サイエンスニュースまとめ☆ななめ読み

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実験室で培養した「ミニ脳」をバイオコンピューターとして使用するというアイデアを研究者が提唱

近年話題となっている人工知能(AI)は、人間の脳に触発された
アプローチによって大きな進歩を遂げています。そんな中で学際的な
研究チームが、ヒト幹細胞を基に作られた脳オルガノイド(ミニ脳)を
生物学的ハードウェアとして使用する「Organoid intelligence
(OI／オルガノイドインテリジェンス)」というアイデアを提唱し、実現に向けたロードマップを説明しました。

すでに脳オルガノイドを使用した研究は数多く行われており、薬物が脳に及ぼす
メカニズムについての研究やラットの脳損傷を人間の脳オルガノイドで修復するという
研究が報告されています。また、脳オルガノイドに卓球ゲームの「PONG」をプレイさせる
ことに成功したという研究結果もあります。

脳オルガノイドの利用に期待が高まる一方で、学習や記憶する能力を持ち、
環境と相互作用できる脳オルガノイドを作成することは、複雑な倫理的問題を提起します。
すでに脳オルガノイドに原始的な目を発達させることに成功したという研究結果があるほか、
脳オルガノイドから赤ちゃんの脳波に似た信号が検出されたという報告もあります。

科学者らは脳オルガノイドが何らかの意識や知性を獲得する可能性があると考えているものの、
実際に人間のような意識が発生するかどうかは不明です。スタンフォード大学で生物科学から
生じる倫理や法的問題について研究するハンク・グリーリー教授は、科学系メディアの
Live Scienceに対し、「互いに接続されたニューロンが何個あっても知的なものにはなりません。
私が100万個の切石を積み上げてもシャルトル大聖堂ができるわけではなく、
ただの切石の山にしかならないでしょう。実際の脳を作るのは脳細胞の構造、
つながり、そして環境なのです」とコメントしました。

https://gigazine.net/news/20230302-brain-organoid-intelligence-biocomputer/

鹿児島大学、理化学研究所、東京慈恵会医科大学、東京大学の共同研究グループは３日夜、統合失調症の発症に神経伝達を調節するＬＤＢ２という遺伝子が関与する仕組みを解明し、この調節機能が低下すると精神疾患発症につながる可能性があると発表した。グループは「薬剤開発や治療の有効なアプローチになる」と期待する。

統合失調症は脳や神経系の活動の不調和で起きる疾患で、幻覚や妄想、意欲の低下など多様な症状がある。１００人に１人弱が発症するとされ、環境や遺伝が要因と言われている。

グループの一員で、鹿大大学院医歯学総合研究科の城山優治助教（４９）＝生体機能制御学＝によると、血縁関係にある複数の統合失調症患者には、同じ染色体異常とＬＤＢ２という遺伝子が放出するタンパク質が通常より少ないという共通点があり、染色体異常がＬＤＢ２遺伝子の働きに関与していることが分かった。

マウスの脳を調べると、ＬＤＢ２タンパク質は、認知機能を担う大脳皮質や海馬、情動機能を担う扁桃体（へんとうたい）に分布していた。恐怖を感じて動きを止める習性を生かし、音を流して電気ショックを与える実験をすると、通常のマウスは多くが音を聞いて動きを止めた。ＬＤＢ２遺伝子のないマウスは変化がなく、過活動など精神疾患と似た行動が見られた。

ＬＤＢ２遺伝子のないマウスの扁桃体では、神経活動の効率を下げるタンパク質が過剰に作られていた。

城山助教は「一部の症例から得られた知見だが、双極性障害（そううつ病）など他の精神疾患の解明にも応用できる」と語った。研究成果は同日夜、欧州の科学雑誌「EMBO Molecular Medicine」オンライン版に掲載された。

https://373news.com/_photo/2021/03/20210303D203000-OptimizedCNTS2021030300771-20210303202829-1.jpg
城山優治・鹿児島大学大学院医歯学総合研究科助教

2021/03/03 23:00
https://373news.com/_news/?storyid=133702

https://www.newsweekjapan.jp/stories/world/2020/11/post-95038.php
※リンク先に動画解説あり

＜宇宙網と脳の自己組織化は、同様のネットワーク力学の原理によって形成されている可能性がある、との研究が発表された......＞
ヒトの脳は宇宙と類似性があるのかもしれない......。
マウスの脳内の神経細胞（ニューロン）の画像と宇宙をシミュレーションした画像を並べた2006年8月14日付の米紙ニューヨーク・タイムズの記事は、世界中で話題となった。


そしてこのほど、その類似性が定量分析によって裏付けられた。

■小脳の約690億個の神経細胞と1000億個の銀河
伊ボローニャ大学の天体物理学者フランコ・バッツァ准教授と伊ヴェローナ大学の脳神経外科医アルベルト・フェレッティ准教授の研究チームは、
宇宙学と神経外科学の観点から定量分析を行い、銀河がつながる水素ガスの大規模構造の宇宙網とヒトの脳の神経回路網（ニューラルネットワーク）を比較した。
2020年11月16日にオープンアクセスジャーナル「フロンティア・イン・フィジックス」で公開された研究論文によると、両者にはその規模に27桁以上もの違いがあり、
その構造がもたらされた物理的プロセスも本質的に異なっているものの、両者の構造には、同様の複雑性と自己組織化が認められたという。

ヒトの小脳には約690億個の神経細胞（ニューロン）があり、観測可能な宇宙には少なくとも1000億個の銀河があるが、
神経細胞や銀河が脳や宇宙全体の質量に占める割合は3割にも満たない。
脳の77％は水、宇宙の73％は暗黒物質（ダークマター）でできている。
また、神経細胞も銀河もフィラメント（細かい糸状の構造）を介して互いに接続し、自己組織化されている点も類似している。
研究チームは、ヒトの大脳皮質および小脳と宇宙網のシミュレーションを画像で定量的に比較した。



シミュレートされた宇宙網の物質分布（左）と小脳で観測された神経体の分布（右）

■「同様のネットワーク力学の原理によって形成されている可能性がある」
宇宙学で銀河の空間分布を分析する際に用いる「スペクトル密度」を計算すると、小脳の揺らぎ分布は1～100ミクロンであった一方、
宇宙網の揺らぎ分布は500万～5億光年であった。両者の規模には大きな違いがあるものの、相対的な揺らぎ分布は類似している。



銀河（左）と小脳の神経網（右）の比較

また、1個の神経細胞や銀河に接続するフィラメントの本数も近似している。3800～4700のサンプルをもとに宇宙網を分析したところ、
各銀河には平均3.8～4.1本のフィラメントが接続していた。
一方、1800～2000のサンプルをもとに大脳皮質を分析すると、各神経細胞に接続するフィラメントは平均4.6～5.4本であった。

研究論文では、一連の研究結果をふまえ、「宇宙網と脳の自己組織化は、同様のネットワーク力学の原理によって形成されている可能性がある」と結論づけている。

　九州大学などの研究チームは、複数のにおいが混じり合うことで、感じ方が強まったり弱まったりする嗅覚（きゅうかく）の特性を、マウスを使った研究で解明したと発表した。肉や魚の臭みがハーブで弱まるなど、経験的に知られていた現象を細胞レベルで明らかにできたことから、香料の効率的な調合などに生かせる成果という。

　嗅覚は、鼻の奥にある神経細胞が様々なにおい物質を感知して、脳に伝達している。

　複数のにおい物質を嗅いだ際はそれぞれの成分の「足し算」として認識されるという定説があったが、実際には臭い靴下のような「イソ吉草（きっそう）酸」と、バニラの香りの「バニリン」を合わせるとチョコレートの香りに感じるなど、説明できない事例も知られていた。

　九大の稲垣成矩（しげのり）研究員（神経科学）らは、この仕組みを解明しようと神経細胞が光るようマウスの遺伝子を操作。生きた状態で頭の骨を削り、においを嗅がせた際の神経の働きを顕微鏡で調べた。

拡大する写真・図版
臭い靴下のにおい成分と、バニラの香りを合わせて嗅ぐと、チョコレートの香りだと感じる。「足し算」だとされてきた嗅覚の定説に当てはまらない調和の仕組みの一端が、九州大学などの研究で明らかになった=稲垣成矩・九大研究員提供

　すると、におい物質の感知で「活性化」して光が強まる細胞だけでなく、光が弱まって神経の働きが「抑制化」される細胞があることを世界で初めて発見した。

　さらに複数のにおいを混ぜて嗅がせた実験では、それぞれを単独で嗅がせるよりもはるかに反応が高まって細胞が光る「相乗効果」のケースのほか、単独で嗅がせるよりも反応が弱まって細胞の光も弱まる「拮抗（きっこう）作用」がみられるケースもあった。においの足し算や引き算が複雑に起き、香りの調和を感じる原因と考えられるという。

　人間とマウスは嗅覚の仕組みが似ており、今後はわずかな量で香水の香りを変えられる調合などを科学的に探索しやすくなることが期待できるという。

　チームの今井猛・九大教授（神経科学）は「今回は基礎的な発見だが、食品の臭みを抑えるなど応用に向けた新しいアプローチになると考えられる」と話している。（竹野内崇宏）

朝日新聞　2020/7/1 5:00
https://www.asahi.com/sp/articles/ASN6Z6TXMN6ZTIPE004.html?iref=sptop_8_05

→明るさにかかわる錯覚の原理は100年以上研究されている
→脳が錯覚に介在している場合、ありえない錯覚のパターンが見つけ出され、脳の錯覚への介在が疑われる
→実験の結果、明るさの錯覚は脳でなく網膜の単純な神経回路で起きていた



上の図は明るさを用いた錯覚を引き起こす典型的なものです。

影の部分にある「B」が描かれたマスは、明るい部分にある「A」と描かれたマスはより明るくみえます。



「A」マスの右下の濃い色のマスが上下で色合いが変化しているのが錯覚のキーになっている。「A」マスの右下のマスを取り除くと、一気に同じ色にみえてくる/Credit:EdwardH.Adelson(文字はナゾロジー編集部記入)
ですが、周りのマスをはぎ取っていくと、実際は同じ明るさにあることがわかります。

脳を研究する研究者たちは、この錯覚（明るさ、輝度コントラスト）の背後にあるメカニズムを、100年以上にわたって解明しようと努めてきました。

しかし、ヒトの認識にかかわる部分は容易に解明できませんでした。

研究者たちはただ漠然と、「脳の調節機能にかかわる高度な働きが関与しているのだろう…」と、考えるしかなかったそうです。

ですが新たなMIT（マサチューセッツ工科大学）主導の研究によって、輝度コントラストの錯覚の発生地点は脳ではなく、網膜であることが証明されました。

錯覚は私たちの脳に辿り着く前の段階で、既に起きており、脳は後から認識するに過ぎないというのです。

MITの研究者たちは、認識問題の霧をどうやって切り抜けたのでしょうか？

■常に影のほうのドットが明るくみえる訳ではない



画像をみると、まず脳は画像の各位置の明るさを特定します。

しかしながら、この特定は画像から発せられる光量に比例するとは限りません。

私たちの知覚は、特定の場所の色の濃さを、その場所を照らしている光の量とかけあわせて認識するからです。

そのため、上の図のように、影の場所にある明るいドット（右上と左下）に認識力を多く注いだ場合、明るい場所にある暗いドット（左上と右下）よりも、明るくみえる錯覚を起こします（実際には左右のドットは同じ色）。

反対に、明るい場所にある暗いドット（左上と右下）に認識力を多く注いだ場合、影の場所にある明るいドット（右上と左下）がより明るくみえてしまいます。

問題は「そのかけあわせが何処で行われているか？」になります。

錯覚の研究が盛んにおこなわれるようになった19世紀から現在に至るまで、このかけあわせは脳で行われると考えられてきました。

脳の明るさの調節を行う高度な働きが、錯覚をうみだしたと考えていたからです。

しかし、この説には不可解な点がありました。



なぜなら、上の図のような「影の方のドットが暗くみえる」逆パターンが存在したからです。

「だからどうした？」

と、思われるかもしれませんがMITの研究者たちは、これは重要かつ決定的な事実だと考えました。

というのも「影の方のドットが明るくみえる」ように脳が介入をかけているなら、本来、逆は起こらないはずです。

しかし、逆がある。

すなわち、明るさの判断には脳の介在そのものが無い可能性が出てきたのです。

続きはソースで

https://nazology.net/archives/63082

香港科技大学の研究者が、人間の目の構造を模倣した球状の人工視覚センサーを開発しました。

このセンサーは光を集中させるためのレンズと、半球状の網膜の役目を果たす部分で構成されます。また球体部は直径2cmほどの大きさで人間の眼とほぼ同じ。そしてその内部は導電性の液体で満たされます。半球状の網膜にあたる部分は光で発電するペロブスカイトナノワイヤーの高密度アレイから作られ、活性化されると人間の神経細胞と同様に電気信号を発生します。

この視覚センサーはただ人間の眼を模した構造になっているだけではなく、実際に可視光の入力に関して人間の眼に近い応答性と優れた回復性を示します。

視野角については人間が130～150度ほどとされるのに対して約100度と狭いものの、まだ改良の余地があり、将来的には解決される問題だとされます。とはいえ、他の人工視覚はイメージセンサーが平面状のものが多いため、さらに視野角が狭いと研究者は指摘しています。


※引用ここまで。全文は下記よりお願いいたします。
https://japanese.engadget.com/jp-2020-05-21-cyborg-eye.html?1

ヒトと類人猿でしか発見されなかった言語に関する神経回路がサルでも発見されたことから、ヒトの言語の起源が従来の説よりも2000万年もさかのぼる「現代からおよそ2500万年前」までさかのぼれる可能性を、ニューカッスル大学の研究チームが示唆しました。

Primate auditory prototype in the evolution of the arcuate fasciculus | Nature Neuroscience
https://www.nature.com/articles/s41593-020-0623-9/metrics

Scientists make a spectacular discovery about the origin of language in the brain
https://www.inverse.com/science/human-language-pathway-at-least-25-million-years-old

Controversial Discovery Says Origins of Human Language Existed 25 Million Years Ago
https://www.sciencealert.com/controversial-discovery-in-monkeys-pushes-the-origin-of-human-language-back-25-million-years

他の動物に比べて、ヒトの脳は言語によるコミュニケーションに特異的に適応しています。しかし、「発話をしながら相手の話を聞き、互いに意思疎通を行う」という能力を進化の過程でどうやって獲得したかははっきりとわかっていません。

一般的に類人猿(ape)に分類されるチンパンジーの脳には、ヒトと似たような言語回路があるということが明らかになっていて、前頭前皮質と側頭葉にまたがっている弓状束と呼ばれる神経経路が言語に大きく関与しているとされています。

以下の図で色がついている神経線維の束が弓状束。



類人猿を含まないサル(monkey)の脳には言語回路に相当するものが見つかっていなかったため、「サルがヒトや類人猿のような言語能力を持つのか」は議論の的になっており、ヒトが言語能力を獲得したのは類人猿に進化して以降だ」という説も根強く唱えられていました。一方で、ヒトほど複雑に情報を処理できるわけではありませんが、ニホンザルは食べ物やアイデンティティ、危険についての情報伝達を発声で可能にしていることがわかっています。

ニューカッスル大学の比較神経心理学者であるクリス・ペトコフ教授が率いる研究チームは、「サルの脳に言語回路が見つからないのは、探すべき脳の領域を間違っているからだ」と考え、ヒト・類人猿・サルの脳を核磁気共鳴画像法(MRI)で検査したデータを比較。その結果、人類や類人猿の弓状束に相当する神経回路が、サルの脳の聴覚野に見つかったと報告しています。

研究チームは、サルの聴覚野にある弓状束が類人猿やヒトの持つ言語回路のプロトタイプである可能性を指摘しています。これまでの研究で、およそ2500万年前に類人猿がサルから進化し、およそ500万年前にヒトが類人猿から進化したといわれています。サルにも言語に関する神経回路が見つかったことで、ヒトの言語の起源は500万年前の類人猿からではなく、2500万年以上前のサルだった頃にあった可能性があるというわけです。


ペトコフ教授は「サルの聴覚系にも、ヒトと同じような言語回路が隠れていることに驚きました。長い間行方不明になっていた祖先の新しい化石を見つけたようなものです」とコメント。加えて、脳卒中や脳挫傷などによって言語能力に支障が出た患者でも、前頭前皮質と側頭葉だけでなく、聴覚野にも視野を広げることで言語能力の回復を狙うことができる可能性も示しました。

ただし、ペトコフ教授自身も「非常に物議を醸している」と認めており、今後もサルの脳を解析することで、サルとヒトのミッシングリンクをどれだけ追跡できるかが重要だと述べています。

https://gigazine.net/news/20200428-human-language-origin-25-milion/