マイクロ電極アレイ（MEA）は、多数の微小電極をグリッド状に配置し、神経細胞や脳スライスなどの電気活動を同時に多点計測・刺激するためのデバイスです。AI分野では、生体脳の神経回路網から得られる活動データの解析や、生体細胞と人工知能を融合させたクローズドループシステムの構築において重要な役割を果たしています。
マイクロ電極アレイとは
マイクロ電極アレイ（MEA）とは、微小な電極を多数並べたセンサーチップであり、培養された神経細胞や脳組織スライス、または生体脳内の電気信号を同時に、かつ非破壊的に記録・刺激するためのデバイスです。
詳しく解説
マイクロ電極アレイは、シリコンやガラスの基板上に数十から数万個の微細電極を格子状に配置した構造を持ちます。神経細胞（ニューロン）は活動時に微弱な電位変化（活動電位）を起こすため、電極に接した細胞の活動を高時間・高空間分解能でキャッチできます。AIの分野では、培養神経細胞を用いた計算（ウェットウェアコンピュータ）の研究において、ニューロンへの入力信号の書き込み（電気刺激）と、ニューロンからの出力信号の読み出し（電気記録）を担うインターフェースとして不可欠です。近年では、深層学習を用いた活動パターンの分類や、生体神経回路と機械学習モデルを直接結合してリアルタイムで相互作用させるクローズドループシステムの基盤技術として注目を集めています。
具体例・使われ方
具体的な利用例として、シャーレ上で培養した皮質ニューロンをマイクロ電極アレイに接続し、ロボットの自律走行や簡易的なフライトシミュレーターの操作といったタスクを学習させるバイオハイブリッドAIの研究が挙げられます。また、創薬分野において、化合物を投与した際の神経回路の反応（活動電位のスパイク頻度の変化など）を機械学習によって高精度にスクリーニングするシステムにも応用されています。
似た用語との違い
マイクロ電極アレイは、1本の微細針で単一細胞の膜電位を精密に計測する「パッチクランプ法」とは異なります。パッチクランプ法が極めて高精度に一つの細胞内電位を測定するのに対し、マイクロ電極アレイは複数の細胞が形成する「神経回路網」全体のネットワーク活動を網羅的かつ長期的に観察することに特化しています。また、頭皮上から脳波を測る「脳電図（EEG）」に比べて空間分解能が圧倒的に高く、個々のニューロン群に近いレベルでの信号処理が可能です。
注意点
注意点として、得られる電気信号は複雑なノイズを含んでおり、個々の細胞の信号を分離する「スパイクソーティング」と呼ばれる高度な信号処理や、深層学習による前処理が必要不可欠となります。また、生体材料（培養細胞や脳組織）を長期間維持するコストや技術的難易度が高く、シリコンベースの人工ニューラルネットワークのように、現時点で全く同じ電気的入出力を永続的に再現することは困難です。