維の同定
を行う手段を含むものである。また、この同定方法は、
神経信号の計測による方法と、神経線維への刺激による
方法を含むものとする。例としては、皮膚上の受容野を
機械的に刺激することによる感覚神経線維の同定や、感
覚神経線維を電気刺激して生成される感覚によって行う
同定が挙げられる。

【００１５】接続先の神経線維の神経信号と該信号の意
味する情報との対応関係は、予め判っている場合にはそ
の情報を利用してもよく、あるいは本発明に係るシステ
ムは、接続先の神経線維の神経信号と、該信号の意味す
る情報との対応関係を調査する手段とを含むものであ
る。

【００１６】上記の同定や、神経信号と情報の対応関係
の調査は、神経との接続点が複数存在し、複数の神経と
の接続が可能なシステムにおいては、個々の神経信号と
その信号の持っている情報との対応関係を調べるだけで
なく、複数の神経信号の時間的集団的なパターンと、そ
のパターンで表現される情報との対応を適宜調べる必要
がある。システムの多チャンネル化については、１チャ
ンネルのシステムをプロトタイプとして、当業者が適宜
なしうるものと考えられる。

【００１７】本システムでは、入出力したい情報を、前
記同定手段で得られた関係の情報と、前記対応関係の情
報を利用して、神経系に対して入出力を行うことによ
り、機能的な意味ある情報入出力が実現される。

【００１８】後述する実施例では、本システムは、ヒ
トの手首正中神経に刺入されたマイクロニューログラム
法で用いられるタングステン微小針電極から構成された
入力デバイスと、手掌部の皮膚を実際に機械的に刺激
することによって、神経線維の感覚受容野の位置と神経
線維の種類を同定する手段と、実際に神経線維に様々
な電圧強度とパルス周波数の方形波電気刺激を行うこと
によって、その刺激パルス周波数と生成される感覚強度
との関係を得る手段と、義肢を想定したロボットハン
ドの表面に触覚センサ（感圧ゴムセンサ）を装着し、こ
のセンサで検出した圧強度の変化に応じて、タングステ
ン微小針電極からの電気刺激のパルス周波数をリアルタ
イムで変化させる信号変換手段とから構成され、義手に
ある圧力刺激を加えると、対応する位置で対応する強度
の圧力感覚をヒトが感じることのできるシステムとして
開示されている。

【００１９】本発明において、個々の神経とは、神経情
報経路の最小単位である、末端のシナプスおよび軸索を
含む神経細胞を示す。本発明の対象とする神経は、中枢
神経系を構成する神経と、末梢神経系を構成する神経の
両者を含むものとする。また末梢神経系を構成する神経
とは、運動神経、感覚神経、自律神経を含む。

【００２０】本明細書において、接続とは、神経情報の
授受が可能な状態を示す。すなわち、該デバイスが細胞
に内蔵されても、刺入されていても、接触していても、
あるいは直に接していなくても構わない。また神経情報
の授受のために、神経と入出力デバイスの中継として人
工物のみならず生体組織が使用されても構わない。

【００２１】神経情報入出力デバイスにおいて、神経信
号の検出手段としては、電気的、化学的、熱的、磁気的
等の方法を用いることが出来る。具体的な出力検出デバ
イスとしては神経の電気的な活動を検出する電極、化学
的な活動を検出する化学物質センサ、熱の発生を測定す
る測温体を挙げることが出来る。

【００２２】また神経への情報入力手段としては電気刺
激、機械的刺激、化学的刺激、光学的刺激等を挙げるこ
とが出来る。具体的な入力デバイスとしては電極、圧電
素子、薬物放出装置、光照射装置が挙げられる。

【００２３】また、神経情報入出力デバイスにおいて、
入力デバイスと出力デバイスは別種の機構であっても、
また同一であっても構わない。同一な例として、電極は
神経の電気的な情報を検出可能であるほか、神経を電気
刺激可能である。また、本発明は、必ずしも入力デバイ
ス、出力デバイスの両方を備えている必要はなく、いず
れか一方のデバイスのみを有するものであってもよい。

【００２４】人工器官とは、生体外部に直接接続され運
用されるもの（義手・義足等）の他、生体内部に直接接
続されるもの（人工尿道弁等）、生体表面に埋め込み使
用されるもの（人工眼等）、生体から離れて運用される
もの（潜水調査船のアーム等の遠隔操作型マニピュレー
タ）を挙げることが出来る。

【００２５】また、人工器官が本来の生体器官の置換を
目的としたものとは限らない。すなわち、人工器官によ
る末梢器官、及び中枢神経機能も含めた生体機能の拡張
も可能である。

【００２６】本発明は、さらに当業者が適宜簡明な応用
を施すことにより、様々な分野における技術として利用
されうる。以下にその一例を紹介する。

【００２７】本発明は人体同様に制御可能な関節や感覚
器官を備えた義手・義足等の制御にも用い得る。現在、
交通事故等による四肢切断後の機能補助のための動力義
手・動力義足等の機器の性能向上が著しい。しかしなが
らその制御情報源は装着者の残存している筋電を利用す
るものがほとんどであり、本来の四肢の制御に要する情
報量に比較すると圧倒的に少ない。また、義手・義足か
らの装着者側への感覚の伝達に至っては、義手装着部を
介した物理的接触情報程度に限られている。そのため訓
練によってそのような義手・義足の操作を習得しても、
実際には大きな不便を強いられつつ使用するというのが
現状である。この装着者と人工肢との間の情報授受経路
が貧弱であることが、人工肢の性能向上を妨げる原因の
一つとなっている。本システムの応用により、装着者の
切断肢につながっていた神経を人工肢の制御情報源、感
覚信号入力端子として使用できる。すなわち、本来の体
と変わらない運動性能・感覚器官を備えた人工肢を制御
することが可能になる。

【００２８】本発明は、例えば種々の条件下での人工器
官により送信される感覚情報と主観的な感覚の対応につ
いて解析を行うことで、脳の基礎研究用途等、生体情報
処理機構の解明に応用することが可能である。

【００２９】さらに本発明は、人工感覚器官（視覚・聴
覚等）と生体との接続・制御に利用しうる。個々の神経
線維との接続をベースとして、現在よりも高機能な人工
内耳、人工視覚呈示装置に利用しうる。

【００３０】さらに本発明は、アルツハイマー病やパー
キンソン病等で損傷した患者の脳機能拡張機器の一部
や、先天性疾患等で欠損している生体機能を回復するた
めの生体機能拡張装置の一部としてシステムを用いるこ
とができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明が提供するシステムは、個
々の神経に接続可能な神経情報入出力デバイスを中継し
て人工器官と神経系の情報の授受を行うものである。図
１に、神経インターフェイスシステムの概略ブロック図
を示す。システムは、生体の神経系を構成する個々の神
経に情報の授受が可能な状態で接続される神経インター
フェイスシステムであって、該システムは、接続先の神
経に情報を入力する入力デバイスと、接続先の神経から
情報を取出す出力デバイスと、接続先の神経線維の同定
情報と、接続先の神経線維の神経信号と該信号の意味す
る情報との対応関係に係る情報と、前記同定情報と対応
関係情報を利用して情報を変換する信号変換部とを備え
ている。人工器官から伝達された情報は信号変換部によ
って所望の信号に変換され、入力デバイスを介して選択
された神経に入力される。出力デバイスによって神経の
神経信号から取り出された情報は信号変換部によって所
望の信号に変換され、人工器官に伝達される。

【００３２】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００３３】義肢において触覚や圧覚等の感覚を生体に
フィードバックさせる手法の一つとして、残存する感覚
神経に電気刺激によって感覚信号を入力することが挙げ
られる。そこで、感覚神経への刺激信号波形と、それに
よって生成される人工の感覚との関係について以下のよ
うな実験を行った。

【００３４】

【実験１】ヒトの手首部の正中神経にマイクロニューロ
グラム用のタングステン微小針電極を超音波モニター下
で刺入する。触刺激しながら神経信号を計測し、単一の
感覚神経線維からの波形が得られる場所を検索し、その
位置で、同一の針電極によって電気刺激を行い、生成さ
れる人工感覚と入力波形との関係を調べた。

【００３５】刺激実験の手順は以下のとおりである。単
一の感覚神経信号が得られる指上のエリアを記録し、触
刺激に対応する神経信号も記録する。針電極の接続を刺
激装置に切り替え、パルス幅２５０μsec、パルス間隔
５０msecの低電圧刺激にて電圧値を上昇させ、間隔の生
じる閾値を求める。刺激電圧値を閾値の１２０％程度に
固定して、パルス間隔を変化させて、生じる主観的感覚
量を調べる。刺激提示は４秒間とし、各刺激の前に、毎
回、刺激間隔５０msec（２０Hz）の刺激を４秒間行い、
これを基準感覚量１００として、各刺激に対する感覚量
を決定する。刺激実験後に再び、針電極によって神経活
動を計測し、針先が動いていないことを確認する。

【００３６】実験の結果、図２に示すような結果が得ら
れた。刺激電圧値を上昇させるとある閾値において触覚
が生成される。さらに刺激電圧量を上昇させると触覚を
感じるエリアが広がるか、あるいは別の部位で感覚が生
じる。刺激電圧値を単一の感覚神経線維のみが刺激され
ると推察される閾値の１２０％程度に固定して、パルス
間隔（パルス周波数）を変化させると、周波数に応じ
て、生成される触覚の強度が変化する。

【００３７】前記実験結果をもとに、触覚フィードバッ
ク機能を持つ義手システムを試作し、義肢へ加えた機械
的刺激の変化を感覚神経電気刺激により、生体に呈示す
ることについて研究を行った。以下に、本発明に係る人
工感覚提示システムの実施の形態を図３に基づいて説明
する。システムは義肢部１、刺激波形を生成する信号変
換部２、生体３に刺激を伝達する入力デバイス４とから
構成される。義肢部１の表面に装着した触覚センサ５が
受けた機械的刺激は、触覚情報として信号変換部２に伝
達され、適当な刺激波形が演算されて、入力デバイス４
から生体の感覚神経に伝えられる。それが中枢神経系に
感覚神経信号として伝達され、人工的な触覚が生成され
る。

【００３８】義肢部１には手部の木製模型が用いられ
る。被験者の正中神経に刺入したタングステン微小針電
極計測にて機械受容ユニット（感覚神経）の受容野中心
に対応する模型表面に触覚センサ５を装着する。触覚セ
ンサ５によって模型表面での機械刺激強度を出力する。
触覚センサは５ｍｍX９ｍｍの感圧導電性ゴムシートと
電極から構成され、加えた圧力強度に略比例した０〜３
Vの電圧を出力する。

【００３９】信号変換部２では、義肢部１の触覚センサ
５の出力に応じて、被験者の微小針電極への電気刺激波
形を計算し出力する。信号変換部２では、刺激波形をパ
ルス幅２５０μsecの方形波として、刺激電圧を閾値の
１２０％程度に固定し、パルス周波数のみを、義肢部１
の触覚センサ出力に応じて変化させるようにした。触覚
センサ出力電圧をVｔ［Ｖ］、パルス周波数をFp［Ｈ
ｚ］とした場合に、Fp=７０Vtとなるようにパルス周波
数を計算し、電気刺激波形としてアイソレータ６を経由
して入力デバイス４に出力させた。

【００４０】入力デバイス４は被験者に装着した二個の
電極から構成される。マイクロニューログラム用のタン
グステン針電極（シャンク径１２５μｍ、電極インピー
ダンス９〜１２MΩ）を被験者の正中神経に手首部より
刺入して（−）極とする。同側の手首関節部radial側に
ペーストで装着した皿電極を（＋）極とする。アイソレ
ータの出力はこの二個の電極に接続される。

【００４１】

【実験２】システム動作確認実験はシールドされた検査
室内で行われた。健常男性被験者は上腕を露出しベッド
上に仰臥してリラックスした状態で実験を行った。被験
者の正中神経（手首より５ｃｍ程度中枢側の皮膚を刺入
点とする）にタングステン微小金属針電極を刺入した。
この針電極を（−）極、手首関節部にペーストで装着し
た円板電極をアースとして、差動増幅器に接続し、５０
０〜５ｋHzのバンドバスフィルターを通して、オシロス
コープに表示すると共に、聴覚的モニタも行った。

【００４２】触刺激に対応する神経信号をモニタしなが
ら針電極の針先の位置を少しずつ動かし、単一機械受容
ユニット（感覚神経）からの信号が記録できる位置を探
索した。単一機械的受容ユニットからの信号であること
の確認は、皮膚の各部に圧迫等の刺激を加え、特徴的な
時系列応答を示す同強度の活動電位列を確認することで
行った。単一機械受容ユニットからの波形が得られる場
所で、針電極を固定し、受容野の大きさと応答波形か
ら、ユニットの種類を固定した。

【００４３】機械受容ユニットの受容野の中心付近を、
実際に機械的に刺激し、刺激強度の変化と、被験者の感
じた感覚強度の変化を記録した。被験者の感じた感覚強
度は、刺激電極と反対側の手によってスライド式のボリ
ュームを操作することで表現され、計測された。

【００４４】次いで、タングステン針電極と手首関節部
の皿電極をそれぞれ、アイソレータ出力の（−）極、
（＋）極に接続し、パルス幅２５０μsec、パルス周波
数２０Hzの方形波電気刺激を行った。刺激電圧を上昇さ
せて触覚の生起する閾値電圧を求め、その１２０％の刺
激電圧値で固定した。

【００４５】本システムの義肢部の手模型の、上記の受
容野に対応する部位の表面に触覚センサを装着し、本シ
ステムの作動を開始すると共に、その義肢部の触覚セン
サを機械的に刺激した。機械的刺激強度の変化と被験者
の感じた感覚強度の変化を記録した。被験者の感じた感
覚強度は、上記のスライド式ボリュームで表現され、計
測された。

【００４６】義肢部触覚センサへの機械的刺激の強度変
化に応じて、被験者の対応する部位に触覚が生成された
ことが、被験者より報告された。義肢部触覚センサへの
機械的刺激の強度変化に対する被験者感覚強度の変化
と、比較対象である実際の指への機械的刺激の強度変化
を図４に示す。触覚センサへの機械的刺激の強度変化に
応じて、主観的感覚量が変化していることがわかる。

【００４７】前記システム動作確認実験の結果より、本
システムによれば、義肢に加えられた機械的刺激を、感
覚神経電気刺激により被験者に呈示すると共に、さらに
機械的刺激の強度の変化を呈示できることがわかった。

【００４８】

【発明の効果】個々の神経に接続しうる神経信号入出力
デバイスと、概デバイスにより得られた神経信号の解析
・応用によって、神経を対象に直接に情報授受が可能で
あることが示された。この結果、人工感覚器を装備した
人工器官を自己の体の一部として知覚しうるようなシス
テムの構築が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態の概念図である。

【図２】刺激パルス周波数と生成される感覚強度の関係
を示す図である。

【図３】人工感覚呈示システムの模式図である。

【図４】上図は実際の指への機械的刺激の強度と感覚強
度に係る図であり、下図は義肢への機械的刺激の強度と
生成した感覚の強度に係る図である。

【符号の説明】１義肢２信号変換部３生体４入力デバイス５触覚センサ６アイソレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ａ６１Ｆ 2/72 Ａ６１Ｂ 5/04 ３３０ (72)発明者満渕邦彦東京都板橋区前野町６−24 前野台団地５ −307 Ｆターム(参考） 4C027 AA04 DD00 DD03 4C097 AA11 BB02 BB06 CC20 MM09 TB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体の神経系を構成する個々の神経に情報
の授受が可能な状態で接続される神経インターフェイス
システムであって、該システムは、接続先の神経に情報
を入力する入力デバイスと、接続先の神経から情報を取
出す出力デバイスの少なくともいずれか一つのデバイス
を含み、接続先の神経線維の神経信号と該信号の意味す
る情報との対応関係を用いて、所望の情報を接続された
神経線維に入力し、あるいは所望の情報を該神経線維か
ら取出すように構成されていることを特徴とする神経イ
ンターフェイスシステム。
【請求項２】前記システムは、接続先の神経線維の同定
を行う手段を含むことを特徴とする神経インターフェイ
スシステム。
【請求項３】前記システムは、接続先の神経線維の神経
信号と、該信号の意味する情報との対応関係を調査する
手段とを含むことを特徴とする請求項１、２いずれかに
記載の神経インターフェイスシステム。
【請求項４】前記システムは信号変換部を有しており、
該信号変換部は接続先の神経線維の神経信号と該信号の
意味する情報との対応関係に基づいて、該神経に入力す
る情報、あるいは該神経より出力された情報を変換する
ように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３
いずれかに記載の神経インターフェイスシステム。
【請求項５】前記出力デバイスにおいて、神経信号は、
電気的、化学的、熱的、あるいは磁気的手法によって検
出されることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記
載の神経インターフェイスシステム。
【請求項６】前記検出手段は、電極、化学物質センサ、
測温体あるいは磁気センサであることを特徴とする請求
項５に記載の神経インターフェイスシステム。
【請求項７】前記入力デバイスにおいて、神経への情報
入力手段は、電気刺激、機械的刺激、化学的刺激、光学
的刺激、磁気刺激のいずれかであることを特徴とする請
求項１乃至６いずれかに記載の神経インターフェイスシ
ステム。
【請求項８】前記情報入力手段は、電極、機械的刺激素
子、薬物放出装置、光照射装置、磁気的刺激素子のいず
れかであることを特徴とする請求項７に記載の神経イン
ターフェイスシステム。
【請求項９】前記神経インターフェイスは、生体の神経
系と人工器官との情報の授受を行うものであることを特
徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の神経インター
フェイスシステム。
【請求項１０】前記人工器官は、生体外部に直接接続さ
れるもの、生体内部に直接接続されるもの、生体表面に
埋め込み使用されるもの、生体から離れて操作されるも
のを含むことを特徴とする請求項９に記載の神経インタ
ーフェイスシステム。
【請求項１１】前記人工器官は義肢であることを特徴と
する請求項９，１０いずれかに記載の神経インターフェ
イスシステム。
【請求項１２】（１）選択されたヒトの正中神経に刺入
されたタングステン微小針電極からなる入力デバイス
と、（２）生体の皮膚を実際に機械的に刺激することに
よって、選択された神経線維の感覚受容野の位置と該神
経線維の種類を同定する手段と、（３）実際に神経線維
に様々な電圧強度と周波数の方形波電気刺激を行うこと
によって、その刺激周波数と生成される感覚強度との関
係を調査する手段と、（４）義肢の表面に触覚センサを
装着し、該センサで検出した圧力強度の変化に応じて、
タングステン微小針電極からの電気刺激のパルス周波数
を変化させる信号変換手段とを有し、義肢にある圧刺激を加えると、対応する位置で対応する
強度の圧力感覚をヒトが感じることのできる神経インタ
ーフェイスシステム。
【請求項１３】感覚神経に感覚情報としての電気刺激を
加え、人工感覚を生じさせる方法であって、該人工感覚
は電気刺激として入力される刺激波形のパルス周波数の
選択によって制御されるものであることを特徴とする電
気刺激による人工感覚生成法。
【請求項１４】義肢部と、信号変換部と、入力デバイス
とを有し、該義肢部の表面に装着した感覚センサが受け
た機械的刺激を感覚情報として該信号変換部に伝達し、
該信号変換部では該感覚情報から刺激波形を演算し、該
刺激波形を該入力デバイスを介して生体の感覚神経に伝
達することで人工的な感覚を生成させるようにしたこと
を特徴とする人工感覚生成法。
【請求項１５】該刺激波形は、該義肢部の感覚センサ出
力に応じて変化させたパルス周波数のみによって制御さ
れることを特徴とする請求項１４に記載の人工感覚生成
法。
【請求項１６】刺激電圧値を、対象とする神経線維のみ
が刺激可能な所定値に固定し、パルス周波数を変化させ
ることで、人工感覚の強度を変化させるようにしたこと
を特徴とする請求項１３乃至１５いずれかに記載の人工
感覚生成法。
【請求項１７】刺激波形はパルス幅２５０μsecの方形
波であり、刺激電圧を感覚が生じる閾値の略１２０％に
固定したことを特徴とする請求項１３乃至１６いずれか
に記載の人工感覚生成法。
【請求項１８】表面に感覚センサを備えた義肢部と、該
感覚センサが感知した機械的刺激から刺激波形を演算す
る信号変換部と、該刺激波形を生体の感覚神経に伝達す
る入力デバイスとから構成される人工感覚呈示システ
ム。
【請求項１９】該刺激波形は、義肢部の感覚センサ出力
に応じて変化させたパルス周波数のみによって制御され
ることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】該刺激波形はパルス幅２５０μsecの方
形波であり、刺激電圧を感覚が生じる閾値の略１２０％
に固定したことを特徴とする請求項１８、１９いずれか
に記載のシステム。
【請求項２１】該義肢部に装着された触覚センサは圧電
ゴムセンサであることを特徴とする請求項１８乃至２０
に記載のシステム。
【請求項２２】該入力デバイスは被験者に装着される電
極であることを特徴とする請求項１８乃至２１に記載の
システム。