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itou  - ,  07:00 PM

電子技術が脳の解明に重要な役割を果たしつつある

電子技術が脳の解明に重要な役割を果たしつつある

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筆者のマーク・マクドネル氏は、南オーストラリア大学の計算論的脳科学の上級研究員です。マクドネル氏によると、これからは電子技術が脳機能解明の鍵となるそうです。


今、「電子技術」が人間の脳の働きの解明に、重要な役割を果たしつつあります。電子技術と脳科学の間に、急速に拡大している交差領域があるのです。新しい視座を持つこの分野の研究は、脳機能障害の治療や、人工知能技術の開発にブレークスルーをもたらす可能性があります。


脳科学者は脳の電気的活動を調べるのに、fMRIや脳波記録、電気プローブなどを使います。こうした技術を通して、統合失調症、てんかん、アルツハイマーなどの病気には特有の脳活動のパターンがあることがわかりました。

しかし、最新機器を駆使しても未だに解明できていないことがあります。身体活動や知能、感情といった複雑な機能を実現するために、脳内で神経細胞同士がどのように連携して働いているのか? という謎です。

この疑問に答えることが、脳科学の世界では聖杯となっています。あるいは、「10億ユーロ」の問題とも言えます。これは、最近EUが人間の脳に関するプロジェクトに拠出した金額です。

最近、私と米国電気電子学会の共同ゲストエディターたちが関心を持っているのは、電子技術と脳科学が交差する場所です。私たちは以前から、生物学の影響を受けて生まれた新しい技術と、脳科学における最新の研究成果に注目してきました。


なぜ脳は卓越しているのか?


計算論的脳科学を専門とする者として、私の研究グループでは、脳が知覚から情報を引き出すのがうまい理由を解明しようとしています。

例えば、騒がしい環境で人の声を聞き分けることにおいて、現在の「自動音声認識技術」は、人間の脳にはるかに劣ります。脳のこうした卓説した能力に、神経細胞はどう関わっているのでしょうか?

私は、電子技術者として、神経細胞が音を処理する仕組みを研究することで、とくに音声認識と自動音楽記譜の分野において、人間の脳に負けない技術を開発したいと考えています。

こうした活動をする上で、私は、物理学者のリチャード・ファインマン氏の有名な格言「私は自分に作れないものは、理解できない」から勇気をもらっています。現在わかっている知識を使って、神経細胞を模倣する技術を開発すれば、神経細胞同士がどのように連携して働くかを解明できると考えています。

脳の働きの解明は、普通のコンピューターを使っても可能ではあります。しかし、今、もっと良いやり方があるのです。それは、神経細胞ネットワークを模倣する電子回路を設計することです。例えば、網膜の神経細胞反応を模倣する視覚センサーができれば、動いているものを素早くキャッチするロボットを開発することも可能です。

コンピューターのデジタルで逐次的な処理とは違って、脳の神経細胞は、アナログで、並列処理的で、不正確です。こうした特徴を持つ電子回路を設計することを、「神経形態学的エンジニアリング」と呼びます。例えば、オーストラリアでは、ウェスタンシドニー大学の生体電子工学と脳科学のグループがこの分野に取り組んでいます。

研究者たちは、神経細胞の予測不能な変動性を模倣する電子回路が作れること、また、従来の設計よりも省電力にできることを示しました。


生体工学の未来


脳をこうした形で「リバースエンジニアリング」することの重要性は、「the Conversation」の記事でも触れられていました。これは、オーストラリア科学アカデミーが発表した、オーストラリアの脳科学に関するシンクタンクレポートへの返答となっています。このレポートでは、「生体工学的な脳をつくる」プログラムについて論じています。

「生体工学」とは、生物学と電子工学を横断する領域です。電子回路の中に「生体工学的な脳をつくる」ためには、間違いなく電子技術者が必要です。例えば、人工内耳は、電子工学と脳科学がうまく連携した成功例です。人工内耳は「生体工学的な耳」とも呼ばれています。

電子技術を用いた「医用生体工学」によって、失明、てんかん、パーキンソン病、アルツハイマーなどの脳機能障害への対策が進みつつあります。

私は、電子技術を用いて脳の回路を模倣することで、神経細胞が連携して働く仕組みについての基礎的な理解が推進されると信じています。そして、最終的には、人間の知能と同等か、もしくはそれを超える工学システムの構築へと進んでいくでしょう。


Mark McDonnell(原文/訳:伊藤貴之)

  • ,,,, - By

    友清哲

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