機械学習と実験により、脳の普遍的な計算原理を探る

脳は外部の環境を認識して次の行動を決定する情報処理を行っている。しかし脳がどのような方程式を用いて情報処理を行っているのか、その普遍的な計算原理は分かっていない。BSI行動・神経回路研究チームのAndrea Benucciチームリーダーたちは、マウスの神経活動の計測データを機械学習の数理モデルで解析して脳が用いている方程式を導き出し、さらに神経細胞の活動を光で操作してその方程式を脳が本当に用いているか検証する実験を進めることで、脳の普遍的な計算原理を探っている。

匂いに対する神経活動と行動を数理モデルでつなぐ

動物は、餌など好きな匂いがすれば近づき、敵など嫌いな匂いがすれば逃げる。匂いの情報を取り入れ、正しく認識して、適切な行動を取ることは、生存を左右する重要な課題である。では、匂いは脳の中でどのように認識され、好き嫌いが決められ、行動が引き起こされるのだろうか。BSI知覚神経回路機構研究チームの風間北斗チームリーダーは、その大きな謎の解明に挑んでいる。

意識レベルの定量化を目指すー脳内での統合情報量の新たな指標を提案

米国の精神科医ジュリオ・トノーニが提唱した意識の統合情報理論が注目されている。ネットワーク内部でいろいろな情報が統合されたときに意識が生じると考え、その統合の度合いを示す“統合情報量（Φ）”の指標を提案した。この指標で意識レベルを客観的に評価しようと考えたのだ。今回、BSI大泉匡史研究員、甘利俊一チームリーダーらの研究グループは、これまでに提案されたΦの指標が持つ数学的問題点を明らかにし、新たな指標の導出を試みた。

理研百周年・BSI20周年記念シンポジウム「脳科学と社会の未来」開催報告

2016年12月10日、コクヨホールにて行われたBSI20周年を記念するシンポジウムは、会場参加者約300名、ストリーミング市長による参加者延べ450名と盛況のうちに終了しました。

脳の情報処理を実現するシナプス強度の調整機構を探る

「脳はコンピュータよりもはるかに少ないエネルギーで学習や認知など高度な情報処理を行うことができます。それは、神経細胞同士をつなぐシナプスの情報伝達効率（シナプス強度）を巧みに調整することで実現されています」そう語るBSIシナプス可塑性・回路制御研究チームの合田裕紀子チームリーダーたちは、シナプス強度を調整する複雑な仕組みの解明に挑んでいる。

うつ状態を繰り返すモデルマウスで双極性障害の原因が見えてきた

病気の発症メカニズムを解明して、確実な診断法や画期的な新薬を開発するには、その病気に似た症状を示すモデルマウスの作製が突破口となる。BSI加藤忠史チームリーダーたちは2006年、脳だけでミトコンドリア機能障害が起きるようにしたマウスが、性周期に伴う行動量の変化を示すことを明らかにした。さらに2015年、そのマウスが自発的にうつ状態を繰り返すことを明らかにし、ミトコンドリア機能障害が集中している脳部位を突き止めることにも成功した。

第2回 Brainサイエンスカフェ

参加者と研究者が気軽におしゃべりをしながら脳の不思議について共に考える「Brainサイエンスカフェ」。第2回目のテーマは「言葉の学び方と年齢」。言語発達研究チームの馬塚れい子チームリーダーと秋元頼孝研究員が参加者の皆さまと言葉と学習の脳機能についてディスカッションを行ったレポート。

世界初の発現系で“柔らかい微小管”の実体に迫る

細胞内には微小管と呼ばれる管状の繊維が張り巡らされ、その微小管に沿ってさまざまな物質が輸送されることで生体の機能は保たれている。BSI武藤悦子チームリーダーたちは10年以上の試行錯誤の末、世界に先駆けて、ヒトの微小管の材料であるチューブリンの発現系の開発に成功。その新しい技術を駆使して“柔らかい微小管”の実体に迫ろうとしている。

グリア細胞“アストロサイト”は脳内で何をしている？

脳の構成要素といってまず思い浮かぶのは、神経細胞、そして血管だろう。実は、脳の構成要素にはもう一つ、グリア細胞がある。グリア細胞の役割は、脳の構造や代謝を維持し、神経細胞の働きを助けることだと考えられてきた。ところがBSI平瀬肇チームリーダーは、アストロサイトは学習や記憶の形成に不可欠なシナプス可塑性にも関わっていることを突き止め、アストロサイトの多様な機能を明らかにしようとしている。

代官山蔦屋書店で脳科学∞つながる

2017年に創立20周年を迎えるBSI特別連載トークイベント「代官山蔦屋書店で脳科学∞つながる」。その一回目、芥川賞作家の絲山秋子さんとBSI加藤忠史チームリーダーの対談レポート。

脳が学習する基本法則を導き出す

約100年前、アインシュタインが発表した一般相対性理論により、宇宙で起きるさまざまな現象を理解したり予測したりすることができるようになった。「アインシュタインも、生まれたときには、ほとんど何もできない赤ちゃんだったのです。その後の経験により脳がさまざまなことを急速に学習することで、大発見に至りました。そのような脳の優れた学習能力が、どのような仕組みで実現しているのかを研究しています」
そう語るBSI 神経適応理論研究チームの豊泉チームリーダーは、理論研究によって脳が学習するときの法則を導き出し、脳で起きるさまざまな現象を理解したり予測したりしている。

脳科学と技術の対話により、人間の理解に基づくイノベーションを創出する

理研BSI－トヨタ連携センター（BTCC）第3期が始動
2007年11月にBSI内に設立したBTCCでは現在、脳科学による人間に対する深い理解に基づき、自動車の運転支援と脳卒中などのリハビリテーションに関する新しい技術の開発が進められている。BTCC國吉康夫連携センター長と、トヨタの研究開発戦略を策定している技術統括部の岡島博司主査に、BTCCのこれまでの歩みと2015年4月からスタートした第３期（2015～17）の目標を聞いた。

感じる脳を解く

私たちは、物が触れたという皮膚感覚をどのようにして知覚しているのだろうか。BSI行動神経生理学研究チームの村山チームリーダーは、さまざまな手法を用いて、1個の神経細胞レベル、局所回路レベル、より広域のネットワークレベルで皮膚感覚を知覚するメカニズムを明らかにすることを目指してきた。そして2015年5月、皮膚感覚を司る新しい回路を発見し発表した。

脳神経細胞の樹状突起形成メカニズムの一端を発見

BSI視床発生研究チームの下郡智美チームリーダーらは、バレル皮質という領域だけで発現するBtbd3遺伝子に着目。通常マウスでは、神経細胞は感覚情報の入力が多い方向にのみその樹状突起を維持するが、Btbd3の発現を抑制すると、入力が少ない方向の樹状突起が除去されないことを発見した。

匂いと行動。その間をつなぐ。

BSIシナプス分子機構研究チームの吉原良浩チームリーダーは、ゼブラフィッシュやマウスを用いて、匂い入力から行動出力までの複雑な嗅覚神経系のメカニズムを解き明かそうとしている。

下村脩先生がやってきた

2008年ノーベル化学賞の受賞以前から、下村脩先生は蛍光タンパク質（GFP）の分野で伝説の存在だった。伝説人はひそかに敬うべきと思い、BSI細胞機能探索技術開発チーム・宮脇敦史チームリーダーは下村先生に講演依頼するのを控えていたらしい。2008年以降、下村先生は時の人となった。

IP₃受容体は生命の根幹を制御している

カルシウムイオン（Ca²⁺）は、筋肉の収縮などさまざまな生命現象を制御することに使われている。Ca²⁺は細胞の中にある小胞体に貯蔵されており、その放出を担っているのがIP₃（イノシトール三リン酸）受容体である。BSI発生神経生物研究チームの御子柴克彦チームリーダーは、行動異常を起こす動物で欠損していたP400タンパク質の解析を通じてIP₃受容体を発見し、それが小胞体にあるCa²⁺を通過させるチャネルでもあることを明らかにした。

嗅覚神経回路の精緻な配線図の解読に成功

生物が匂いの情報に応じて行動するためには、匂いの情報が高次嗅覚中枢に伝えられて処理される必要がある。ところが、嗅球から高次嗅覚中枢へつながる二次嗅覚神経回路は、よく分かっていなかった。BSIシナプス分子機構研究チームの宮坂信彦 副チームリーダーと吉原良浩チームリーダーを中心とする研究グループは、嗅覚神経回路の配線図の解明に挑んだ。

患者の症状に近いモデルマウスでアルツハイマー病の克服に挑む

世界的に高齢化が進む中、加齢に伴い発症率が高まるアルツハイマー病の克服は、人類社会の最重要課題だ。その発症メカニズムの研究や創薬が世界中で進められてきたが、いまだに根本的な予防・治療法が確立されていない。その大きな原因に、適切なモデルマウスが存在しなかったことが挙げられる。BSI神経蛋白制御研究チームの西道隆臣チームリーダーと斉藤貴志 副チームリーダーたちは2014年、アルツハイマー病患者の症状に近い病態を示す新しいモデルマウスの作製に成功した。

覚醒しているときに、なぜ感覚が鋭くなるのか？

脳には膨大な数の神経細胞があり、それらが互いにつながり合い、複雑な神経回路をつくっている。その神経回路を信号が巡り、情報処理されることで、さまざまな機能が生まれる。BSI大脳皮質回路可塑性研究チームの津本チームリーダーは、多数の神経細胞の活動を、種類を区別して同時に観察できる２光子励起カルシウムイメージング法を遺伝子改変動物に適用。2014年にはそれを駆使して、目覚めているときに感覚が鈍くなる神経回路の仕組みを明らかにした。

脳が意思決定をするとき

どうすれば、好きな人に喜んでもらえるのか。私たちはさまざまな状況の中で適切な行動を選択する意思決定を絶えず行っている。そのとき脳の中ではどのような情報処理が行われているのか。BSI理論統合脳科学研究チームでは、理論と実験を融合した研究により意思決定における脳の情報処理の過程を探っている。

脂質ラフトから生命の根源に迫る

生物にとってエネルギーは不可欠で、その枯渇は死を意味する。逆に、過剰なエネルギーは肥満を引き起こし、さまざまな疾患の原因にもなる。そのため、生物には体全体のエネルギーの蓄積と消費のバランスを調整する機能が備わっているはずである。しかし、その仕組みは複雑で、よく分かっていなかった。そうした中、BSI神経膜機能研究チームの平林義雄チームリーダーは2012年、GPRC5Bというタンパク質がエネルギー代謝に関わることを発見した。

アルツハイマー病の新しい遺伝子治療実験に成功

BSI神経蛋白制御研究チームの西道隆臣チームリーダーらは、2001年、ネプリライシンがAβを分解する主要な酵素であることを突き止めた。今回、外科的手術を用いず、注射器で血管内に投与することで、脳内の神経細胞だけで遺伝子を発現させるウイルスベクターの開発に成功。このウイルスベクターにネプリライシン遺伝子を組み込んで、マウスに投与する実験を行った。

抱っこして歩くと赤ちゃんがリラックスする仕組みを科学的に証明

BSI黒田研究ユニットの黒田公美ユニットリーダーらは、哺乳類の子どもが親に運ばれる際にリラックス仕組みの一端を、ヒトとマウスで科学的に証明した。

細胞の運命を決定するレチノイン酸の可視化に成功

BSI細胞機能探索技術開発チームの宮脇敦史チームリーダーらは、レチノイン酸の受容体タンパク質からレチノイン酸が結合する領域だけを取り出し、そこに蛍光タンパク質を連結させることで、レチノイン酸濃度に応じて色が変わる新しい蛍光プローブ「GEPRA」を開発。生きたゼブラフィッシュ胚のレチノイン酸濃度を可視化することに成功した。

悲しい音楽はロマンチックな感情ももたらす

BSI情動情報連携研究チームの岡ノ谷一夫チームリーダーらは、悲しい音楽が、悲しみだけでなく、ロマンチックな感情も聴き手にもたらしていることを実証した。

親子関係を脳科学で探る

これまで、子育てや親子関係については、経験に基づく議論や心理学的な研究が主に行われてきた。BSI黒田研究ユニット・黒田公美ユニットリーダーは、ヒトとマウスに共通する子育て（養育）行動や、子が親を慕う愛着行動に注目して、それらの行動に関わる神経回路のメカニズムを探っている。

脳研究の最前線を支える研究基盤センター

「脳研究に必要なあらゆる技術や研究試料をそろえた総合力において、RRCは世界屈指の技術支援組織です」と板倉智敏センター長は胸を張る。そして2011年2月には、新しい動物実験施設を備えた“神経回路遺伝学研究棟”が完成した。BSIの研究力の源泉、RRCを紹介しよう。

独創的な分析支援で脳科学を推進する

「私たちは今、脳から特定の種類の神経細胞だけを取り出し、その中で働く多種類のタンパク質の量を個々に分析する技術開発を進めています」と研究基盤センター生体物質分析支援ユニット・俣賀宣子ユニットリーダー。脳科学を支える独創的な最新技術を紹介しよう。

“木も森も見る”生体の深部観察技術

BSI細胞機能探索技術開発チームの宮脇敦史チームリーダーらは、2011年8月、生体を透明化する水溶性試薬「Scale」を発表。11月にはオリンパス（株）が、Scaleに光学的調整を施した透明化液「SCALEVIEW-A2」と、深さ4mmまでを高精細に観察できる対物レンズ「XLPLN25XSVMP」を発表した。そして今年4月、それらの製品は「エジソン・アワード」金賞に輝いた。

セロトニンが睡眠・覚醒機能と24時間リズムを束ねる

BSIシナプス分子機構研究チームの研究員と、発生神経生物研究チームの研究員らは、24時間周期の睡眠・覚醒のリズム形成に神経伝達物質のセロトニンが関わる仕組みを解明した。セロトニンが関係する不眠や睡眠リズム障害、うつ病などの理解が進み、新たな治療法の開発につながると期待される。

神経幹細胞が脳の内側だけで細胞分裂する仕組みが明らかに

BSI発生遺伝子制御研究チームらは、ゼブラフィッシュを用いた実験により、「細胞極性制御因子」が神経幹細胞の分化と細胞極性の維持の両方を強調的に制御することにより、神経幹細胞の分裂位置が脳室側だけに限定されることを解明。

直観をつかさどる脳の神秘

BSI認知機能表現研究チームは、2007年から行われてきたプロジェクト“将棋における脳内活動の探索研究”の一環で、これまで思考に関与するとはあまり考えられていなかった大脳基底核が直観の創出に大きく関与していることを発見した。

学習の記憶を長持ちさせるには適度な休憩が必要

BSI運動学習制御研究チームの永雄総一チームリーダーらは、分散学習を受けたマウスでは、小脳皮質につくられた短期記憶が小脳核へと移動し、長期記憶になることを解明。さらに、休憩中に小脳皮質でつくられるタンパク質が重要な役割を果たすことを突き止めた。

生体を透明化する水溶性試薬「Scale」

BSI細胞機能探索技術開発チームは、尿素をベースに蛍光シグナルに影響を与えず固定組織を透明化する水溶性試薬「Scale」を開発。蛍光標識した神経細胞などを脳表面から数mmの深部に至るまで高精細で観察することに成功した。

タンパク質だけで感染する常識外の仮説を実証

BSIタンパク質構造疾患研究チームの田中元雅チームリーダーらは、酵母プリオンを用いて、タンパク質単独仮説を世界で初めて実証。タンパク質のアミロイド（凝集体）構造の違いがさまざまな症状を引き起こす特異なメカニズムを解明し、治療法の確立していない神経変性疾患の病態解明や治療開発に役立てようとしている。

神経細胞にたまった異常タンパク質の分解メカニズムを解明

BSI構造神経病理研究チームの貫名信行チームリーダーらは、神経細胞にたまった異常タンパク質を分解する新たなメカニズムを解明した。アルツハイマー病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症、ハンチントン病などの神経変性疾患の予防や治療への応用が期待される。

魚の胚発生における増殖と分化、生きたまま観察に成功

細胞は分裂を繰り返し増殖するーこの生命の営みの根幹となっている現象を、個体が生きたままリアルタイムで観察することができると、生命科学は大きく前進する。今回、BSI細胞機能探索技術開発チームらは、細胞周期の進行をリアルタイムで可視化できる蛍光プローブ「zFucci」を開発、さらにzFucciを全身に発現するゼブラフィッシュ「Cecyil」の作製に成功した。

こころや行動を支配する遺伝子を探す

BSI行動発達障害研究チームの有賀純チームリーダーたちは、さまざまな生物の遺伝情報を比較したり、マウスの行動実験などから、脳で重要な働きをしている遺伝子を探し出し、その機能を解明しようとしている。この研究は、脳・神経系の疾患の原因解明や治療法の開発にもつながりつつある。

ハンチントン病の新しい遺伝子治療に、モデルマウスで成功

BSI構造神経病理研究チームを中心とする研究グループは、ハンチントン病のモデルマウスを使って、伸長ポリグルタミンを分解する新しい遺伝子治療法の開発に成功した。

再生阻害因子が成長円錐をはねのける仕組みを解明

BSI神経成長機構研究チームは、再生阻害因子が成長円錐をはねのける仕組みの解明に成功。損傷した神経回路修復技術への応用につながると期待される今回の成果について、上口裕之チームリーダーに聞いた。

脳内神経活動の「読み出し」が可能に

BSI神経回路ダイナミクス研究チームは、脳の神経細胞に生じる電位変化（膜電位）を検出できる電位感受性蛍光タンパク質（VSFP）を開発。VSFPをマウスの脳の特定部位に組み込み、ひげ1本を刺激することで生じる脳の神経活動の様子をリアルタイムで画像化することに成功した。

マザーリーズ（母親語）にかかわる親の脳活動、子どもの成長とともに変化

BSI言語発達研究チームらは、マザーリーズを話す側（大人）の脳活動を調べた。その結果、最も高い脳活動を示したのは、まだ言葉を話さない前言語期乳児の母親であり、その脳活動が子どもの成長とともに変化することが明らかとなった。

心臓形成にIP₃レセプターが重要な役割を果たす

BSI発生神経生物研究チームの御子柴克彦チームリーダーらは、細胞内でカルシウム濃度を調整する「イノシトール三リン酸受容体（IP₃レセプター）」が、心臓の発生過程で重要な役割を果たしていることを、マウスを使った実験で明らかにした。

脳の計算原理に迫る

ヒトは常に新しいことを学習し、環境変化に柔軟に適応できるーこれを実現している脳は、どのような計算原理で動いているのか。「それはまだよく分かっていません。私たちは実験、データ解析、理論モデル構築を3本柱に、理論と実験を連携させて脳の計算原理に迫る研究を続けています」とBSI脳回路機能理論研究チーム・深井朋樹チームリーダー。徐々に解明されつつある脳の計算原理、その最先端研究を紹介しよう。

恐怖の条件下での行動の選択、脳の手綱核が重要

BSI発生遺伝子制御研究チームの岡本仁チームリーダーらは、ゼブラフィッシュを用いて、脊椎動物に共通して保存されている「手綱核」と呼ばれる脳の部位が、過去の恐怖経験に基づく行動の選択に重要な役割を果たしていることを発見した。

鳥が恋歌を歌うとき、脳は幸せを感じる

鳥のオスが求愛の歌（恋歌）を歌っているとき、脳内の報酬系神経回路が活性化していることを、BSI発声行動機構研究チームのへスラー・ニール チームリーダーらが発見した。

てんかん発症メカニズムの解明へ期待

BSI神経遺伝研究チームの山川和弘チームリーダーらは、2004年、てんかんの中でも最も発症数の多い「若年性ミオクロニーてんかん」では「EFHC1」遺伝子に変異が見られることを発見した。

筋萎縮性側索硬化症（ALS）の治療に新たな可能性を発見

BSI山中研究ユニット・山中宏二ユニットリーダーと米国、フランスの研究者らによる国際共同研究グループは、全身の運動麻痺を起こす神経難病ALSの進行に、運動神経の軸索を取り囲むグリア細胞の一種、「シュワン細胞」が関与することを発見した。

特別企画：独創性を生み出すために
野依良治理事長×利根川進BSIセンター長

利根川BSI新センター長を迎えて

女性の脳は男性より記憶障害に強い

BSI山田研究ユニットは、脳循環と脳細胞「アストロサイト」の膨張の因果関係を見つけ、エストロゲンによる脳循環の改善が神経細胞の機能を回復させることを発見。この成果について、山田真久ユニットリーダーに聞いた。

“葛藤”の脳内処理メカニズムの解明へ

BSI行動遺伝学技術開発チームは北海道大学と共同で、アダプタータンパク質「X11L」に着目し、このタンパク質をつくる遺伝子を欠損させたマウス（X11L－KOマウス）を作製し実験を行った。

大脳皮質の進化を視床から探る

「進化の過程で、どのようにしてヒトの大脳皮質に言語野などの新しい領域ができたのか。それを知りたいのです」そう語るBSI下郡研究ユニット・下郡智美ユニットリーダーたちは、大脳皮質に情報を送る“視床”の研究から、新しい領域がつくられる仕組みやヒトの脳にしかない機能を解明しようとしている。

おいしそうなにおいを伝える嗅覚神経回路を同定

BSIシナプス分子機構研究チームは国立遺伝学研究所と共同で、好きなにおいへの誘引行動に必要な神経回路をゼブラフィッシュで初めて同定した。

脳波で電動車いすを動かす

理研BSI-トヨタ連携センター（BTCC）は、“歩く”“右手を動かす”“左手を動かす”をイメージしたときの脳波を秒単位で解析し、脳伝図により記録、電動車いすを制御するシステムの開発に成功した。

将棋プロ棋士の脳から直感の謎を探る

BSIの伊藤正男特別顧問は、「サイエンスの世界では、直感的なひらめきが大発見につながった例がたくさんあります」と語る。「そのような直感が働く仕組みを脳科学で解明したいと、ずっと思っていました」

ジュウシマツの歌から見えてきた言語の起源

「動物で分かったことをヒトに、ヒトで分かったことを動物に適用して、言語の生物学的起源を総合的に考える。それが、ほかの研究グループにはない、私たちのユニークな点です」とBSI生物言語研究チーム・岡ノ谷一夫チームリーダー。

“迷い”をなくす脳の仕組みを解明

私たちは、日常生活において“迷う”ことがある。“迷った”経験を次の選択時に生かすために、脳はどのように働いているのか？BSI認知機能表現研究チームとオックスフォード大学の共同研究チームは、サルに“迷い”を生じさせる課題を与えて訓練し、fMRIで脳内を観測した結果、前帯状溝皮質ではなく前頭連合野の背外側部が重要であることを発見した。

特別企画：真の国際化とは

理化学研究所は、2008年4月からスタートした第2期の中期計画において、「国際化」を重要課題の一つとしている。理研がさらに国際化を進めるには何をすべきか。

グリア細胞を標的にして、難病「ALS」の克服を目指す

ALS（筋萎縮性側索硬化症）は残酷な病気だ。ALSの研究は運動神経に注目したものが主流だったが、BSI山中研究ユニット・山中宏二ユニットリーダーたちは運動神経にダメージを与え、ALSを進行させていることを発見した。

「注意」の有無で脳反応に大きな開き

人はパーティーの会場のようなにぎやかな場所でも、「注意」を向けた特定の人の話を聞き取ることができる。BSI脳機能ダイナミクス研究チームは、注意が最初に影響を与えるのは、第一次視覚野や第一次聴覚野であることを明らかにした。

アルツハイマー病の記憶障害改善に道

アルツハイマー病の脳では、「βアミロイド」と呼ばれるタンパク質が大脳皮質や海馬に凝集して、老人班を形成する。BSIアルツハイマー病研究チームは、埼玉大学と協力し「βアミロイドの凝集」と「老化」の二つの要因を分離し検討するため、マウスで実験を行った。

道具を使うー心と言語とヒトが生まれるとき

BSI象徴概念発達研究チーム・入來篤史チームリーダーいわく、「ヒトの一番の特徴は、“いいかげんさ”かな」。会話をしているとき、相手の心の中は分からない。けれども、とりあえず“自分と同じ”として話を進めてしまうことがあるだろう。「他者と自分は同じという“概念”をつくり、“いいかげんさ”、“あいまいさ”を認めること。それが、ヒトの知性の源だと思っています」

Message：理研における脳科学、さらなる発展を！

日本における脳科学研究の中核的拠点を目指して1997年に設立された脳科学総合研究センター。BSIは、世界的なレベルで研究をリードできる研究体制を構築するとともに、国内外の研究機関との連携を推し進めるため、1998年、米国・マサチューセッツ工科大学（MIT）にRIKEN-MIT脳科学研究センター（RMNRC）を設置した。

世代を超えて“アトムの脳”を目指す

近年、脳科学は急速に進展し、膨大な知見が日々生み出されている。では、このまま脳科学が進展すれば、“脳が分かった”といえる日が来るのであろうか。「現在の脳科学は、専門化・細分化がますます進み、それらの知見を統合して脳全体を理解することが難しいのが現状です。そこで、情報通信技術を駆使して情報の共有化・統合を進めようというニューロインフォマティクスの世界的な取り組みが始まりました」。こう語るBSIニューロインフォマティクス技術開発チーム・臼井支朗チームリーダーたちの究極の夢は、“アトムの脳”をつくり出すことである。

自閉症に関連する遺伝子異常を発見

1988年公開の映画、「レインマン」でダスティン・ホフマンが講演したことで知られる「自閉症」。人口1000人当たり1人以上の割合で発症する珍しくない疾患だが、いまだにその発症メカニズムや治療法は分かっていない。今回、BSI分子神経形成研究チームが自閉症の発症に遺伝子「CADPS2」が関連していることを発見した。

神経突起はなぜ正しい相手にたどり着けるのか

私たちがものを見たり、聞いたり、考えたり、手足を動かしたりできるのは、脳神経系にある膨大な数の神経細胞が精緻に連絡し合って神経回路をつくり、情報をやりとりしているからだ。神経回路ができるとき、神経細胞から突起が少しずつ伸びていって目的の相手にたどり着き、連絡する。BSI神経成長機構研究チーム・上口裕之チームリーダーたちは、神経の突起が正しい道を歩むメカニズムを解明し、脳や脊髄の疾患により傷付いた神経回路を再生する技術の開発を目指している。

神経回路の形成メカニズムを探る

「顕微鏡で脳の神経回路を見ていると、本当に美しく、感動します。こんなに美しいものがどのようにしてできているのか、そのメカニズムを知りたいのです」とBSI神経細胞極性研究チームの見学美根子チームリーダーは語る。

数学で脳の原理を解く

BSIセンター長も務める甘利俊一ユニットリーダーの研究室には、脳の計測装置や化学薬品もなければ、実験用のマウスもない。その研究手段は、数学だ。

躁うつ病の克服に挑む

躁状態とうつ状態を繰り返す躁うつ病（双極性障害）は、およそ100人に1人という高い割合で発症する脳の病気である。BSI精神疾患動態研究チーム・加藤忠史チームリーダーは、躁うつ病が細胞小器官であるミトコンドリアの機能障害と関係しているという仮説を提唱し、研究を進めてきた。

脳の左右差の形成機構を分子レベルで解明

BSI発生遺伝子制御研究チームの岡本仁グループディレクターらは、ゼブラフィッシュを用いて、左右の神経情報を伝搬する神経回路とその形成機構を分子レベルで解明した。

学び行動するロボットから人を知る

私たちは常に自分を取り囲む環境に行為を通して働き掛け、また働き掛けられている。その繰り返しの経験から、世界の意味や概念といったものを、人はどのように獲得していくのだろうか。それはどういう脳内メカニズムにより可能となるのだろうか。このような問題を明らかにすることが、谷淳チームリーダー率いるBSI動的認知行動研究チームの目的である。

フォトクロミック蛍光タンパク質、Dronpa（ドロンパ）

BSI細胞機能探索技術開発チームの宮脇敦史チームリーダーらは、細胞内の特定分子を光でラベルし、その働きを追跡することを何回も繰り返して行うことができる新しい蛍光タンパク質を作製した。

脳の解読装置をつくる

脳波から脳活動をとらえる“脳の解読装置”をつくる。それがアンジェイ・チホツキチームリーダー率いるBSI脳信号処理研究チームの目標である。

躁うつ病のテーラーメイド治療につながる分子のメカニズムを解明

BSI精神疾患動態研究チームの加藤忠史チームリーダーらは、躁うつ病の発症に「XBP1ループ」という分子メカニズムが重要な働きを持つことを世界で初めて解明した。

BSI特集

脳科学は“21世紀の科学”といわれている。BSIは、日本と世界の脳科学をリードする中核的研究機関である。2003年10月30日に開催された理化学研究所 科学講演会「なるほど！ 脳の中身が見えてきた！」におけるBSIの3名の研究者の講演をもとに、脳科学の最前線を紹介する。

ショウジョウバエを用いてヒト神経変性疾患発症のメカニズムを解明

BSI細胞修復機構研究チームの三浦正幸前チームリーダーらは、ショウジョウバエを用いて神経変性疾患の発症メカニズムを遺伝的に解明し、新たな治療法の開発につながる標的分子の同定に世界で初めて成功した。

パーキンソン病とALS病因解明・治療法の開発を目指す

神経細胞が死んでしまう病気、それが神経変性疾患である。神経変性疾患は高齢者に多いため、高齢化社会を迎える日本にとっては、その克服が大きな課題となっている。高橋良輔チームリーダー率いるBSI運動系神経変性研究チームでは、運動に関わる神経細胞が変性するパーキンソン病と筋萎縮性側索硬化症（ALS）を中心に研究を進めている。

大脳の形成をつかさどる神経回路網の働きを同定

BSI神経回路発達研究チームのヘンシュ貴雄チームリーダーらは、大脳の発達時期とコラム構造をつかさどる神経回路の働きを解明した。

アルツハイマー病の根本的な治療薬を作る

アルツハイマー病は人格が破壊されていく深刻な痴呆症である。しかし現在、根本的な治療法は存在しない。アルツハイマー病の根本的な治療は可能か。BSI神経蛋白制御研究チーム 岩田修永 副チームリーダーに聞いた。

大脳皮質の構造と働き方を探る

脳ではどのような構造を持ち、どのような原理に基づいて働いているのか。2002年、BSI脳皮質機能構造研究チームのロックランドチームリーダーらは、大脳皮質の表層部にハニカム（ハチの巣）構造があることを発見した。

神経原線維変化と記憶障害を起こすマウスの開発に成功

BSIアルツハイマー病研究チームの高島明彦チームリーダーらの研究グループは、高齢者やアルツハイマー病患者と同じ変化が神経細胞に生じ、記憶障害を起こすマウスの開発に世界で初めて成功した。

小脳から記憶や思考の謎に迫る

自転車の乗り方を一度覚えると、意識しなくても乗れるようになり、乗り方は一生忘れないものである。BSI記憶学習機構研究チームの伊藤チームリーダーらは、小脳の働きを統一的に説明する理論の構築と実証を目指している。

脳は物体像をどのようにとらえているか

目にする物体が何であるか分かる－ふだん意識することなく行っている物体認識だが、その神経メカニズムはまだ謎に包まれている。BSI脳統合機能研究チーム・谷藤学チームリーダーの強みは、生物物理学と脳科学の二つの分野に精通していることだ。この強みを生かし、”新しい技術を使って物体像が脳でどのように表現されているのかを見る”という2本立ての方針で研究を進めている。

細胞のカルシウム振動を引き起こすIP₃受容体の三次元結晶構造を解明

BSI発生神経生物研究チームの御子柴克彦チームリーダーと分子神経形成研究チームの古市貞一チームリーダーほかと科学技術振興事業団は、生命現象に必須で、細胞内カルシウム振動を引き起こす原因分子であるイノシトール三リン酸（IP₃）受容体のIP₃結合部位の結晶化に成功し、その立体構造を世界で初めて解明した。

細胞膜内の情報伝達にかかわる領域を光で操作することに成功

BSI神経変性疾患修復機構研究チームの上口裕之チームリーダーらは、情報伝達に重要な働きをする細胞膜内の特殊領域（脂質ミクロドメイン）をレーザー光で操作することに成功し、神経細胞の成長に脂質ミクロドメインが重要であることを証明した。

言語を操る知的コンピュータを創る

2004年、私たちが普段使っている言葉で操作できるコンピュータの試作機が誕生する。開発を進めているのは、菅野道夫チームリーダーが率いるBSI言語知能システム研究チームである。

脳はリズムで経験を記憶する

“昨日、この道の途中で友人に会い、その後、交差点を右に曲がったところでケーキを買った”。私たちは自分が経験したこのような1回限りの出来事を、それが起きた順番で覚えることができる。「私が注目しているのは、脳のリズムです」と語るBSI創発知能ダイナミクス研究チーム・山口陽子チームリーダーは、特定の脳波に合わせて神経細胞が強調して働き、経験が記憶されるという理論モデルを、世界に先駆けて提唱した。

特集：脳科学総合研究センター　今後の展望

2003年4月、理研脳科学総合研究センター（BSI）では、甘利俊一領域ディレクター（「脳を創る」領域）がセンター長に就任した。

睡眠の視覚経験依存的な発達とその臨界期を発見

BSI神経回路発達研究チームのヘンシュ貴雄チームリーダーらは、発達期のネコおよびマウスを用いて、睡眠中の脳波のリズムが視覚経験によって発達することを発見し、さらにそのリズムを生み出す脳の回路は生後の限られた時期に作られていることを世界で初めて突き止めた。

自発的な行動の中枢を前頭葉に発見

BSI認知機能表現研究チームの田中啓治チームリーダーらは、自発的に行動するときに行動を決める神経細胞を前頭葉に発見した。

アルツハイマー病の原因となる酵素の働きを新たに発見

BSI神経蛋白制御研究チームの西道隆臣チームリーダーらは、アルツハイマー病発症の原因となる酵素の新たな働きを発見した。

人間の脳活動を世界で初めて高精度でイメージングすることに成功

BSI認知機能表現研究チームの田中啓治チームリーダーとJSTのKang Cheng研究員らは、科学技術振興事業団（JST)と共同で、人間の脳活動を頭の外から0.5ミリの空間精度でイメージングする画期的技術の開発に成功した。

統合失調症と気分障害

物理や化学、遺伝子工学といった分野のパイオニアとして知られている理研で、いま「心の科学」の研究も進められている。BSI分子精神科学研究チームでは、吉川武男チームリーダーを中心に、こうした精神疾患を客観化するために遺伝子に注目した新しい試みが進められている。

生きた細胞を詳細に観察できる新しい蛍光タンパク質を開発

BSI細胞機能探索技術開発チームの宮脇敦史チームリーダーらは、生きた細胞内における現象を詳細に観察できる新しい蛍光タンパク質の開発に成功した。

脳の高次機能に迫る

われわれは、認識や思考、記憶、情動など脳の高次機能により、状況に応じて行動したり、経験から学習して行動を進歩させることができる。BSI認知機能表現研究チームの田中啓治チームリーダーらは、脳の高次機能の中でも、サルやヒトを含めた霊長類で非常に発達した、視覚的な物体認識のメカニズムの解明に取り組んできた。

生命の神秘を解き明かすカルシウム振動

カルシウムは、骨格を作るだけでなく、細胞内での情報伝達を担うセカンドメッセンジャーとして働く、生物に欠かすことのできない物質である。BSI発生神経生物研究チームの御子柴克彦チームリーダーは、Ca²⁺振動という新しい切り口から、生命の神秘を解き明かそうとしている。

脳内における記憶想起のメカニズムを世界で初めて解明

理研－MIT脳科学研究センター・条件的遺伝子操作研究チームの利根川進チームリーダーらの研究グループは、記憶想起にかかわる神経回路が大脳内の「海馬CA3領域」に存在し、記憶の再現に「NMDA受容体」が重要な働きをしていることを、世界で初めて突き止めた。

蛍光バイオイメージングで細胞内現象を可視化する

「生物学の分野では、いくつもの現象をめぐって論争が繰り広げられています。未解決の難題も多いのです。いろいろな実験や観察をしても決定的な答えが得られない。これは、生きた細胞の中で起きている現象を可視化する技術が不足しているために、もう一歩踏み込めないからです。動かぬ証拠をダイレクトにつかみたい。」とBSI細胞機能探索技術開発チームの宮脇敦史チームリーダーは語る。

パーキンソン病の原因となる異常タンパク質の分解メカニズムを解明

BSI運動系神経変性研究チームの今居譲研究員らを中心とした研究グループは、パーキンソン病の原因となる異常タンパク質を分解するメカニズムを世界で初めて解明した。

脳の発生メカニズムをゼブラフィッシュで探る

ヒトの脳は、千数百億ともいわれる神経細胞が精緻に結び付き巨大なネットワークを作ることで、認知や運動、学習・記憶、感情など、さまざまな機能を発揮する。「私たちの究極の目標は、ゲノムから読み取られた脳を作るプログラムがどのように発現して脳・神経系の各領域ができ、神経回路網が作られ、それがどのように機能に結び付くかを知ることです」とBSI発生遺伝子制御研究チームの岡本仁チームリーダーは語る。

紫外光を受けて緑から赤に変化する新しい蛍光タンパク質

BSI細胞機能探索技術開発チームの宮脇敦史チームリーダーらは、紫外光照射によって緑から赤に色が変わる新しい蛍光タンパク質の遺伝子を「ヒユサンゴ」からクローニングし、光を使って細胞をマーキングする技術を世界に先駆けて開発した。

国際協力で“脳の世紀”を切り拓く

設立3周年を迎えた理化学研究所脳科学総合センター。BSIは、21世紀の自然科学に残された最大のフロンティアである脳機能の解明を「脳を知る」「脳を守る」「脳を創る」の3領域で強力に推し進めている。

CAGリピート病の治療への道

東京大学の神経内科の医師として長らく臨床にも携わってきたBSIの貫名信行・病因遺伝子研究クループ・グループディレクターは、「私にとってのCAGリピート病の研究目的は、今はまったくない予防法、さらには治療の道を何とかして見つけ出すことに尽きます。発病のメカニズムを探ることも、これを原点に行っています」と語る。

新規てんかん原因遺伝子の発見

BSI神経遺伝研究チームの山川和弘チームリーダーらは、福岡大学医学部と共同で新規てんかん原因遺伝子を同定した。

神経回路を可視化する

脳のはたらきは、神経細胞が正しい相手と結合を作り、神経回路を形成することによって生じている。「元々は神経細胞を互いに結合させるタンパク質の研究を行っていましたが、このようなミクロなレベルでの研究成果を使って、神経回路というマクロなレベルの研究ができないかと、4年前に考え始めたのです」と語るのはBSIシナプス分子機構研究チームの吉原良浩チームリーダー。

脳内の食欲をつかさどるメカニズムの一端を解明

BSI細胞培養技術開発チームの山田真久研究員らは、脳の食欲をつかさどる情報伝達にはムスカリン性受容体が必須であることを世界で初めて発見した。

脳の設計図を解き明かす

「最後に残された科学領域のひとつ」といわれる脳。古市貞一チームリーダーが率いるBSI分子神経形成研究チームでは、脳形成の遺伝的プログラムを解読するための研究が進められている。

“モノ”を見分ける脳のメカニズムの一端を解明

BSI脳統合機能研究チームの角田和繋研究員らは、視野に入った複雑な物体像が大脳皮質において図形特徴の組み合わせとして表現されていることを明らかにした。

発生過程における脳形成の一端を解明

BSI細胞培養技術開発チームの小川正晴チームリーダーらは、発生過程の脳における神経幹細胞と“脳の組立（形成）”との関係を明らかにした。

においを感じるメカニズムを探る

においが遠い記憶や感情と結びついているのはなぜだろう。BSIニューロン機能研究グループ森憲作グループディレクターが嗅覚系の研究を始めた25年近く前には、基本的なところがほとんど何もわかっていない未知の分野だった。

脳の構造と機能の出現をあざやかに描き出す

「遺伝か環境か」は、脳の発達を考える上での大きな課題だ。「遺伝情報に書かれていないことは絶対に起こらないでしょうが、遺伝という舞台で環境がどんな役割を演じているのかを明らかにしたいと思っています」と語るのは、BSI脳回路モデル研究チームの田中繋チームリーダー。

アルコールの新たな生体内標的チャネルの発見に成功

BSI情動機構研究チームの池田和隆研究員らは、新潟大学、早稲田大学との共同研究により、飲酒時血中濃度のエタノールがGタンパク質活性型カリウムチャネルの開口を直接制御することを発見し、飲酒時に痛みの感覚が鈍かったり心拍数が低下する現象の分子メカニズムを見いだした。

脳とはどのようなシステムなのか

30年前に磁性体研究から脳研究に転じたBSIの松本元・脳型デバイス・ブレインウェイ研究グループ・グループディレクター兼脳創成表現研究チーム・チームリーダーは、最初の10年をヤリイカの飼育から始めてその巨大神経細胞の分子機構の解明に費やした。

脳内のβアミロイド分解系路を解明

BSI神経蛋白制御研究チームの西道隆臣チームリーダーらは、脳老化研究において重要なタンパク質であるβアミロイドの研究にラジオアイソトープを利用した独自の実験系を用い、脳内でβアミロイドがどのように分解されるかを明らかにした。

脳の発達には抑制性の刺激が不可欠であることを発見

BSI神経回路発達研究チームのヘンシュ貴雄チームリーダーらは、脳の発達時期を司る要因が抑制性の刺激であることを初めて発見した。

アルツハイマー病と脳の老化

「ボケ」は、現代の恐怖だ。とくに長生きすればするほど、その危険性が高くなるアルツハイマー病は、その原因も予防策もはっきりしておらず、熟年層の心に強烈な不安を呼び起こす。アルツハイマー病がどのような理由により、いかなる仕組みで発生するのかを、遺伝性のアルツハイマー病を対象に遺伝子レベルで研究を進めてきたBSIアルツハイマー病研究チームの高島明彦チームリーダーたちは「脳の老化」という、まったく独自の視点からこの病の謎に挑み、最近確かな手ごたえを得つつある。

抑制性神経細胞ネットワークが司る視覚系の発達メカニズム

1960年代に米国のヒューベルとウィーゼルはサルやネコなどを使い、生後間もないある時期に方眼を遮蔽して育てると、第一次視覚野の開いている目に対応する神経細胞の領域は広がり、閉じた方の領域は狭くなることを見出した。「これを可塑的変化といいます。このような現象がどのようなメカニズムで起こるかを、細胞、さらには分子レベルで調べ、脳の発達とはどのようなものであるかを、私たちは追いかけているのです」とBSI神経回路発達研究チームのヘンシュ貴雄チームリーダーは語る。

体性感覚野の正常な発達にはNMDA型グルタミン酸受容体の機能が必須であることを発見

BSI行動遺伝学技術開発チームの糸原重美チームリーダーらは、マウスの大脳皮質の興奮性神経でのみ目的の遺伝子をノックアウトする技術を開発した。

目標達成を目指し、学習して経験を積むシステム

ロボットに原稿のコピーを頼んだとする。するとロボットは原稿をコピー機まで持って行き、コピーして、元原稿と複写原稿をセットにして頼んだ人の元へ届けることになる･･･。この簡単な作業でも100以上の動作を必要とすることを、BSI脳型デバイス・ブレインウェイ研究グループの市川道教チームリーダーたちは調べあげた。

BSIがBACを開催

BSIによる「アドバイザリー・カウンシル」（BAC）の第2回会合が3月18日から19日まで開かれました。

選択的神経回路可視化技術の開発

多様な高次機能を有する「脳」を理解するためには、複雑であるが秩序だった機能的神経回路網に関する知識が不可欠である。BSIシナプス分子機構研究チームは、WGA cDNAをトランスジーンとし、発生工学的手法を用いて特異的プロモーターの制御下にWGAを特定のタイプのニューロンのみで発現させるという新たな戦略を考えた。

ストレスホルモンが小脳運動学習に寄与

40年ほど前、ハンス・セリエ博士はストレス（精神的、身体的、物理的ストレス）による生体反応を、急性期、適応期、疲労期に分類してストレス理論の基礎概念を確立した。今回、BSI記憶学習機構研究チームは、小脳で行われる運動学習の基礎課程である長期抑制（LTD）を起こす上で特異的に働いていることを見い出した。

「脳の世紀」を快走する脳科学総合研究センター

1997年に設立された「脳科学総合研究センター（BSI）」は、創立当初から内外の注目の的となっている。伊藤正男所長は、「今、私たちが脳研究の最前線にあり、今後の脳科学の行方を担っているのは間違いありません」と力強く語る。

BSI サマープログラム1999を開催

7月26日より8月6日まで、若手研究者約50名と利根川進MIT教授をはじめ、世界の第一線で活躍する脳科学者16名を招待し、「サマープログラム講義コース」が開催されました。

第2回 RIKEN BSI RETREAT1999を開催

10月12日～14日の3日間、大磯国際会議場（神奈川県）において「第2回 RIKEN BSI RETREAT 1999」が開催されました。

脳科学総合研究センター（BSI）が米国で共同シンポジウムを開催

米国ボストンのマサチューセッツ工科大学（MIT）に設置しているRIKEN-MIT脳科学研究センターは、10月29、30日の2日間、"new frontiers in Brain Science"をテーマに第2回国際シンポジウムをMITにて開催しました。

アルコール感受性を左右する遺伝子

アルコールは、カフェインやニコチンと並んで世界で最も多く使用されている脳に作用する薬物の一つである。今回、BSI情動機構研究チームは、fyn（フィン）という遺伝子がアルコールの行動レベルの感受性の決定に関与していること、この遺伝子によってコードされているタンパクがアルコールの脳に対する要請作用を回復させることを見いだした。

脳科学総合センターがアドバイザリー・カウンシル（BAC）を開催

BSIの運営および研究計画とその進捗に関し外部有識者からの意見を聞くため、国内外の委員からなる標記カウンシル（BAC）を設置し、第1回会合を2月18日から2月20日まで開催しました。

脳科学でMITと共同シンポ

BSIは、米マサチューセッツ工科大学（MIT）等と共同で、「脳科学における挑戦」と題した国際シンポジウムを4月27、28日の両日開催しました。

伊藤 BSI 所長、レジオン・ドヌール勲章を受章、またアカデミ一会員に

伊藤正男脳科学総合研究センター所長はフランスのレジオン・ドヌール勲章シュバリエを受章しました。

第1回「脳科学研究交流フォーラム」を開催

（財）脳科学・ライフテクノロジー研究所の協力のもと、「脳科学研究交流フォーラム」を11月20日に開催しました。

和光本所に「脳科学総合研究センター」を開設

情報幾何学と神経回路網で脳型コンピュータを創る

10月1日に「脳科学総合研究センター」が理研に開設された。このセンターは、「脳を知る」「脳を守る」「脳を創る」という三本柱からなり、日本で初めての総合的な脳研究機関として、脳研究の世界的な中核となることを目指している。

脳科学総合研究センター開所記念式典、国際シンポジウムを開催

脳科学総合研究センターの発足を記念して、11月10日に開所記念式典を和光本所で行いました。