【研究者の肖像Vol7】「生物が進化の過程で獲得してきた優れた仕組みを、分野を超えた融合研究で再現する。」神﨑亮平

自由闊達に育った少年時代から、機軸にあったのは〝興味関心〞

勉強するのが嫌い、本も読まない。親が先行きを心配するくらい、毎日遊んでばかりです。親に「やりなさい」と渡された計算ドリルを、机の引き出しに入れて鍵をかけ、その鍵を捨ててしまったくらい。小学校時代で自慢できるのは、図工と体育だけはずっと5段階評価の〝5〞だったこと。高野口町ってのどかな田舎ですから、勉強の出来を気にする必要はなかったし、先生も生徒も仲良しで一緒になって遊ぶようないい時代、環境でした。

　何のきっかけだったか、5年生の頃から自分で進んで勉強するように。これが思いの外面白くて、クラスでも話題になるくらい成績が一挙に伸びました。皆も影響を受けて、クラス全体の成績も急上昇。しかし、僕は友達を裏切るようなことを……。というのは、中学受験をしたんです。田舎で進学校など概念としてない時代でしたし、当然、僕一人。成績を上げたことに気をよくした親父が「お前、受験でもしてみたら？」と。そして、東京も含めて何校か受験し、最終的に選んだ先が奈良県の智辯学園。同校が中高一貫教育を始めた初期の頃でした。
　実は僕、特別枠を受験して入学したんですよ。その〝英才教育組〞に入ったことで、中高を通じて、勉強はとにかく厳しかった。夏休みなんてほぼなし。クラブ活動もできなかったけれど、勉強するのは楽しかった。ただし、興味のある、なしは、はっきりしていて、好きだったのは、先生が面白かった生物や物理、そして英語など。僕は、興味のないことはまったく度外視なので、ある意味、偏ってはいましたね。

生物というのは確かに好きな科目でしたが、格段、高い志を持って選択したわけじゃない。悩みましたよ。周りの連中は、例えば植物のこと、動物や昆虫のこと、ものすごく詳しいマニアばかり……何で僕はここにいるんだろうって。入学当初のフレッシュマンセミナーでチーム分けがあり、「興味ある生物は何か」を問われても、僕が回答したのは「人間」。いわゆる〝その他〞みたいなもので、傍流ですよ。でも、僕みたいなのはほかにもいて、同じチームになった仲間とはすごく仲が良くなりましたね。

　3年生だったある時、その仲間の一人が「研究室に行けばいろんな話が聞けるぞ」という話を持ってきた。当時、教授のいる研究室は、今より敷居が高く、学部の3年生が気軽に行けるような雰囲気ではなかったんです。それでも興味本位でのぞきに行ったのが、匂いの感覚の研究で世界的にも有名な澁谷達明先生の研究室。ここで完全に方向が決まってしまった。実はその頃から、僕はコンピュータが大好きで、当時出たてのワンボードマイコンを無理して買ったり、近くのApple販売店に通い詰めていたんです。そのコンピュータを活用する、つまり情報科学と生物学を結びつけると、その先に脳や神経系の分野があったというわけです。思えばこの時が〝融合〞の始まりで、僕は脳にのめり込んでいきました。

※本文中敬称略

昆虫の脳をモデルに一から研究活動スタート。
そして、アリゾナ大へ

　澁谷先生は脊椎動物を研究対象にされていて、最初、「ハブをやってみないか」と。ハブの行動には匂いも大きく関係していますから。でも、怖いじゃないですか（笑）。噛まれたら死ぬかもしれない。「血清がある」と言われてもねぇ。結局、世話も実験もできずじまいで、「僕は昆虫の脳をやります」と宣言したんですよ。

　研究対象に選んだのがカイコガです。オスはメスが出すフェロモンという匂いを嗅ぐとメスを探しだす。決まった匂いで決まった行動をするので、脳の仕組みを調べるには最適なわけです。かといって当時は何の情報もないので、まずは、脳内のニューロン（神経細胞）を染色することから始めました。脳を埋め込んだパラフィンを0.01mm以下の薄さに切り、染めるのですが、当時まだ国内にはきれいに染めた人はいなかったのです。しかし、たまたま従来の方法とは異なる固定液を使ったことで見事に染めることができた――脳の中の様子が突然、眼の前に現れたんです。忘れもしない12月26日、卒論終了間際でしたが、あの時の感動は今も色あせていません。昆虫の脳切片をきれいに染色したのは、おそらく僕が最初だったと思っています。

　さらに、修士と博士課程では、一つひとつのニューロンに電極針を刺していくという気の遠くなるような作業を続けていました。当時はまだ、一つのニューロン全体を染め分ける技術が世界的にも十分確立されていなかったのですが、ちょうど修士が終わる頃、ピカッと光る明るい蛍光色素（ルシファーイエロー）が開発された。「この色素を使って、神経細胞に針を刺す」わけですが、これが大変な作業で、一日中やっても成果なしなんてこともザラ。ただ、手先が器用なことも幸いして、研究は一気に進んでいきました。

　この時に得たデータを基盤に、フェロモンという匂いが、昆虫の脳の中でどう情報処理されているかという研究を重ねていったわけです。僕は結果的に、これで学位を取りました。脳に信号が入って出ていくまでの神経ネットワークを、おおよそであってもつなげたのは、自分でも「すごいな」と思っているんですよ（笑）。

　この時期に出始めたヒルデブランド教授の論文に興味を持った僕は、「そちらに行きたい」という手紙を送っていたんです。そうしたら折よく、日本で第１回目の神経行動学の国際会議があって、来日していたご本人からインタビューを受けることに。そのインタビュー後、ヒルデブランド教授が自分の手帳を見せてくれましてね。そこには、僕がまとめた国際会議用のポスター発表の全内容が詳細に写し取られていた。結果、「すぐにアリゾナに来い」と。それまでずっと一人で研究をしてきたから、世界に合流できるという感覚がとてもうれしかったですね。

　昆虫のニューロンを染色して反応を計測する僕の〝器用さ〞は、向こうで実力をアピールするのに役立ちました。その技術レベルはけっこう高かったようで、〝レコーディングマン〞なんて呼ばれて、重宝されたものです。ほとんど休みも取らずに働き続けた４年間でしたが、それまでの研究成果を超え、脳解析の精度を格段に上げられた、とても有意義な体験となりました。

　筑波大に戻ったのは1991年。ここで再びカイコガの匂い源探索の研究を続けました。そして、画期的な研究成果を得ることに成功します。匂い源探索の命令を出している、脳内のニューロンを特定できたのです。論文としては92年に発表していますが、僕一人じゃなく、学生たちも寝食を共にしてよく頑張ってくれた。この成果は大発見となり、今まさに進めている脳の再構築やその機能をロボットに搭載するといった研究の根幹になっています。

　そしてその頃、もう一つの大きな出来事がありました。それは、東大でセンサやロボットの研究をリードする下山勲先生との出会い。ここからまさに「生物学と工学を融合する」という新領域がスタートしたのです。

※本文中敬称略

昆虫の脳の力を再現していくという
新たな研究アプローチ

　自然環境下で匂い源を探すのはかなり難しい問題で、工学的にはまったくうまくいっていないんです。でも、昆虫は数キロ離れた匂い源を探すことができます。昆虫のこの能力を試すために、カイコガにロボットを操縦させるとどうなるか実験してみました。すると、ちゃんとフェロモン源を探し出すし、ロボットが異常な動きをする意地悪をしても、カイコガは瞬時にそれを補正して匂い源に到達する。この能力を再現できれば、誰もつくれなかった匂い源探索ロボットが実現します。そこで、その仕組みを昆虫脳の神経回路から精密に再現することにしたんです。

　さらに、特定の匂いに反応する嗅覚受容体という匂いセンサの実体のタンパク質を、遺伝子工学の技術を使って、カイコガの触角に入れ込むことにも成功しました。これを応用すると、特定の匂いを探し出すカイコガができるわけです。僕たちは、これを「センサ昆虫」と呼んでいます。将来は、警察犬に代わって「警察昆虫」が活躍しているかもしれません。

　また、この嗅覚受容体を培養細胞に入れることで、特定の匂いを検出してピカッと光る「センサ細胞」をつくることにも成功しました。匂い検出が必要とされる場面って、生活のなかにたくさんありますよね。なかでも、最近注目されているのがヘルスケアの分野。尿や唾液、呼気などに病気の兆候と関連する匂いがあれば、それを検出することで、手軽に検査できますから。これまでにない高感度な嗅覚センサとして、期待は大きいですね。

　昆虫は、地球上の様々な場所で、環境変化に適応しながら進化してきた生物です。嗅覚だけでなく、視覚、触覚なども、実に優れたたくさんの機能を備えている。僕はそれらに学び、現実の複雑に変化する環境下でも対応できる、生物のように振る舞うロボットの知能を構築したいのです。今はＡＩの研究や活用が活発ですが、一方で、昆虫が持つ能力、つまり「生物が進化で獲得した知能」を生かすというアプローチがあってもいいと思うんですよ。

　昆虫と人間の脳は異質なものと思われがちですが、ニューロンの形や働きは同じで、違うのは構成のされ方と数。多くの昆虫のニューロン数は約10万個で、対して人間の脳は１０００億個以上という膨大な数でできています。僕たちが、昆虫を対象にデータベース化を進めているのは、その小さなサイズ感ゆえに解析しやすいからです。

　データベースを構築していく作業は、例えるならジグソーパズルのピースを集めるようなもの。そのピースを使って脳というパズルを組み立てながら、脳の設計図を神経回路モデルとして再構築する。そして、それをスーパーコンピュータ「京」を使ってシミュレーションし、機能の予測と、より正確な神経回路を明らかにしていくのです。僕らは、京が立ち上がる前からこの作業を続けてきましたが、京のおかげでシミュレーションの効率が格段に上がりました。加えて「世界最速のスパコンを使える」ということで、専門分野を超えたいろんな仲間が集まってきた。これもうれしい話です。

　昨今、生体系にヒントを得るバイオインスパイアードといわれる発想が出てきました。簡単にいえば「生物はすごいぞ」「こんな機能を持っている」に着眼し、従来の工学的な手法で、トップダウン的につくり込むというものです。しかし、この方法だけでは、生物のように多様に変化する環境下で機能するものをつくるのは難しい。環境に適応するための「生物知能」が欠けるわけです。そこで僕らは、ニューロンから神経回路を積み上げて脳を再現するというボトムアップの手法を取った。ボトムアップとトップダウンの研究が相互に補完されることで、脳の研究は大きく加速すると思います。再構築のもととなるデータベースはまだ道半ばですが、そういった基礎研究なくして先の展開はないと思います。

※本文中敬称略

安心安全な社会づくりに向けて。
期待される実用化

まずは20年までに、世界に向けたデモンストレーションを目指しています。企業も生物機能の活用にはかなり興味を持っています。工学だけでは技術開発に限界があることに気づいており、その次として、生物が持つ機能が注目されるのは自然な流れでしょう。環境・エネルギーやＡＩの観点でも、生物が進化するなかで獲得してきた仕組みは、地球にも人にもやさしい。従来の工学的発想から少し離れて、新しい世界を開こうという話です。国の政策である「超スマート社会」の実現（Society 5.0）に直結するものだと思います。

ただ、僕が懸念しているのは、スペックありきで急ぐ実用化。実際、企業から「これ、ガンの匂いに反応するんですよね。だったらすぐ実装できませんか」という話がきたりする。生物機能の均質化、高感度化、高寿命化などは基礎技術として確立すべきなのですが、時間も資金もかかるので〝急がば回れ〞には興味を示してくれない。結果的にはそういうところからお宝、イノベーションが出てくると思うんですけどね。ここはやはり国に頑張っていただかないと（笑）。技術や環境が整って、ようやく生物の仕組みを本当の意味で使える時代に入ったのです。僕にはパイオニアとしての責務があるから、きちんとした実用化に向けても全力を尽くしたいと思っています。

先端研は、研究予算の規模でいえば、全国の大学の研究所の中では五指に入りますし、本当に研究をしたい人にとってとても恵まれた環境です。所長としての僕の役割は、そういう環境を守ること。一つには、減少が問題視されている研究時間の確保です。例えば若い研究者の場合、５年の時間をもらっても、その実は、準備と後片付けに前後時間を取られて３年くらいになってしまう。今、先端研では若手が入所したらすぐに研究に取りかかれるよう、必要となる様々な環境整備を進めているところです。

先端研には「イノベーションを起こす」という使命があるので、資金集めはもちろん、様々な分野から優秀な人材を集めることも重要な仕事です。大変だけれど、分野や階層を超えて全体を俯瞰できる今の立場は、けっこう刺激的ですよ。とにかく僕は、人の話を聞くのが大好きだから（笑）。

話を聞く、話をする、意見を交わす、これは科学者にとって絶対的に大切なこと。人それぞれで、見える、聞こえる世界は独自です。例えば、リンゴを見れば皆「赤い」と言うけれど、その感じ方は一人ひとり微妙に違う。つまり、自分が見ている、感じている世界は、主観でしかないということです。

閉じこもっていたら、決して展開は望めません。まず、唯一である自分の世界をしっかり信じたうえで、他者と言葉を交わし、違う価値観や感覚を受け入れていく。そこで初めて客観性が生まれます。そして、動くことです。脳というのは、体の動きや変化をとおして、脳自体が正しく機能しているかを判断しますから。悩んだり、大変な時こそ「動け」です。これは、僕の信条でもあるんですよ。

※本文中敬称略