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出典検索?: "神経工学" ? ニュース ・ 書籍 ・ スカラー ・ CiNii ・ J-STAGE ・ NDL ・ dlib.jp ・ ジャパンサーチ ・ TWL（2010年5月）

神経工学（Neuroengineering または Neural engineering）とは生理学と電子工学を融合した境界領域である。従来、人のビタミンやミネラルやアミノ酸や生体膜の構造を考える生理学と物理学の間には境界領域として関心が存在した。近年、境界領域は機械的なメカニズムで説明されたものを神経科学として統合し、神経回路に電子工学からアプローチしたものを神経工学と言う。

全体としては生理学的であり、人間工学である。生理学は神経の情報伝達だけでなく筋肉やホルモンなど生体全般を研究対象にしている。人間工学は人の全身の姿に工学的アプローチをするものである。神経科学は知覚経験から感覚器官、神経経路、脳の連続した情報伝達を研究している。脳科学は神経の中でも脳という臓器一つを研究対象にしているのであり、工学的に脳という臓器一つを制御するのは脳工学と呼ばれるべきだろう。
概要

神経工学は神経科学を基礎としている。神経科学で研究された生体の神経の構造や生理的なものを工学的に利用するものである。主に脳内に存在する神経回路網に対し工学的なアプローチを行う学問分野である。神経工学がアプローチを行う場所は感覚器官、神経経路、脳である。神経回路を構成するニューロンは化学物質によって電位を変化させることで互いに情報を伝達している。これは電子回路に似た性質を持っているため、電子回路によって模倣することや電子回路と接続することが理論上可能である。

神経工学は幾つかの分野で活用されている。情報工学は人の思考や認知の仕組みをプログラムで代用した人工知能。生体医工学は機械的なもので身体を代用しようと考えている。人工骨や義歯や人工血液や人工血管や義手・義足や脳など人工臓器で代用しようとするものである。名医の指先の動きをロボットアームで模倣して名医の手術を受けることも予想される。精神医学は脳の喜怒哀楽に反応する脳の箇所に電気を流したり、除去することで悪性な状態がなくなると考えている。心理学は電気信号を体や脳の特定の箇所に流すとどんな感情になるのか、宗教的な言い回しを神経工学で実際にやってみる超心理学がある。産業では身体障害者の代理人となるアバターにするとか、ウェイターや建築現場のロボットを遠隔地で操作することが考えれている。

神経工学が応用された幾つかの分野は全てが政府の大型資金援助のムーンショット計画の目標１に流れ込んでいる。クラーク産業産業分類によると近代社会は第一次産業、第二次産業、第三次産業の順に発展するとされている。2030年までにSosicety 5.0という目標を設定しており、人工知能と現実のものを結び付けて効率化する産業の進捗状況を考えている。2050年までに現実の世界を神経工学で効率化するムーンショット計画目標１がある。Society 5.0とムーンショット計画の目標１で発展する未来を第四次産業という産業の進捗状況だと考えられている。

神経工学は社会や産業への応用を目指していることが社会の主流となっている。
生体制御の物理現象

神経工学は神経のメカニズムを制御するのだが、神経工学と神経のメカニズムは幾つかのメカニズムで強い結びつきをみる。神経にはミネラルが水に溶けたイオンが満たされており、イオンの移動が電流となっている。電気、電気を誘導する磁場は神経を制御する基本的な物理である。耳は空気中の振動で有毛細胞のイオンチャネルが制御されている。同志社大学の小林耕太先生は赤外線が蝸牛に照射されると音が聞こえるという研究をしている。赤外線は熱の膨張によりイオンの交換が行われてるのではないかと言われている。
神経回路の方向性

神経回路のアプローチは異なる方向性で説明される。方向性はエンコードとデコードである。

知覚経験は空間に存在する光や音や触れ合いを人が経験することで感覚される。知覚経験は物理現象で言うと、電磁波や振動や圧力と説明される。神経回路に流れるのは電流である。幾つかの物理現象と神経回路の電流は物理現象が異なるので通じないのだが、別の形に変換することで電流として神経に流すことができる。これをIoBミドルウェアと言う。光や音が真空中で30万km/sであるのに対し有髄神経は70-150m/sと異なる。知覚経験が神経に流れるには神経回路に丁度いいリズムにエンコードされなければならない。エンコードは幾つか困難があり、一人の人間の知覚経験をエンコードすることはできても、自分のエンコードを他人に流しても通じない。他人の顔かたちや身長が違うように神経の長さや臓器の形状が若干異なるので、パルス波形のデータがほとんど通じない。器質的な事情で自分と他人の神経のリズムは違うので翻訳が必要になる。エンコードの方面は常に侵襲的である。

脳には電気が流れているのだが神経の周りに発生する磁場を計測して、計測したものはデータになる。直接的に脳の電流を計測したのではないけど、データから間接的に脳の電気状態を予測することができる。神経の周りの磁場と計測との間に困難がある。脳は周辺に電気と磁場が幾つも発生しているので乱雑なパルス波形として計測される。乱雑なパルス波形は原因となる一つの脳波の状態に復元する仕事をデコードと言う。デコードにはフーリエ解析やウェーブレット解析などが使われる。BMIは脳波を計測して機械の制御まで応用したものであるが、BMIが磁場を計測している場合は非侵襲性であるが、脳を切開して直接的に脳の電流を計測すると侵襲的である。

計測した脳の電気状態をモニターやアプリ等で確認することをニューロフィードバックと言う。学習や運動はベストパフォーマンスになると特徴的な脳波になる。脳波を計測しただけでなく、自分で確認してベストパフォーマンスの脳波に自分の脳や身体の状態を近付けることができる。他には脳波を計測して機械のフィードバックにアプリとステレオの動作に近付けると、悲しい時には悲しい曲、楽しい時には明るい曲を流すものが考えられている。

神経回路のアプローチは全て使用すると同一線上で理解できる。エンコードされた電気信号を感覚器官、神経、脳に流す。エンコードした電気信号を脳に流すと特定の箇所が反応する。脳の特定の箇所は計測されて五感情報のデータ化することができる。五感情報をネット回線で送受信することは五感情報通信と言われている。