大邱・慶北科学技術研究院（DGIST、学長 Kunwoo Lee）は、電気工学・情報科学部門のJae Youn Hwang教授が率いる研究チームと、光州科学技術院（GIST）の生物医工学部門のEuiheon Chung教授およびHyuk Sang Kwon教授が率いる研究チームが協力して、「AIベースの厚さ最適化音響ホログラム（TOAH）」と呼ばれる技術を開発したと発表した。これは3Dプリントレンズの厚さを直接最適化することで、脳の複数領域を同時に、そして正確に刺激することを可能にする技術である。レンズを介して超音波の位相と振幅を正確に制御することで、所望の形状を持つ三次元の超音波焦点パターンを生成する点が特徴だ。
この成果はBrain Stimulation誌に掲載された。
この技術は、手術や切開を伴うことなくエネルギーを安全に供給できる、患者個別化の非侵襲的治療プラットフォームへと拡張され得る。痛みの治療だけでなく、神経変性疾患や神経学的・精神疾患の治療にも適用可能なものとなる。
Jae Youn Hwang
従来の超音波脳刺激技術には重要な制約があった。硬くて不規則な頭蓋骨を超えて超音波が伝わると、焦点領域が歪み、複数の標的へエネルギーが均一に伝わらなくなる。この制約を克服するには、多数の超音波トランスデューサを備えた複雑で高価なマルチチャネル系が必要だった。
Jae Youn Hwang教授の研究チームは、AIと物理ベースの最適化技術を組み合わせることでこの課題に新たな突破口を開いた。頭蓋骨による屈折を受けても超音波が複数の脳標的へ正確に到達するよう、AIが3Dプリンタで作製するレンズの三次元厚さプロファイルを直接設計し、誤差を大幅に減らす。
この技術の大きな特徴は、薄い3Dプリントレンズ1枚と1つの超音波トランスデューサだけで、複数部位の脳刺激を同時に実現できる点である。高価な機器を必要とせず、同時に複数の脳領域へエネルギーを均一に焦点づけする。
ラットの頭蓋骨を用いた実験とシミュレーションの結果、新開発の技術（TOAH）は従来法よりはるかに正確な焦点パターンを形成しつつ、複数の標的へエネルギーを均一に供給することを示した。さらに、頭蓋骨に集中して過剰なエネルギーを減らすことで頭蓋骨の過熱といった副作用を著しく抑制した。加えて、神経障害性疼痛を有するラットの両側の視床領域を同時に刺激した実験では、過剰な神経活動を抑制し痛覚反応を顕著に改善する効果が示された。人間の頭蓋骨データを用いたシミュレーションでも、焦点の正確さと複数標的へのエネルギー供給のバランスが同様に改善されることが確認された。
「鍵はAIがレンズの構造を直接設計することで、頭蓋骨を通じて複数の脳領域へ正確に超音波を届けられる点にある」と、DGISTの電気工学・情報科学部門のJae Youn Hwang教授は語る。「単一の超音波トランスデューサと3Dプリントレンズだけを用いて正確な多部位脳刺激を実現できるこの技術は、手術や切開を伴わない安全なエネルギー供給を可能にする、患者個別化の非侵襲治療プラットフォームへと拡張され得る。痛みだけでなく神経変性疾患や神経学的・精神障害の治療にも適用される可能性がある。」
この研究は、科学技術情報通信省と韓国国立研究財団の将来有望な融合技術パイオニアプログラムおよび中堅研究者支援プログラムの支援を受けて実施された。第一著者はDGISTのMoon Hwan Lee博士（現在はドイツのマックス・プランク研究所所属）、対応著者はDGISTのJae Youn Hwang教授とGISTのEuiheon Chung教授およびHyuk Sang Kwon教授であり、Brain Stimulationの2026年7月号に掲載された。
出典： 大邱・慶北科学技術研究院
