ERATO 池谷脳AI融合プロジェクト

BRAIN-AI Hybrid Project

PUBLICATIONS

脳のように学ぶ deep neural networks の新しい学習法を開発

解析Grの篠崎隆志研究員は、deep neural network に通常用いられている誤差逆伝播学習法のかわりに、 より脳に近い競合学習法を、階層的に適用可能な教師なし学習として利用できるように改良した新手法の開発に成功しました。 本方法は少数のラベルデータしかない場合にも有効であると考えております。本手法を用いることによって、脳のように超大規模な deep neural network が実現可能となり、より広い分野へ応用が期待されます。 本研究成果は Neural Network s誌の AI and Brain Science 特集号の採択論文として2021年9月3日にオンライン掲載されました。

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News

基盤グループの佐々木拓哉特任准教授が東北大学大学院薬学研究科に栄転

基盤グループの佐々木拓哉特任准教授が、2021年7月1日をもって東北大学大学院薬学研究科薬理学分野の教授に着任しました。今後の研究のますますの発展が期待されます。

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脳内における価値判断:抽象化思考を生み出すための鍵 ~柔軟な新世代人工知能開発への期待~

私たちが絵画などの芸術作品を作るとき、目の前の感覚的な現実を超えて情報を 整理するユニークな能力を発揮しています。このように人間は抽象化思考とよば れる多くの情報の中から本質的な情報を抜き出す活動を行っています。計算グ ループのCortese グループリーダーらは、人間が未知の新しい規則を学習をして いる時にどのように抽象化思考しているかを検証し、その時の脳活動をfMRIで測 定しました。その結果、抽象化思考をする際には価値判断に関わる脳領域が優先 的に使われていることを明らかにしました。さらにデコーディッドニューロ フィードバック技術を用いて、抽象化された情報に対応する脳活動に人工的に価 値を付加することで、抽象化思考の使用を促進させることに成功しました。今回 の成果は高次な脳機能に関する新たな知見を提供するものであり、新たな学習戦 略やリハビリテーション戦略の考案、さらには新世代のAIの開発にもつながる ものです。本成果は、本成果は2021年8月3日に「eLife」に掲載されました。

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基盤グループの特別研究員が潮田記念基金奨学生として採用

基盤グループの特別研究員である小笠原淳くん(博士3年)が潮田記念基金による博士課程学生 研究支援プログラム・研究科推薦枠の奨学生に採用されました。当奨学会は研究に従事する優秀な大学院学生に経済的支援をおこなっております。


Aurelio Corteseグループリーダーが日本神経科学学会奨励賞を受賞

本プロジェクト計算グループのAurelio Cortese リーダーが2021年度 日本神経科学学会奨励賞を受賞しました。 本賞は、日本神経科学学会及び神経科学分野で活躍することが期待される若手研究者を奨励することを目的としています。 Corteseグループリーダーは奨励賞史上初の外国人受賞者であり、今後の研究のますますの発展が期待されます。

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松本信圭特任助教が日本薬学会薬理系薬学部会奨励賞を受賞

本プロジェクト総括補佐兼基盤グループ研究員の松本信圭特任助教が令和3年度日本薬学会薬理系薬学部会奨励賞を受賞しました。 本賞は、日本薬学会薬理系薬学部会の活動に対する多大な貢献と共に、当該研究分野で優れた研究業績を有する研究者に授与されるものです。 松本信圭特任助教の受賞課題は「ノンレム睡眠に関連した海馬の神経活動の電気生理学的解析」で、学生の頃から現職に至るまで一貫して 続けてきた電気生理学の研究が評価されました。本賞の授賞式と受賞講演は、本年度の生体機能と創薬シンポジウム2021(於北海道大学)にておこなわれます。

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機械学習に基づく脳のトレーニング:デコーディッドニューロフィードバックに関する大規模データセットの公開

機械学習に基づいた脳活動トレーニング(デコーディッドニューロフィードバック)は、恐怖心の軽減や好みの変化、自信を高めるといった、 魅力的な応用が広がっています。しかし現状、ニューロフィードバックで脳が自己調節する機構を理解するためのデータは圧倒的に不足しています。 Corteseグループは、デコーディッドニューロフィードバックのトレーニングを受けた60人以上のデータからなる世界で唯一のデータベースを構築しました。 本成果は、Scientific Data(Nature Publishing Group)・オンライン版に掲載されました。

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グリア細胞の操作によって記憶の形成と保持を調節した

アストロサイトは脳の細胞の一種です。基盤グループの周至文研究員は人為的にアストロサイトの細胞内シグナル経路を活性化させたところ、 記憶の形成が促進される一方で、記憶の保持は阻害されることがわかりました。これはアストロサイトから神経細胞への乳酸供給を促進させ、 シナプス可塑性を誘導することで記憶を制御することに起因することを突き止めました。本研究成果は2021年1月13日付けで Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America誌に掲載されました。

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生物学研究に適した新しいガラス素材を開発

近年の細胞実験において蛍光顕微鏡とガラス電極操作は欠かせないツールです。しかし、ガラス電極は可視光域では蛍光を発しないため、 蛍光顕微鏡下で視ることができません。基盤グループの岡本和樹さんは希土類イオンの一つであるテルビウム(Tb3+)を添加し、緑色の蛍光波長を持ったガラス素材を開発しました。 このガラス素材は吸光・蛍光スペクトルが緑色蛍光タンパク質(GFP)と似ているため、GFP標識された細胞と同時にリアルタイムで目視することができます。 この新素材のガラスによって、パッチクランプ記録や遺伝子導入や遺伝子シークエンス解析など、ガラス電極を用いる幅広い実験系において、 研究者への技術的負荷を大幅に減らすことができました。本研究成果は2021年1月6日付けでScience Advances誌に掲載されました。

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学習にかかわる脳の情報リプレイの解明に成功

基盤グループの井形秀吉さんはラットの脳に多数の電極を埋め込み、報酬を得るために迷路課題を解くラットから脳活動を記録しました。 解析の結果、海馬の神経細胞は学習に必要な情報に優先順位を付けて、情報を繰り返しリプレイ(再生)しており、 こうしたリプレイが効率的な学習に必要であることが示されました。この結果は、脳研究のみならず、機械学習を効率的に進めるための 計算アルゴリズムを考案する上でも、重要な布石となります。本研究成果は、2020年12月18日付けで Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America誌に掲載されました。

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意識下の強化学習能力をメタ認知で開花させる

AIによる強化学習には数千万から数億のデータによる学習が必要になります。一方、ヒトや動物は数百回の試行錯誤で学習が成立します。これまでこの違いについては明らかになっておりませんでした。 Corteseグループは、fMRIの手法を用いて少数のサンプルからの強化学習にはメタ認知が重要であることを示しました。メタ認知とはヒトの判断と行動を自ら選択する認知活動のことです。この研究成果は、ヒトのように効率的、かつ柔軟に学習することができる新しい世代のAIの開発につながると期待されます。 本成果は2020年8月31日にNature Communications紙に掲載されました。

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情動の脳内情報表現

西本グループは、ヒトが日常的に体験する多種多様な情動の脳内情報表現をfMRI法を用いて大規模かつ定量的に調べました。 これにより、ヒト脳内における情動意味空間の構造や、情動表現が大脳各部位に分布する様子を明らかにしました。

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BCIを使って幻肢痛を弱めることに成功

栁澤グループは、脳磁図を用いたBrain-Computer Interfaceで運動野の活動をリアルタイムにモニタリングし、 neural decodingにより健常肢を動かした際の脳活動が出た場合に、幻肢の映像が動くBCIを作成しました。これを自分の幻肢を動かすつもりで 操作する訓練を3日間行ったところ、痛みが5日間にわたり30%以上低下することがRCTにて確認されました。今後、幻肢痛治療に応用していきます。

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News

基盤グループの研究員が薬品作用学教室の特任准教授に昇任

基盤グループの研究員である佐々木拓哉助教が薬品作用学教室の特任准教授に昇任しました。ERATO研究がますます充実することになります。


基盤グループの大学院生が奨学生として採用

基盤グループの大学院生である山城皓太郎くん(修士1年)がトヨタ・ドワンゴ高度人工知能人材奨学金の奨学生に採用されました。当奨学会は、人工知能分野の高度な学修、研究に従事する優秀な大学院学生に経済的支援をおこなっており、全国でも最大35名しか採用されません。

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基盤グループの研究員が文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞

基盤グループの研究員である佐々木拓哉助教が文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞しました。本賞は萌芽的な研究や独創的視点に立った研究等、高度な研究開発能力を示す顕著な研究業績をあげた40歳未満の若手研究者に授与される賞です。受賞課題は「脳機能を実現する神経回路動態の研究」で、神経回路の動作原理に関する基礎的な発見が高く評価されました。なお2020年4月に予定されていた表彰式は新型コロナウイルス感染リスクを考慮して中止となりました。

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PUBLICATIONS

脳内認知情報表現の大規模かつ詳細な可視化と解読に成功 ヒトの多様な認知機能を支える脳内情報表現

西本GLのグループは、103種類におよぶ大規模な認知課題群に伴う脳活動を測定するfMRI 実験を行い、認知活動と脳活動の関係を説明する定量的モデルを構築しました。これにより、多様な認知活動が脳内でどのような表現されているかを示す認知情報表現マップを作成することに成功し、実際に被験者の認知課題を脳活動からデコーディングすることにも成功しました。 本研究は、人間の多様な認知機能を大規模かつ詳細に解析したものであり、脳内情報表現のより包括的な理解やその比較定量等の応用につながると期待されます。
本成果は2020年3月2日にNature Communications紙に掲載されました。

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全脳血管ネットワーク可視化に成功 機能的MRI信号解読への一助

東京大学大学院薬学系研究科の宮脇健行大学院生(研究当時)、池谷研究総括らの研究グループは、マウス全脳血管ネットワークの構造と機能を可視化する手法を開発しました。本手法は発現分子が紐づけられた脳血管の3次元トレーシングや、血管の構造・機能と周囲の細胞との関係を調べるのに有用なツールとなり、脳梗塞や脳出血などの脳血管障害の病態解明に貢献するのみならず、機能的MRI信号の解読への一助になることが期待されます。
本研究成果は、2020年2月27日のNature Communications誌に掲載されました。また2020年2月27日の日本経済新聞にて紹介されました。

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石川智愛さんが海馬神経回路の高精細な自動演算処理を解明

当研究室で開発した大規模スパインイメージング法をさらに改良し、発火シークエンスが高頻度に観察されるsharp wave rippleと呼ばれる脳波の発生時のシナプス入力を大規模に可視化しました。
本研究成果は、2020年2月12日付けでScience Advances誌に掲載されました。また2020年2月13日の日本経済新聞にて紹介されました。

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News

プロジェクトの紹介記事が読売新聞に掲載

池谷裕二 研究総括へのインタビューをもとに、2019年12月5日讀賣新聞夕刊のサイエンス&エコロジーコーナー「脳の力 讀賣新聞100%活用に挑戦」という記事の中で本プロジェクト研究が紹介されました。


プロジェクトの紹介記事が朝日新聞に掲載

2019年12月1日朝日新聞GLOBEにて「高画質化は到達点、「コンテンツの進化」が問われる 3分でわかる動画の歴史」という記事の中で西本GLの研究が紹介されました

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基盤グループの大学院生が奨学生として採用

基盤グループの大学院生である折田健くん(修士2年)と佐藤元重くん(修士2年)がトヨタ・ドワンゴ高度人工知能人材奨学金の奨学生に採用されました。当奨学会は、人工知能分野の高度な学修、研究に従事する優秀な大学院学生に経済的支援をおこなっており、全国でも最大36名しか採用されません。

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Events

疼痛に関する国際シンポジウムの開催

疼痛に対する脳AI融合技術の成果報告を目的に、栁澤 GL、羽倉研究員、 Seymour 教授(CiNet)がオーガナイズしたInternational Symposium: The Role of Pain in Bodily Defense and Autonomyを脳情報通信融合研究センター(CiNet: Center for Information and Neural Networks)にて開催しました。
19名の演者(うち日本人は4名)が疼痛と運動に関する講演を行い、疼痛の自律的制御に関する議論を行いました。本プロジェクトからは栁澤 GLと羽倉研究員が発表しました。
本シンポジウムはJST戦略的創造研究推進事業 国際強化支援を受けて実施しました。

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生理研シンポジウムの開催

西本 GLがオーガナイズした生理研研究会<視覚・認知脳機能研究の先端>を生理学研究所大会議室にて開催しました。本プロジェクトからは西本 GL、栁澤 GLと松本総括補佐の3名が発表しました。

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ERATO ミニシンポジウム:Metacognition

Cortese GLの主催によるMetacognitionに関するミニシンポジウムをATR大会議室で行いました。フランスから2名、USから1名、ATRから1名が発表しました。メタ認知は前頭前野で行われると考えられていますが、認知に先立ちどのようにメタ認知が行われているかについては不明な点が多々あります。現在コンピューターモデル、Deep learning、マルチタスク、報酬などについて地道な研究が進められています。   
本シンポジウムはJST戦略的創造研究推進事業 国際強化支援を受けて実施しました。

   
  

キックオフ公開シンポジウムの開催

ERATO池谷脳AIプロジェクトのキックオフ公開シンポジウムを、2019年5月18日午後より東京大学本郷キャンパスで行いました。

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当日、会場は満員となり、入場制限をさせていただくことになりました。皆様の関心の高さに驚くとともに、本プロジェクトの責任も痛感しました。プロジェクト関係者一同、研究に邁進する覚悟を新たにいたしました。

News

栄光学園高等学校にて連続講義を開催

池谷裕二 研究総括が、栄光学園高等学校(神奈川県鎌倉市)にて、「人工知能が拓く脳の可能性」をテーマに連続講義をおこないました。

Achievement

公式HPを開設

ERATO池谷脳AIプロジェクトの公式ホームページを開設しました。当プロジェクトに関連した情報は本ホームページに発信してゆきます。

Personnel

総括補佐が決定

松本信圭氏がERATO総括補佐に就任しました。松本氏は2017年3月に東京大学・大学院薬学系研究科で博士号を取得した後、日本学術振興会特別研究員として大阪市立大学医学部に勤めていましたが、この度、ERATO総括補佐として当ERATOを率いることになりました。

News

研究領域が発足

科学技術振興機構の戦略的創造研究推進事業プログラムであるERATOの一環として「池谷脳AIプロジェクト」が2018年10月1日から始まりました。当研究室を中心としながら、国際電気通信基礎技術研究所(ATR)、脳情報通信融合研究センター(CiNet)、大阪大学からグループリーダーを迎えた研究プロジェクトで、神経回路と人工知能をリアルタイムに連動させることで脳の潜在能力を開拓する未来型実験を実施します。

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