850ギガバイト分ものネズミの脳のデータを、米国のアレン脳科学研究所が公開した。ネズミの脳の神経活動を記録したこのデータは、ネズミや人間の脳を理解するためのみならず、今後のブレイン・コンピューター・インターフェイスの発展のためにも役立てられる可能性が高い。
TEXT BY ADAM ROGERS
TRANSLATION BY TOMOYUKI MATOBA/GALILEO
UNOL/GETTY IMAGES
生きた脳の中で起きていることを解明するための機械は、実験台にされるマウスからしてみれば楽しいものではなさそうだ。
ワシントン州シアトルのアレン脳科学研究所では、研究者たちが（かなりの数の）マウスの頭蓋骨の一部を切除し、代わりに穴のあいた小さな窓をはめ込んでいる。マウスはフレームのなかに閉じ込められ、頭を固定される。
実際に脳をスキャンするのは、コンピューターチップと同じ技術を用いてつくられた「ニューロピクセルズ・プローブ」と呼ばれる長さ10mmの針だ。カートリッジに収納された6本のプローブは、ロボットアームの先端から頭蓋骨の穴を貫通し、マウスの脳に刺さっている。
それぞれの針には、ニューロン同士の電気信号によるやりとりである神経活動を記録できるポイントが1,000カ所近くある。針が差し込まれるのは、マウスの視覚野の最深部だ。
準備が終わったら、マウスに視覚的な刺激を与え、そのときに脳が示した反応をニューロピクセルズが記録・分析する。マウスが見せられるのは、例えば白と黒の市松模様などだ。ゆっくりと動く市松模様もある。
こうした視覚刺激には、すべての哺乳類の脳が反応する。加えて、自然界や動物の写真なども見せた。オーソン・ウェルズの映画『黒い罠』の長いノーカットのオープニングシーンから抜き出した、2つの短い動画を繰り返し見せることもあった。
マウスが動画を観ている間にニューロピクセルズは、アレン脳科学研究所が開発した脳マッピング基準で指定された部位にある数百～数千個のニューロンから、データを収集し続ける。
マウスの頭の中を覗き込むのは容易ではない。PHOTOGRAPH BY ALLEN INSTITUTE
重要なのは、データが公開されたこと
アレン脳科学研究所は、こうして収集した70テラバイトに上る生データのすべてをかき集め、850ギガバイトの有用な情報に整理した。その結果は、脳マップと活性状態にある脳の新たな視覚イメージングとともに公開された。
ここで重要であるのは、アレン脳科学研究所が研究を公開した点である。脳を研究する人も、脳をシミュレーションするコンピューターを研究する人も、実データを必要としているブレイン・コンピューター・インターフェイス（BCI）の研究をしている人も、これらを自由に使える。
アレン研究所の主任研究者クリストフ・コッホは、「この50年の間、研究者たちはせいぜい30～40個のニューロンからデータを集めてきました」と語る。「それが2,000や50,000、10万個になると、まったく違う世界が見えてきます。それこそ、わたしたちが実現したことなのです」
コッホいわく、このデータセットには脳全体のなかのつながりのある部位同士の活動が記録されているという。プローブに沿った異なる10部位のあいだ（複数の視覚関連部位のあいだや、視覚関連部位と高次情報処理を司る部位のあいだなど）で起きる1,000個のニューロンの反応などだ。
これほどの数のニューロンの活動データは、ほとんどの研究者にとって、これまで観察できたものに比べて桁違いに多い。「このデータセットは、神経生理学のあり方を根本から変えるでしょう」と、コッホは言う。
研究所によるデータセットの目的は、脳に関する基礎的な知見の拡張にある。ほかの研究者がこれをもとに仮説を構築し、数理解析を実施し、さらには機械学習アルゴリズムに学習させることなども想定している。
「神経科学におけるすべての問いにかかわるものです」と、コッホは言う。「学習の神経学的な特性とは？ 動物がタスクを学習するとき、脳内ではどのように表現されるのか？といったことです」
アレン研究所の研究者たちは、マウスが見たものと脳内の神経活動の関連を探した。PHOTOGRAPH BY ALLEN INSTITUTE
デヴァイスの開発で競う企業たち
神経科学者たちはいずれ脳のアウトプットを解読し、病気の治療のみならず、コンピューターやその他の技術のコントロールに利用したいと考えている。ただし、いまのところは誰もその方法を知らない。世界中の研究機関や企業が、脳の活動を正確かつ精密に記録するデヴァイスの開発で競っているのは確かだが、どれも初期段階には変わりない。
例えば、イーロン・マスクのNeuralink（ニューラリンク）は、ロボットが極小の電極を脳に直に編み込む「ニューラルレース」と呼ばれるテクノロジーの利用を検討しているようだ。現在はネズミによる実験段階だが、ヒト以外の霊長類にも対象を拡大するという。またある研究グループは、マウスの脳に「ニューラルメッシュ」を埋め込み、8カ月にわたって稼働させることに成功した。
関連記事：「電脳化」の実現を目指しているのは、イーロン・マスクだけじゃない
フェイスブックが買収したCTRL-Labsは、手首から運動ニューロンのアウトプットシグナルを拾う方法で、ヒトのBCI開発を目論んでいる。さらにフェイスブックはこれとは別に、言語野に狙いを定め、言葉をコンピューターが処理できる情報に翻訳する研究も進めているところだ。
関連記事：フェイスブックが「脳信号を読み取るリストバンド」の開発企業を買収した真意
ヒトとマウスの違いにどう対処するか
こうした取り組みにおける主な課題のひとつは、ニューロンの電気的活動を記録しつつ、正確に脳内の位置情報をマッピングすることである。
それこそが実際の脳活動を理解することにほかならないが、一筋縄ではいかない。モニタリングは数週間から数カ月、場合によっては数年にわたって継続する必要がある。だが、電極は塩気のある「大脳のスープ」の中で劣化するし、免疫反応によっても劣化する。アレン研究所で使われているニューロピクセルズ・プローブも、活動するニューロンをリアルタイムで観察する顕微鏡にとって邪魔になる場合がある。
このため、もっと柔軟な電極を開発することが、問題の解決につながるかもしれない（アレン研究所の研究者たちは同一の3D脳マップ上に、神経活動の電気生理や2光子励起イメージングなど、すべてのデータを統合させている）。
もうひとつ厄介なのは、マウスのデータはしょせんマウスのものであって、ヒトの完璧なモデルにはなりえないことだ。マウスの視覚野は構造的に見ると貧弱である。マウスは霊長類とは違って、触覚と嗅覚の生物なのだと、一部の脳科学者は指摘する。
「率直に個人的な意見を言わせてもらえば、多少の共通点はあるという程度でしょう」と、ハワード・ヒューズ医学研究所で柔軟なポリマー製電極の開発にあたる神経科学者、ローレン・フランクは言う。「とはいえ、マウス相手の研究者たちを弁護するなら、マウスの大脳皮質にヒトと共通の特性がたくさんあるのは事実です」
これは朗報だ。マウスは霊長類より扱いやすい。安価で時間がかからず、既存の知見が多いうえ、倫理的な制約が少ないのだ（マウスには気の毒な話だが）。
おそらくさらに重要なのは、マウスの大脳皮質を解明する技術がかなり発達しているという点である。それゆえアレン研究所をはじめとする研究機関は、マウスを対象に技術を発展させてデータを蓄積しながら、一度により多くのニューロンを調査してデータを読む方法を向上させられる。すべては将来のヒトへの応用を視野に入れてのことだ。
コッホは現状について「多くの外科医と連携しながら、ヒトの大脳皮質に電極を挿入するプロトコルの承認に向けて動いています。ゆくゆくは電極を除去しなくてはならなくなる特定部位にも電極を挿入するためのプロトコルです」と語る。外科医たちが、例えば焦点発作などに対処できるようにだ。「そう遠い未来の話ではありません」
一方、別の研究チームは、現在マウスに使われているニューロピクセルズ・プローブの5倍近い長さの電極を開発している。長さ48mmのこの電極は、霊長類の脳の最も深い層まで到達する。こちらもいずれ、新たな考察の材料を提供してくれるだろう。
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