文部科学省 科学研究費助成事業 「学術変革領域研究(A)」
神経細胞という不安定なバイオ素子に基づいて構成されながら、生物の脳は自律適応的に、そして高いエネルギー効率で高度な情報処理を実現する。このような脳の情報処理アーキテクチャの理解は生物学-工学-情報科学を横断する重要課題であるが、素子(細胞)の集団的振る舞いとシステム(脳)としての機能との関係は、いまだ“複雑系”という名のベールに隠されている。本提案では、バイオ素子を基盤とする脳の情報処理を、モデル動物脳および培養細胞を用いて解析した上で数理モデルとして記述し、システム応用へと結びつけることを目指す新たな学問領域を立ち上げる。本領域の成果は、脳神経系の基礎理解はもちろん、計算効率が高く、頑健性・柔軟性を持つ革新的なコンピューティング技術の創成へと結びつくことが期待される。
総括班メンバー
香取 勇一教授公立はこだて未来大学
システム情報科学部
松井 鉄平教授同志社大学
大学院脳科学研究科
山本 英明准教授東北大学
電気通信研究所
谷井 孝至教授早稲田大学
理工学術院
平野 愛弓教授東北大学
材料科学高等研究所
正水 芳人教授同志社大学
大学院脳科学研究科
神谷 温之教授北海道大学
医学研究院
河野 崇教授東京大学
生産技術研究所
平田 豊教授中部大学
理工学部
研究計画
生物実験で得られる多細胞ダイナミクスに関する大規模データから情報表現として意味のある統計量を抽出し(松井班)、自発活動などの特徴の機能的意義を説明する数理モデルとして定式化する(香取班)。
Detail健常時の感覚運動制御(山本班)と損傷後の自己修復過程(平野班)を対象として、定式化されたマルチセルラ数理モデルが実細胞系で動作することを検証し、さらに培養神経回路を基盤とする計算機の実現に向けて各種センサやアクチュエータとのインターフェース技術を開発する(谷井班)。
Detailモデル動物脳の直接計測により、生体系での多細胞ダイナミクスに基づく情報表現(正水班)とシナプスレベルでの可塑性(神谷班)に関する生理データを取得する。
Detailマルチセルラ数理モデルを生物に近い電力効率で実装する集積回路を開発し(河野班)、さらにそれを実機適応制御コントローラとしてロボット制御に応用することで再帰的神経回路から創発する感覚運動変換特性を明らかにする(平田班)。
Detail