【対談】 ロボットスーツHAL®は医療をどう変えるのか

川口 有美子氏（NPO法人ALS／MNDサポートセンター　さくら会 副理事長）＝聞き手 中島 孝氏（国立病院機構新潟病院副院長・神経内科）

　世界をリードする日本のロボット技術。その粋を集めたロボットスーツHAL^®（Hybrid Assistive Limb^®，以下HAL）を，医療機器として利用する未来が見えてきた。

　本紙では，神経・筋疾患患者を対象に「HAL-HN01（医療用HAL）」を利用した治療の医学的効果の検証を試みる中島孝氏と，難病である筋萎縮性側索硬化症（ALS）をテーマとした著書『逝かない身体』を持つ川口有美子氏との対談を企画。HALとは何か，HALを用いた治療ではどのような医学的効果が期待できるのか。中島氏が研究代表者を務めた治験の内容を足掛かりに，HALを用いた治療によって患者にどのような福音がもたらされるかに迫った。

川口　先日，国立病院機構新潟病院へ伺い，難病患者さんたちがHALを着用して歩いている様子をようやく見ることができました。印象的だったのが，患者さんたちの楽しそうな雰囲気です。「HALは患者さんのQOLを高めるものになるに違いない！」って直感しました。

中島　ご覧になったのはHAL下肢用のHAL-FL05でしたね。おっしゃるとおり，HALを装着して歩行プログラムに成功した患者さんは皆，笑顔になるんです。治験（MEMO）においては医療機器としての治療効果とともに，その笑顔になる患者さんの主観の部分にもフォーカスした評価研究を進めてきました。

川口　今日はそのあたりもぜひ伺いたいと思っています。

「操作する／される」とは異なる，身体と機器の協働を実現

川口　まず，HALが一体どういうものであるのか。そこから共有させてください。

中島　HALは四肢に装着する外骨格型の装着型ロボットで，人間の身体機能を改善・補助・拡張することのできる世界初のサイボーグ型ロボットです。筑波大大学院教授であり，サイバーダイン社CEOの山海嘉之氏が1991年から研究に着手し，発明に至りました。

川口　Cybernetics（サイバネティクス），Mechatronics（メカトロニクス），Infomatics（インフォマティクス）を融合した「Cybernics（サイバニクス）」という概念を基に作り上げたものであるとお聞きしました。

中島　CybernicsはまさにHALの基本的な原理に当たると思います。人が機械を操作するサイバネティクスと異なり，HALには機器を操作する操縦棹やボタン，キーボードはありません。機器を装着し，電線で直接結ばれることによって，人と機器との情報交換をリアルタイムに行えるようになる。すると，その人の意思通りに，機器と身体を動かすことができるようになるのです。

　「人が機器を操作する」「機器が人を動かす」とも違い，「人と機器が協働する」というニュアンスで理解していただくことがふさわしいと言える技術です。

一体感を生む，HALの3機能

川口　機器を使うわけでもなく，機器に使われるわけでもない――。まさに人と機器の融合が可能になっている，と。具体的にはどのような機能により，それが実現できているのですか。

中島　(1)「サイバニック随意制御（Cybernic Voluntary Control）」，(2)「サイバニック自律制御（Cybernic Autonomous Control）」，(3)「サイバニックインピーダンス制御（Cybernic Impedance Control）」，以上3つの基本機能によって，装着者が機器との一体感を得られるようになっています。

　はじめに，(1)サイバニック随意制御について説明しましょう。人が身体を動かすとき，まず脳で「歩く」という指令が作られます。その指令は脊髄運動ニューロンを通って身体に伝わっていく。筋骨格系はその指令に反応し，当該の部位を必要なぶんだけ動かすことができます。

　実は脳から神経を通じて筋骨格系に送られる「どの部位をどれだけ動かす」という指令は，運動単位電位（Motor Unit Potential）となり「生体電位信号」として，皮膚表面から漏れ出てきています。HALは，皮膚から出る生体電位信号をセンサから読み取り，装着者の運動意図を解釈する。そして認識した情報に即してパワーユニットをコントロールし，装着者の運動をアシストするわけです。この機能が(1)サイバニック随意制御に当たります。

川口　では，(2)「サイバニック自律制御」はどのような機能ですか。

中島　こちらは，HAL内部にあらかじめプログラムされた「起立」「歩行」などの動作パターンを参照し，HALが運動を遂行させる機能です。この機能があることで，装着者に随意運動障害がある場合でもHALがナビゲートするので，目的とする運動を成功させることができるわけです。

　装着時，各関節にHALの重量がかかるのではないかとも思われますよね？　そこで機能しているのが(3)サイバニックインピーダンス制御で，運動時に質量と慣性モーメントに対する補正を行います。そのため，装着者はHALの荷重を意識せず，むしろ自分の身体であるかのような感覚を持って運動動作を行うことが可能になります。

川口　なるほど。それらの3機能が連動することで，難病患者さんであってもスムーズで安定した足の運びができていたわけですね。

神経筋の可塑性を促進し，「歩く力」を再獲得する

川口　すでに国内の医療・福祉施設でも，HALの下肢用は「福祉用」としてレンタルが行われ，神経・筋疾患以外の患者を対象にした歩行訓練には活用されていると聞きます。しかし，中島先生は，このHAL下肢用を「医療機器」として用いるための検証を進めてこられてきたのですよね。

中島　ええ。現在，HAL福祉用の位置付けは「福祉用具」です。そこで医療機器として扱うことができるよう，神経・筋疾患患者でも動作する医療モデルのHAL-HN01を作ってもらい，2013年3月より治験（NCY-3001試験）をスタートさせました。15年2月に治験総括報告書をまとめ，これをもってサイバーダイン社が薬事申請することになります。なお，すでに14年12月末に「希少疾病用医療機器」に指定されており，HAL医療用が優先審査などの支援措置を受けられることまで決まっているんです。

川口　ということは，HALが医療機器として使われるようになる日も，決して遠くはないことになりますね。

　ただ，義足や補装具としての用途はイメージしやすいのですが，医療機器というとピンとこない患者さんも周囲には多いです。「どのような治療効果があるのか」という点が，いまいちわかりづらいのかもしれません。

中島　HALを使用することで期待される治療効果を一言で表すと，疾患によって起きる歩行不安定症（Neurologic Ambulation Disorder，表）の改善と歩行機能の再獲得に対する治療効果，そして各種疾患症状の進行抑制効果です。

表　歩行不安定症を起こす疾患群とHAL医療用の臨床的有用性（想定）（クリックで拡大）

川口　どんなメカニズムによってそうした効果は期待できるのでしょう。

中島　歩行不安定症を来す疾患は多種多様にありますが，麻痺が高度でなければ，シナプスネットワークの再構築が回復の手立てとなります。そのための手段としては，運動意図と，意図された運動現象の対応を繰り返し反復させる実践的な練習プログラムが有効と考えられています。

　脳は，身体を動かしたとき，「どのような信号を発信し，どのように動作したのか」を確認しています。HALにアシストされながらの歩行動作であっても同様で，「歩けた」という感覚が感覚神経，脊髄を通して脳へとフィードバックされる。このように脳から運動神経を通りHALへ，HALから感覚神経，脊髄を通して脳へというインタラクティブなバイオフィードバックを正確な運動現象とともに繰り返すと，歩行の改善に向けた脳・神経・筋の可塑性を促進すると考えられているのです。

　さらに神経・筋難病患者がHALを一定時間，定期的・間欠的に装着し，適切に筋収縮を助けられることで，病的筋繊維の過疲労を軽減し，神経原性筋萎縮と筋力低下の進行抑制がなされるとも期待しています。

川口　それはHALを用いるからこそ可能な治療になるのですか。

中島　そう思います。人間の運動動作は単純なように見えますが，実は非常に複雑です。今，川口さんが目の前のコーヒーを口に運ぶまでの動作一つとっても，脳はとても複雑な動きをコントロールしている。

川口　肩・ひじ・手首……。いろいろな関節が複合的に動いています。

中島　歩行も同様で，左右の股関節，膝関節の複雑な多関節運動を連動し，複合的に動きます。この複雑な運動現象全体を再現し，失敗することなく反復させるためには，やはり徒手的な介入では難しく，HALのような機器が必要不可欠なのです。

　もちろん「HAL単独治療」としてのみ展望しているわけではありません。将来的には抗体医薬，核酸医薬，幹細胞／iPS細胞を用いた治療と組み合わせた複合療法により，有効性をさらに高めていこうと考えています。

川口　海外ではすでにHALの医療用を実際の医療に取り入れている国もあるのだとか。

中島　早期からHALを用いた歩行プログラムを実施することで，歩行動作が改善されるという効果は国際的にも認められています。医療機器に関する品質マネジメントの規格であるISO13485は取得済みですし，それに基づいて製造された同様のモデルは，EUの医療機器に貼付が義務付けられる基準適合マークであるCEマークを13年8月に得ています。ドイツにおいては公的な労災保険に適用されているんです。

川口　すごい。HALの技術は国内を飛び越え，そこまで進んでいるんだ。

中島　14年11月にはサイバーダイン社は，HALを医療用として米国食品医薬品局（FDA）へ販売承認の申請を行いました。医療機器の大市場である米国で承認が得られることになれば，いよいよ医療ロボットが世の医療現場へ浸透していく段階に入っていくことになるでしょう。日本でも医療応用の実現化に向け，期待が高まります。

HAL・サイバニクス技術の発展にも期待が大きい

川口　実物を拝見させてもらって一番感動したのが，実はHALの技術を発展させたという「サイバニックスイッチ」でした。手指でスイッチが押せなくなったALS患者さんの腕から運動意図を拾い上げ，パソコンへの文字入力を可能にしたというのは驚きです。

中島　その技術は，HALの持つ生体電位信号から随意運動を検出する機能を独立させたデバイス「サイバニックインターフェース」が基になっています。それを応用したのが「サイバニックスイッチ」で，ALS，脊髄性筋萎縮症，筋ジストロフィー，脊髄損傷など四肢麻痺患者用の意思伝達装置に接続するための機器として...