ジェロ・マイセンブク：脳の革新

ここに私のドッペルゲンガーがいます。 （笑い） ドクター・ゲロは素晴らしくも 少し狂気じみた科学者です。 ドラゴンボールZの人造人間編に登場します。 よく見てみると、 彼の頭がい骨は アクリルガラスのドームに付け替えられています こうすることで脳の動きが観察できますし、 光でコントロールすることもできます。 まさしくこれが私がやっていること… 光でマインドコントロールすることです。

（笑い）

しかし世界征服を望む この双子の兄弟と違って、 私の野望は邪悪なものではありません。 脳をコントロールすることによって どのように動くかを理解するのです。 ちょっと待てよ、とあなたは言うかもしれません 理解することもしないで、 どのようにコントロールするのか？ 客車を馬の前に置くようなものではないか？ 多くの神経学者はこの考えに賛成しており、 理解するためには、 詳細な観察と分析が必要と考えている。 彼らは、「もしニューロンの活動を記録できれば、 脳を理解できるだろう」と言っている。 しかし、その意味を少し考えてください。 もし全ての細胞が 何をしているかを常に計測できたとしても、 そのパターンが何であるかを 導き出さなければならない。 それはとても難しく パターンを理解できたとしても、 私たちの脳への理解と同じくらいのものでしょう。

脳の活動がどんなものかご覧に入れましょう。 このシミュレーションでは、一つの黒い点が 一つの神経細胞です。 黒い点は、 細胞が電気信号を発生させるときのみ見えます。 ここには1万個のニューロンがあります。 それは、大体１％くらい ゴキブリの脳の。 皆さんの脳はこれの約1億倍 複雑です。 このようなパターンは、 あなたにも言えることです、 あなたの知覚だったり、 感情、記憶 将来の展望がこれらのパターンなのです。 しかしパターンの解読方法を知らないがために これらが保存されている場所を私たちは知りえません。 脳が使っている暗号を私たちは知りません。 前進するためには、 暗号を解読しなければなりません。 どうやって？ 暗号解読のエキスパートは、こう言います 暗号の中のパターンを見つけるためには、 それらを使ってみて、組みなおすことが 大切だ、と。 ここでも同じことが言えます。 このようなパターンに隠されている 情報を解読するためには、 見ているだけではだめで、 組みなおさなければいけない。 別の言葉で言うと ニューロンの活動を記録する代わりに、 制御しなければならない。 必ずしも全ての ニューロンを制御する必要はない。少しでいい。 ターゲットは絞れるだけ絞ったほうがいいです。 今お見せするのは、 どのようにターゲットを絞ったかです。

私は壮大なことより現実的なことを好むので、 神経系統を制御することで瞬く間に 全ての謎が明らかになるとは言いません。 それでも私たちは多くを学ぶことができます。 介入が大きな影響力を 持っていると気づいたのは もちろん私が最初ではありません。 神経系の機能に対する さまざまな試みは 古くから有名です。 少なくとも200年さかのぼって、 ガルバーニの有名な実験は 18世紀以前の話です。 ガルバーニは蛙の腰神経を 電極につなげることで 脚がケイレンすることを示したのです。 この実験は最初でもっとも基本的な 神経コードの大事な部分、 情報は電気信号によって伝えられている ということを明らかにしました。 ガルバーニのとった方法、 電極で神経系を明らかにしようというのは 今日でも先端をいっています、 様々な欠点があるにもかかわらず。 ワイヤを脳に挿すのはどう見ても残酷です。 動き回る動物にやるのは困難ですし、 同時に挿せる ワイヤの数も 限られてきます。

20世紀も終わりのころ、 私はこう考えました。 もしこのロジックを逆に してみたらどうだろう、と。 脳の一部にワイヤを 挿す代わりに、 脳自体を作ってしまおう、 ある数の神経細胞を フラッシュのような拡散する刺激を受けたときに 反応するように。 この試みはまさしくフラッシュのように 様々な障害を取り払ってくれました。 一つ目は、ワイヤがないために 脳を侵さないこと。 二つ目は、ラジオのブロードキャスト放送のように 一度に多くのものとコミュニケーションができること。 どこに受信者がいるか分からなくても大丈夫です。 そして、受信者が動いても大丈夫、ちょうど 車のステレオと同じように。 さらなる長所として、 DNAに組み込まれているものから受信機を 作れることが明らかになりました。 つまり、DNAで正しく 構成されている神経細胞であれば、 受信機を自発的に生成し、 私たちが制御することができます。 このシンプルさに秘められた 美しさを理解していただけると 幸いです。 ハイテクな機械は何もありません、 生態が生物学で明らかになっただけです。

それでは、この奇跡的な受信機を間近で見てみましょう。 これらの紫色のニューロンに近づいていくと、 細胞膜が微小な穴で 覆われているのが見えます。 このような穴が電流を伝え、 神経系統の 全てのコミュニケーションの鍵となっています。 しかし、これらの穴は特別なものです。 これらはあなたの目と同じように、 光の受容体と対になっていて、 光が受容体に当たると 穴が開き電流が伝えられ、 ニューロンが電気信号を発信します。 光で活性化するニューロンはDNAに組み込まれているため、 奇跡的な精度を導き出せます。 なぜなら、 私たちの体の各細胞は 同じ遺伝情報を持っていますが、 細胞によって活性化している箇所が違うために 起こります。 これを利用して、あるニューロンだけを 光で活性化するようにして、 他のものはしないようにできます。 この漫画では、左上の青みがかった 白い細胞は 光に反応しません。 なぜなら光で活性化する穴が欠如しているからです。 この試みは成功し、 直接脳に人工的な文字を 書くこともできます。 この例では、それぞれの電気信号や その跡の偏差は ちょっとした光が引き起こしています。 この方法は、動いたり 行動している動物にも効果的です。

これは、ある意味ガルバーニの実験を 光（レーザー）で行った最初の実験といえます。 これは6、7年前に私のところの 大学院生であったスザーナ・リナによって行われました。 スザーナは左側のミバエの脳を 20万個の細胞のうち2個だけが光に反応するように 遺伝子操作で作りかえました。 これらがあの馴染み深い 叩こうとするときにあなたをイライラさせる 原因となっている細胞達です。 これらがハエの反射運動を引き起こし、私たちが身構えたときには 飛びさってしまうように仕向けているのです。 この実験では、フラッシュが同じ現象を引き起こしています。 飛び跳ねて羽を広げ、それをふるわせていますが、 ガラスの板に挟まれているために 実際には飛び立てません。 ハエが光を見ているためにこの現象が起こっているわけではないと 証明するために、 スザーナはシンプルですが とても有効な実験手段をとりました。 ハエの頭を落としてしまうのです。 頭がない状態でもおよそ1日は生きることができます。 大したことはできませんが。 ただ動き回って、 過剰に身繕いをします。 首が落ちた後に残ったのは"見え"だけのようです。 (笑い） いずれにせよお見せするとおり、 スザーナはハエの脊髄神経から 飛行を司っている部分を制御することに成功し、 頭がないハエを実際に 飛ばしてみせたのです。 遠くに行けないのは当然ですが。 最初の一歩を私たちが始めたことにより、 光遺伝子学の分野が急成長しました。 今では数百の研究所が この実験方法を採用しています。

ガルバーニやスザーナが 動物のケイレンや飛行などの最初の成功を収めてから 長い道を歩んできました。 彼らの心理学に対して少し難解な方法で アプローチしてみましょう。 この最後の例でお見せするのは よく耳にする質問である 人生とは次になすべきことを 常に決め続けさせられた選択の積み重ねである、というものからです。 私たちはこういったプレッシャーに対して脳を使って対処します。 この脳の中で決定の鍵を握るところを 私はアクターと呼んでいます。 アクターはその時に私たちが置かれている状況や 環境を基にした 行動を可能にします。 自分の行動が環境や状況を変えて、 さらにそれらがフィードバックされ、行動が決定されるというループができます。

この神経生物学の議論を 抽象的なモデルに当てはめてみましょう。 私たちお得意のミバエを使い、 一次元の世界を作ってみました。 この垂直に立っている二列のケースそれぞれには 一匹ずつハエが入っています。 それぞれの部屋の右半分と左半分は それぞれ別の匂いで満たされています。 そしてハエが行ったり来たりするのを 監視カメラが見ています。 これが監視カメラがとらえた映像です。 ハエは部屋の真ん中に来たとき、 違う匂いの狭間で 決断をしなければなりません。 向きを変えて今来た道を戻り 同じ匂いに留まるか、 真ん中を越えて 新しいものに挑むか。 この決定はアクターが作り出した 行動方針に従います。 このハエのような知的生物の行動方針は 明文化されているものではなく、 経験から学習し変化していくものです。 この適応性を私たちのモデルに 取り入れるときには アクターとは異なるグループの細胞、 「クリティック」というアクターがした 選択に対してフィードバックをする ものが脳内にあると 仮定しています。 あなたは途絶えることのないこの内なる声、 まるで脳内の教会を 思い浮かべることができるでしょう、もし あなたが私と同じオーストリア人か、 フロイト派の超自我、もしくは ユダヤ人であればお母さんを想像してください。

（笑い）

クリティックが 私たちの知性の鍵と なっていることは明らかです。 そこで私たちはハエの脳で クリティックの役目を果たしている 細胞を特定しようとしました。 実験方法は単純です。 光でクリティックの細胞を遠隔制御して 活性化することができれば、 人為的にアクターの行動方針を変えることが できるはずと考えたのです。 言い換えると、 ハエは自分がした間違いから学習 しているはずですが、 実際には経験していないのです。 私たちは 光で制御できる細胞を無規則で脳にちりばめた ハエを育てました。 これらのハエを使い、 選択をさせました。 2つの選択肢から１つ、 どちらかの匂いを選ぶと、 このケースではオレンジ色ではなく青色の方です、 光をつけます、 光で活性化する細胞の中にクリティックが含まれていれば、 こん介入行動によって 行動方針が変わるはずです。 ハエは光で刺激を受けた方の 匂いを避けるはずです。

例を２つ紹介します。 ２系統のハエを比べています、 いずれも 光で制御できる細胞がおよそ１００個脳内にあります。 右と左に緑色に見えるものです。 これらのグループに共通しているのは、 いずれも神経伝達物質ドーパミンを生成することです。 しかしドーパミンを生成する ニューロンの性質は 右と左で明らかに大きく異なります。 光でこれら１００個かそこらの 細胞を活性化することで 二種類のハエの間には 劇的な違いがうまれます。 右側のハエの行動を 最初に見ると、 ハエが部屋の真ん中、二つの匂いが混じっているところに たどり着くと、 今までと同じようにまっすぐ進みます。 行動は全く変わりません。 しかし、左側のハエは全く違う行動をとります。 真ん中までくると 立ち止まり、 あたかも周りの環境を探り出すかのように 綿密に匂いを分析し、 そして振り返ります。 これらの結果はアクターが作った行動方針が 部屋の右半分に満たされている匂いを 避けるように仕向けているからです。 左側のハエではクリティックが 機能しており、 ドーパミンが生成したニューロンに クリティックが含まれているはずですが、 右側のハエのドーパミンが生成したニューロンには含まれていないということです。

幾多のこのような実験を繰り返し、 クリティックの所在を 12個までに 絞り込みました。 これらの12個の細胞、緑色のところは、 出力情報を脳機構の キノコ体と呼ばれるところ、 この灰色のところ、に送ります。 理論的なモデルから 脳機構の中で クリティックの出力を受けるのはアクターと分かっているので、 この分析が示すところは キノコ体は行動の選択に何かしら 関係があるということです。 キノコ体について分かっていることを考えると 完全に筋が通ります。 実際、あまりにも綺麗に筋が通っているので、 電気回路でハエの行動を模倣する おもちゃを作ることができます。 この電気回路のおもちゃは キノコ体のニューロンは 板の真ん中に垂直な青色LEDの かたまりで表されています。 これらのLEDはセンサーにつながっており 空気中の匂い分子の存在を感知します。 それぞれの匂いはそれぞれ違うパターンのセンサーを活性化させ それはキノコ体の中の それぞれ異なる匂い検知器官を活性化させます。 ハエの操縦席ではアクターという パイロットが どの匂いがあるのかを どの青色LEDが光っているかを見ることで認識することができます。

アクターが個の情報を基に何をするかは 行動方針によって変わり、 匂い検知器官とハエの回避行動を起こしている 伝達細胞の結びつきの強さが その方針の より所になっています。 もし結びつきが弱ければ伝達細胞は動かず、 ハエはそのまま直進します。 結びつきが強ければ伝達細胞が動き、 ハエは今来た道を戻ります。 次のような状況を考えてみましょう。 伝達細胞が動かないまま まっすぐ進むと、 痛みを伴う結果が待っている、 例えば叩かれるような。 このような状況では、 クリティックは行動方針を変えるよう アクターに働きかけると 予想しました。 この状況をフラッシュをたくことで人為的に 作り出しました。 そしてこれは現在活性化している匂い検知器官と 伝達細胞の結びつきを強める 結果となりました。 つまり次に ハエが同じ匂いと出くわしたとき、 結びつきは伝達器官を動かし、 回避行動をとります。

私はあなたのことを知りませんが、 心理学の抽象的な 概念が消え失せ、 精神を実態的、 機能的に理解することがとても楽しいことを発見しました。 たとえハエの精神だとしても。 これはよいニュースの一つです。 もう一つのよいニュースは、 少なくとも科学者にとっては、 まだまだ未知の領域があるということです。 前述した実験で、 クリティックの所在はつかめましたが、 クリティックがどのように 動いているかはまだ分かりません。 考えてみると、先生やお母さんの助言無しでは 自分の間違いに気づくことは とても難しいことです。 コンピュータサイエンスや人工知能の 中にはこれらの解決策の 糸口がありますが、 生物同士の 接触から生じる 知的行動に関しては、 何一つ証明が できていません。 それらが解決されるのもそう遠くないと思っています。

ありがとう

（拍手）