わがまま科学者

米国ボストン在住の神経科学研究者のブログです。科学、教育などに関する雑多な私見、主張。1ヶ月に1度程度の更新予定。Twitter:@yamagatm3   研究者情報:https://about.me/masahito.yamagata/

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今年のノーベル賞は神経科学に関連深い内容が対象になって、世界的にも脳科学への関心が高まっている様子が感じられる今日このごろです。私も、10月中旬に日経バイオテクにノーベル賞関連コラムを書かせていただきました。

2014年度ノーベル賞と脳科学の未来(前編:生理学・医学賞、脳内GPS機能を担う神経細胞の発見)https://bio.nikkeibp.co.jp/article/news/20141016/179589/

2014年度ノーベル賞と脳科学の未来(後編:化学賞と全世界の脳科学研究をめぐる動き)https://bio.nikkeibp.co.jp/article/news/20141016/179596/
(日経バイオテクには、アカデミック版というのもあり、ac.jp、go.jpドメインからですと、安価で記事が読めるようです。http://nbt.nikkeibp.co.jp/bio/bta/

さて、今回は、日本の脳科学プロジェクトであるBrain/MINDS(革新的技術による脳機能ネットワークの全容解明プロジェクト、通称「革新脳」)について、こんなこと書いてもよいのか、という辛口の批評を行ってみたいと思います。日本のこのプロジェクトについては、数週間ほど前に、ようやく本格的なホームページが立ち上がっています。研究成果を説明するものでなく、構想を説明するだけのホームページなのに、とても仕事が遅いです。
日本語:http://brainminds.jp/
英語:http://brainminds.jp/en/
(まず、このホームページは、http://brainminds.jp/の方を、英語にするべきでしょう。)

ヨーロッパのHuman Brain Projectでは、それに異議を唱える神経科学者の人達が、公の場で、Human Brain ProjectのHenry Markramさんの目標は、「Fraud」だと明確に書いたり言ったりしています。「Fraud」、日本語で言えば、「詐欺」「不正」だと、抗議しているわけです。日本に巨大科学プロジェクトがあったとして、科学者が「詐欺」という刺激的な言葉を使って、公に抗議することを許容するような文化があるのでしょうか。そんなこと言ったら、科学者コミュニティから村八分にされて、干される、潰される。日本の科学者コミュニティには、こういう文化があるのかもしれません。少なくとも、こうした批判ができる寛容で健全な科学研究環境を熟成することが大切だと、私は思います。

日本の生命科学系の巨大プロジェクトの一般的な問題点

日本の生命科学系の巨大プロジェクトで、私が思い起こすのは、まず、1990年代に米英を中心に行われた「ヒトゲノム計画」への貢献度の低さがあります。もう1つは、「タンパク3000」と称する蛋白質の立体構造解析プロジェクトで好熱菌のタンパクの構造を解いたものの、数を稼ぐだけに終わってしまったことでしょうか。これらについては、様々な議論が可能であるとは思いますが、多くの課題、問題点が指摘されていました。

ヒトゲノム計画については、当時、慶応大の清水信義氏が、「日本のトップランナー清水信義が説くヒト「ゲノム」計画の虚と実」(2000年) という本の中で、東京大学(当時)の御子柴克彦氏と中村祐輔氏を、名指しで批判したことなどがあり、話題になりました。
「研究費を巡る行政の矛盾、一流の研究者が育たない学 閥の壁、業績を公正に評価しない日本のアカデミズム、遺伝子情報を求め迷走する大企業、国家プロジェクトとしての自覚がない日本という国…。」
その他には、リーダーとして自らやその関係者の名誉や権益を求めることには懸命でも、本気になって特定科学プロジェクトのみにそのエフォートを集中していなかったというリーダーとしての基本的な態度に欠陥があった。そして、研究者にそうしたアクションを取らせ、研究体制を構築させてしまう日本の行政のあり方も問題であったと思われます。

タンパク3000についてもネイチャーの英文記事や中村桂子さん(生命誌研究館)の朝日新聞の記事などで、その問題が大きく論じられました。
その様子を伝えるブログ記事1
その様子を伝えるブログ記事2

「米国では必要性や実現可能性を検討するが、日本ではそれらなしにいきなり大型プロジェクトが開始され、評価が生かされずに次に進んでいく。税金の投入や成果も問題だが、そこに大勢の若者が投入されることも気になる。これでは科学の本質を深く考える科学者が育たない。学問と社会の行く末を見つめ、難しさにたじろぎ、悩みながらも重要な課題に挑戦するのが科学者である。」(中村桂子氏 http://buu.blog.jp/archives/50339835.htmlから引用 )
更に、これなどは、数を稼ぐこと(数値目標)にこだわってしまう日本の官僚主導型のプロジェクトの矛盾が表出したものではないか、と思われるわけです。これなども、事前に科学者コミュニティで深い議論をすれば、もう少し有用なことができたのではないか、という反省はあるのではないでしょうか。

こういうプロジェクトで感じるのは、やはり日本のリーダー的科学者のリーダーシップの自覚のなさや基本的姿勢の問題の問題です(以前に拙ブログ「深刻だが気づかれていない問題」でも指摘しました)。そして、他の科学技術行政でもしばしば指摘されている一部の御用学者と官僚的な行政との間での権益の癒着、秘密裏に何かを計画することで「後出しジャンケン」みたいなことをやるといった倫理とアカウンタビリティの欠如、科学的なメリットではなく個人的な人間関係(コネ)が最初にあって、それを前提にして科学研究の具体的プロジェクトを提案する、などが、このような問題点の背景にあったとみることができると思います。

Brain/MINDSの中心課題となるコモンマーモセットのプロジェクトを見ていても、これらと全く同じような雰囲気があるのです。


マーモセットを考える

コモンマーモセット(Callithrix jacchus)が、小型で取り扱いが容易で、繁殖力が比較的高い、そして高次の脳機能をもつサル(霊長目)であるということから、脳科学の実験動物として利用できる。そして、これを米国のBRAINイニシアティブや欧州のHuman Brain Projectに対応する日本の巨大?脳科学プロジェクトのメインテーマにしたというのが現状なのでしょう。今年10月中旬のNatureにコモンマーモセットの日本の野心的なプロジェクトについての紹介がでていたことは、ご存知の方も多いと思います。
Marmosets are stars of Japan’s ambitious brain project
http://www.nature.com/news/marmosets-are-stars-of-japan-s-ambitious-brain-project-1.16091

この記事、一見、日本のプロジェクトを好意的に紹介するプロモーション記事のように見えるのですが、最後の方で、NIHのAfonso Silvaさん(http://neuroscience.nih.gov/Lab.asp?Org_ID=510)が、コメントしています。
“I would love to see one single important disease studied in great depth,” “Validating the approach on that one disease will then enable the project to be repeated in other diseases.”

なぜ、この人がコメントしているのだろう、という素朴な疑問もありますが、これはある意味で批判的なコメントなのでしょう。あるいは、日本の研究者がこの人の口を借りて、何か都合のよいことを言わせたという見方もできると思いますが。。

要するに、マーモセットを使って、どんなことができるのか、1つの例(ケーススタディ)で見てみたいというのです。グラント審査みたいな非常によい模範的なコメントだと思います。その過程で、様々な問題点がでてくるでしょうし、解決策も見つかるかもしれない。逆に、うまくいかなくて、絶望的になるかもしれない。結局、マウスなどの他の動物を使ってわかっている以上の知見は、ほとんどでてこなくて、お金だけ使って、基本的に美術作品を掲示するだけの膨大な確認研究に終わる可能性もある。もちろん、「牛馬的研究(牛でわかったことを馬で研究する)」というのも、考え方によりますが。。


マーモセットという方便

コモンマーモセットについては、いろいろと話題になって、この動物の研究をすると、良いポストに就任できたり、研究費が沢山入り、ハッピーになるということで、多くの人の関心を集めているものと思います。また、ポストポスドク問題で、職が見つからない人なども、これに関わると大切に扱われそうな雰囲気がある。こういう理由で、日本では話題になっているのだと思いますが、米国では話を聞くこともないので、関心をなかなか持ちにくい。一度、レクチャーでも聞いてみたいものです。マーモセットの切片を抗体で染めただけで、日本で良いポストが見つかるのなら、私もやってみたいです。

こういうのも、この材料を宣伝することで、研究費とポストという権益を獲得することができるという社会的背景があるのではないか、と思います。そして、日本の場合は、このやり方が直接的あるいは間接的に、そして陰湿的に、排他的である、という問題があると思います。こういうのは、特に若手研究者の「ヒラメ化」(上ばかりを見て陳腐化する)をもたらし、日本の学術の「(悪い意味での)ガラパゴス化」(閉じられた小さな世界でのみ通用するように独自に進化する)につながる可能性があるので、注意するべきことだと思います。


マーモセットの実験は再現できるのか

そもそも、マーモセットについて、調べようとすると、詳細に説明している適切なウェッブサイトが見つからないし、資料などあっても、「都合のよいこと」しか、書いてない。
http://www.lifescience.mext.go.jp/files/pdf/n1038_01.pdf
十分な説明責任を果たしていないのではないでしょうか。何か、隠し事でもあるのでしょうか。物事には、都合のよいこともあれば、悪いこともある。その現状を率直に認めることで、どう解決していけばよいのか、そういう研究やアイデアを求めることが大切であるわけです。この動物は、つがいで100万円近くするらしい。もちろん、自分で繁殖していれば、そんなことはないでしょうが。。この価格を聞いただけで、とんでもない、というイメージがあります。何か論文を出しても、それが本当なのか、世界中の誰も再現できないでしょう。そもそも、マウスのように増えないし、動物が入手できないのです。これでは、再現性のない微妙な結果ばかりが報告されそうです。そして、その結果を信じたらよいのか、誰もわからない。特に、統計学的に微妙な結果が多くでてくる神経科学や動物行動学では、データの数を増やすことが大切でしょう。でも、そんなこと、どこにも書いてないです。


マーモセットの印象操作

この世の中では、説明の仕方で、いろいろ印象が変わるというのは常です。科学なんていうのも、そういうものです。同じことを説明するにも、違う説明の仕方 をすれば、印象が良くなったり、悪くなったりする。論文の書き方でも、同じデータを使っても、その並べ方や説明の仕方で、良いジャーナルに掲載されるか、 されないか、決まってしまうという面がある。科学的な発見や研究なんていうのは、かなり印象操作が大切になっているものです。

マーモセットの説明の仕方を見ていると、まずマカク(旧世界ザル)などの他のサルと比べる。そして、マーモセットの優越性を主張するわけです。
http://www.ciea.or.jp/division2.html

私が見てみたいのは、マウスとの比較表でしょうか。そのうちに、作ってみようと思っているのですが。。他のサルと較べて、マウスと較べないというのは、1つの印象操作なのでしょう。また、霊長目を用いた研究を実施する時には、欧米では大問題になると思われる動物実験の倫理的課題についても、あまり騒ぎにならないように巧みに回避しようとしているのではないか、という態度があるように感じます。


マーモセット・コネクトームの本気度

岡野栄之先生ら(慶応大学)のNeurosci Researchの解説(総説?)を見ると、こんなことが書いてある。
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168010214001904

「A new method of serial EM, developed by Prof. Jeffery Licht-man’s laboratory at Harvard University (http://www.hms.harvard.edu/dms/neuroscience/fac/lichtman.... will be used to map neu-ral connections (connectomes) at nanometer resolution. This andsimilar EM-based technologies have enabled researchers to quan-titatively map the precise location of cells, synapses and evenorganelles in a certain micro-domain of the brains (Bock et al., 2011;Briggman et al., 2011; Chklovskii et al., 2010). However, quantifica-tion of the EM-based micro-connectome for the entire marmosetbrain is not realistic within the limited time period of Brain/MINDS.Thus, Brain/MINDS will focus on mapping the brain regions that areintimately involved in higher brain functions or associated withdisease. It is important to develop new technologies that connectand integrate the EM-based microscopic mapping with the light-microscopy-based mesoscopic mapping.」

こんなものも誤魔化しみたいな感じがする。適当にその高次機能に関わると言われてきている場所の小さなブロックを作って、切片を沢山作って、写真を撮影し、リコンストラクションして、少しばかりの神経細胞のコネクトームと称する「美術作品」を見せる。こんな結果であっても、堂々と成果だと発表できるような書き方だと思うのです。科学的にメリットのないこんな提案でしたら、例えば、NIHのグラント申請では、落選確実でしょう。

実は、私の現在のプロジェクトの1つも、Lichtman研のシステムを使わせてもらっていますが、電顕の予約が一杯、更に切片を集めるテープが入手できない とか、で困難な状況にあるのです。本家がこんな状態なのに、マーモセットなど真面目にやる余裕があるとは思えないです。是非ともやってみたくなるような ワクワクとするような具体的構想がないと、なかなか難しいのではないか、と感じます。(違うのだと言う人がいたら、是非、反論して欲しいです。)

コネクトームでは、対象が小さいほど、容易に研究しやすいという利点はあるでしょう。一方、脳での神経活動を見たりする技術の適用は、マーモセットの脳が小さいということは、利点にもなりえますが、欠点にもなりうることを明確に指摘するべきでしょう。

モデル動物としての欠陥?
以前、どこかで目にしたことがあったのですが、私が最近、気にしていること。詳しい方がおられたら、是非、教えて欲しいと思いますが、「キメラ」の話です。マーモセットのキメリズムの問題ですが、ここに割合とよくまとまった記事がでています。どういう証拠から、そういうことを言っているのか、というのは、オリジナル論文をご覧になるとよくわかると思います。
http://johnhawks.net/weblog/reviews/genomics/primates/marmoset-chimerism-2014.html

要するに、お腹に2つ、3つの赤ちゃんA, Bがいた場合、個体Aの細胞が、別の個体Bに入り込んでくるというのです。血液系の細胞については確実で、体細胞については、以前考えられていたほ どでもないが、そういう状態があるのではないか。更に、不思議なことに、生殖系列も、キメラになっている。というのです。つまり、Aが+/-で、Bが-/-だったら、Aの+/-の細胞がBに入り込んでくるというわけです。この現象はとても興味深いですが、実験動物として使うという場合、深刻な問題を意味していることは、モデル動物を使っている研究者なら、わかると思います。

文献上は、脳などの神経系について、調べたという報告はないみたいです。こういうのは、GFPを組み込んだ形質転換動物を作って、それがどこで見られるか、こういう実験があると、簡単にわかるでしょう。既に、やっているのでしょうか。でも、結果によっては、発表すると、このモデル動物の根幹を揺るがすような事態になりそうです。いずれにしても、どんな結果でも、この疑問に答えているような論文を見てみたいものです。

最後に
実は、マーモセットについて、もう少しまとめて何か書いてみようと、考えているのです。このブログは、そのたたき台にするために書いたという意図があります。私自身は、全然、扱ったことのない生き物ですが、そういう観点から、素朴な疑問点、問題点、更に、研究体制や研究組織の問題を含めてですが。。日経バイオテクに「脳科学」に関するコラムを連載したという経験、金澤一郎氏が翻訳を監修したという「Principles of Neural Science」に、日本人として、名前が最も多くでてくるという研究者であるという過去(現在は落ちぶれて、消えていくだけ)。更に、このBrain/MINDSプロジェクトとは、全く利益相反関係がない、こういう気軽な立場ですので、いろいろなことを忌憚なく書けるはずです。もし、こういう問題がある、こういうことを指摘して欲しい、問題はあるがそれを無視してもすごい、という点があったら、是非、お知らせください。

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次回のブログの更新は、年末を予定しています。

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米国NIHのBRAINイニシアティブのプロジェクト公式発表
しばらく前に発表されたNSFのBRAINイニシアティブ関係プロジェクトの発表に続いて、9月30日(米国東部時間)に、米国NIHのBRAINイニシアティブの最初のプロジェクトの内容が公開されました。ホワイトハウスにおいても、コンファレンスが開かれるとともに、大学など各研究施設でも大きなプレスリリースがなされました。

NIHのFrancis Collinsディレクターが、そのブログの中で「America's Next Moonshot」という言葉を使いましたが、この言葉の中に、その意欲のすべてが現れているような気がします。
http://directorsblog.nih.gov/2014/09/30/brain-launching-americas-next-moonshot/

ホワイトハウスでも、BRAINイニシアティブのページが設置され、最近の動きを「ファクトシート」の中でまとめています。
http://www.whitehouse.gov/brain
ファクトシートのダウンロード(pdf)。
http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/brain_fact_sheet_9_30_2014_final.pdf

これによりますと、政府関係の参加機関として、NIH, NSF, DARPAに加えて、FDA(食品医薬品局)そしてIARPAが加わっています。IARPA (Intelligence Advanced Research Projects Activity)というのは、簡単に言えばCIAの機関です。諜報機関も加わって、認知科学の研究に挑むということになるのでしょう。また、先回のブログでも取り上げたように、政府関係の機関だけなく、Google、GE(General Electric)などの民間企業、更に、Simons Foundationなどの新たな民間財団が加わっています。NIH, NSFだけでなく、軍事、諜報、民間企業、民間財団も含めて、大きな動きを見せているところが、米国のBRAINイニシアティブの特徴でしょうか。
Simons FoundationのGlobal Brain
http://www.simonsfoundation.org/life-sciences/simons-collaboration-on-the-global-brain/

ホワイトハウスでのコンファレンスでは、若い大学院生や大学生がコメントを読み上げ、このプロジェクトについてのコメントを読み上げました。人材育成の上でも、大きな効果が期待されます。
The White House Conference on the BRAIN Initiative (YouTubeで3時間あまりの内容のうちの半分ほどが紹介されています。)
https://www.youtube.com/watch?v=6MEGFFlMHpQ

NIHのBRAINイニシアティブで今回選定されたのは、やはり出来レースとも言えるような、米国の神経科学の中核となる機関や大学の研究者です。それぞれのプロジェクトの詳細はこちらから。
http://www.braininitiative.nih.gov/nih-brain-awards.htm

今回は、個々の研究課題について、本ブログでは、詳細なコメントを書く余裕はありませんが、「神経科学者SNS」の日記ページでも、時々紹介していますので、もう少し深い内容を知りたいという方はそちらの方も御覧ください。
https://neurosci-sns.nips.ac.jp/


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Human Brain Project (ヨーロッパの巨大脳科学プロジェクト)
さて、米国のBRAINイニシアティブの発表と同じ週に、ヨーロッパEUのHuman Brain Project(HBP)の方も、ドイツのハイデルベルク大学でHBPサミットが開かれ、その状況が報告されました。
https://www.humanbrainproject.eu/
このHBPサミットは、スイスのCERNの60周年式典と同時に開かれていたのです。これは単なる偶然なのでしょうが、HBPを、EUのフラッグシッププロジェクトとして、CERNのようなものにしたい、という願望が込められているような気がしました。このサミットには、米国の関係者や、日本からも慶応大学の岡野栄之教授などが参加し、Brain/MINDSプロジェクト(Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies)を紹介しました。



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その他の国の脳科学プロジェクト
さて、米国やヨーロッパだけでなく、中国でも、その資金力、人材力を使った脳科学プロジェクトが始まっています。まだ議論があるようですが、基本的には、トランスレーショナルな研究に重点が置かれるようです。
Where to the mega brain projects?
Mu-ming Poo (Institute of Neuroscience, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, China)
http://nsr.oxfordjournals.org/content/1/1/12.full

HBPのサミットでは、Luo Qingming氏 (華中科技大学、武漢市)が説明をしていたようです。

また、Brainnetomeと名付けられたプロジェクトも中国の脳プロジェクトの中心になると思われます。
Brainnetome Center, Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190, China
http://www.brainnetome.org/en/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23571422

韓国では、Center for Functional Connectomics (http://cfc.wci.re.kr/english/portal.php)が、設立されました。

オーストラリアでは、AusBrain。
http://www.theguardian.com/world/2014/feb/24/australian-scientists-should-set-minds-to-developing-bionic-brain-report
AusBrainのパンフレット(pdf)。
http://www.sciencearchive.org.au/events/thinktank/thinktank2013/documents/FINAL%20thinktank2013%20recommendations_embargoed%20till%2025feb.pdf

HBPサミットでは、Bob Williamson氏 (Australian National University)が説明していました。

数理や理論に伝統があるイスラエルの神経科学。 
IBT (Israel Brain Technology)
http://israelbrain.org/

EUとは別に、東欧の国でも脳科学への投資が始まっています。例えば、冷戦時代から脳科学の伝統があるハンガリー
Hungary launches 39 million euro brain research program, the single largest scientific grant in country’s history
http://ibro.info/news/hungarian-brain-research-program/

アジアで生命科学に力を入れているシンガポール
Launch of Singapore’s largest neuroscience research institute
http://news.nus.edu.sg/highlights/7479-launch-of-singapore-s-largest-neuroscience-research-institute

なお、数年後に、米国、EUを含めたこれらの活動が一同に集まる会合が、Allen脳科学研究所の主導で計画されているとのことです。

brain


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さて、先月のブログの続きです。私は、2014年1月から3月まで、日経バイオテクに「脳科学の未来」と題する連載記事を書かせていたできました。
http://masahitoyamagata.blog.jp/archives/1970798.html

今回は、その「脳科学の未来」の第6回「7つのチャレンジ」の部分を、日本の脳科学発展の議論のきっかけとするために、公開しておきたいと思います。
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「脳科学の未来」第7回「7つのチャレンジ」(https://bio.nikkeibp.co.jp/article/news/20140326/175032/>日経バイオテク記事に追加)
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日経バイオテクには、アカデミック版というのがあって、大学(ac.jp)、政府機関(go.jp)のドメインに所属されている場合は、安価で記事が読めるプランがあるということです。
http://nbt.nikkeibp.co.jp/bio/bta/
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曖昧な目標と不十分な方法論

これまで5回にわたって、「脳科学の未来」と題して、米国のBRAIN Initiativeの動向と、それに含まれるコネクトーム、コネクトミクス、機能的脳マップ、ビッグデータなどのトピックスについて紹介してみた。最終回の今回は、巨大な脳科学プロジェクトとしての問題点や課題を検討してみたい。

その前に、まず、全体を振り返ってみたい。以下がこれまで解説してきた項目である。議論を理解するために、今一度、各項目についての概念と現状を確認していただきたい。

各項目へのリンクはこちらのページから。
http://masahitoyamagata.blog.jp/archives/1970798.html

前半の「コネクトームへの挑戦」では、ニューロンのつながり方の総体としてのコネクトーム、そしてその研究法であるコネクトミクスのいくつかの例、更に、このような方法論が適用された単純なモデル動物、モデル材料について概観した。後半の「機能的脳マップへの挑戦」では、神経活動を可視化する方法、fMRIの活用を中心としたヒトコネクトームプロジェクトについて簡単に解説してみた。また、このようなプロジェクトで得られたデータをどのように扱うか、という問題について、主にビッグデータの観点から論考してみた。

米国のBRAIN Initiativeの場合、こうした「コネクトーム」「脳マップ」というゴールが中核になっている。ところが、2013年4月にオバマ大統領によって発表されて以来、反対論を含めた様々な議論が出ているのも事実である。ここでは、7つの観点から、議論をまとめてみたい(図1)。

(その1)目標は何なのか?
オバマ大統領のBRAIN Intiativeは、「アポロ計画」や「ヒトゲノム計画」と対比されるような大型の科学プロジェクトであると、標榜されている。では、過去におけるこれらの計画と何が違うのか?

ケネディー大統領が提唱した人類を月面に着陸させるという計画の目標は、単純明快だった。改めて説明する必要もない。ヒトゲノム計画は、ヒトゲノムを構成するA、T、G、Cという4つの塩基からなるDNAの配列を決めるということであった(図2)。DNAが2重らせん構造をしていて、その線状の配列はデジタル的な情報として記述でき、生命体が世代を超えて伝えていくゲノムという実体は明確だ。もちろん、ゲノム構造には、クロモソーム中のテロメア、配列決定が困難な反復配列、DNAメチル化のような4塩基以外のエピジェネティックな修飾もある。更に踏み込めば、本当に完全にDNA配列が決まるというゲノムという実体の存在は、現在においても仮説なのではなかろうか。ヒトゲノムは個人によって違うので、誰のDNA配列を決定するか、という議論もあったし、男女の違いというのは、決めるゲノムが1つではないということの大きな例である。しかし、それでも、ヒトゲノムの全DNA配列をひとつの目標として決定するというのは、ほとんどの科学者を十分に納得させる明確な目標ではあった。説得力のある目標があるというのは、極めて大切である。コネクトームや脳マップの場合は、どうだろうか?

コネクトームの場合、センチュウのように同じ遺伝形質を持った個体であれば、同じコネクトームを持つという場合は、目標を立案し、実行できる。センチュウのコネクトームは、基本的に、どんな個体でも同じ形をしていて、記述できる「ステレオタイプ」なものだ。ところが、ヒトやマウスといった脊椎動物の場合、同じ遺伝形質を持っていたとしても、そのコネクトームは基本部分に共通性はあるとしても、脳のサイズも違うし、ニューロンの数も異なる。細胞レベルまで見た場合、細胞の形態も違うし、結合の証となるシナプスの位置もすべてが同じ座標上で定義できるものではない。

もちろん、ヒトやマウスでもひとつの個体だけをとれば、コネクトームという物理的な実体は存在する。ところが、別の個体では違う。つまり、コネクトームというのは、細胞レベルの構造まで突き詰めてしまうと、曖昧なものであり、異なる個体同士で重なり合わないものである。したがって、ある1つの動物種のコネクトームといった場合、異なる個体間での共通性のみに焦点があたる。個体差は、ゲノムに見られるSNPsのような遺伝的多型のような形で捉えることができるかもしれないが、個体間でのコネクトームの差は情報量としてあまりに大きく、単純に扱えるようなレベルのものではない。果たして、その差に意味があるのかもさえもわからない。更に、コネクトーム記述の道具として使う電顕写真というのは、デジタル的なDNA配列と違って、アナログ的であるので、膨大な情報を持っている。そして、電顕写真の質を変えたり、解像度を上げれば、更に多くの情報が得られる可能性さえあるということで、塩基配列というデジタル情報の決定で完結するゲノム計画とは大きな違いがある。

機能的脳マップについては、空間的な構造として物理的に定義ができるコネクトームより更に曖昧だ。そもそも脳の機能というのが、いくつあるのか、それぞれを区別できるのか、など、不明瞭である。仮に脳の機能の数を決めて、ある目標を立てたとしても、目標が終わったら、それほど飛躍しない次の目標が出てくるというのは容易に想像できる。これは、人類が月面に立てば、それで目標達成というのとはかなり違う。つまり、脳マップ作製プロジェクトの場合、目標の実体さえ曖昧で、シーシュポスの神話のように新たな目標達成を繰り返すサイクルに入ってしまう、という危険性がある。

加えて、現時点では、コネクトームと脳マップを結びつける技術が存在しないために、いくつかの異なるプロジェクトが整合性なく混在しているというのも、BRAIN Initiativeの目標が混乱して曖昧になっている原因である。この目標の曖昧さの問題について、説得力を向上させる現実的なアプローチとしては、例えば、「がん研究」のように疾患の制圧というようなものを、強くアピールするようなことだろうか。ただ、こうするとまた違った問題意識を持ち込むことになるので、焦点がぼけてしまうだろう。


(その2) 研究戦略として科学的に正しいのか?

神経科学者の多くがしばしば指摘するのは、コネクトームがわかっても、神経系や脳がどう働くか、全然わからないのではないか、ということだ。つまり、研究戦略として、コネクトーム情報の取得に多くの時間、人材、研究費を費やすのが、果たして正しいのか、という議論がある。ここでは、神経系を理解する際の本質的な「部分と全体の問題」、「可塑性の問題」、「機能発現の規模の問題」、「結合の性質の問題」の4つの視点を紹介してみたい。

センチュウの302個のニューロンからなるコネクトームは1980年代には完全に解明されているが、センチュウの行動についての研究は、未解明な点が多く、現在でも盛んに行われている。つまり、コネクトームがわかっても、それは役立っていないのではないか。これは、例えば、パソコンの中にあるチップやドライブなどのつながり方をみても、パソコンがどう動くかわからないという問題と似ている。つまり、パーツだけを見ても全体はわからないという指摘である(部分と全体の問題)。この議論は、「ビッグデータ(2)脳科学データリソースの充実」でも議論したDavid Marrによる「認知プロセス3段階仮説」と共通している。ところが、それでも、やはりどんなパーツがあって、それらがどうつながっているか、という情報は、無いより、あった方がよいのは自明である。センチュウの研究者も、コネクトームの情報を利用して、行動を理解しようとしているのだ。

脊椎動物の脳の特徴は、その機能や神経回路が、遺伝子ですべてが決定されるのではなく、環境との相互作用で大きく変化するという点である(可塑性の問題)。発達、加齢、疾病、傷害などで変化するというのは、他の臓器でも同じであろうが、脳は環境との相互作用、つまり体験を通じての学習や記憶でも変化している。1時間前の脳は、1分前の脳そして現在の脳とは状態が違う。非常にダイナミックなものだ。こうした変化している対象について、ある時間1点でのコネクトームが解明されたところで脳の本質がわかるのか?もちろん、発達、加齢、疾病、傷害で変化するコネクトームは、発達、加齢、疾病、傷害を特徴づける脳内の神経回路の変化を見出すことができる可能性があるので、意義は大きいだろう。学習や記憶については、現代の神経科学はまだその本質を理解しているとは言い難いのではないか。コネクトームの情報は、そのための基礎情報になるだろう。

脊椎動物になると、ニューロン間のつながりというのは、ぼやけた部分というのがある。そして、個々の神経回路に多少の間違いや不具合があっても、多数の神経回路があれば全体としては機能するので、その目的を達成できる。その極端な例は、何らかの理由で、脳の一部が失われても、それなりに機能はするという柔軟性を脳が持っているということだ。このことから、個々のニューロン間の結合というのは、絶対的なものではなく、確率的なものに過ぎず、それでも全体としては機能するから、コネクトームは重要ではないのではないか、という指摘がある(機能発現の規模の問題)。しかしながら、それでも、ニューロン同士はそれなりに正確につながっているから、神経回路は機能するわけで、結合がファジーだからといって、機能するために必要なニューロン同士の正確な結合というのは存在していないわけではない。

ニューロンのつがなりである化学シナプスには、興奮性、抑制性、その他、機能を制御するための様々なつながり方の様式があって、電顕で形態だけを見ても、シナプスの性質まではわからない(結合の性質の問題)。例えば、興奮性シナプスでは神経伝達物質としてグルタミン酸、抑制性シナプスでは神経伝達物質GABAやグリシンが使われている。更に、アセチルコリンやセロトニンといった神経伝達物質を使うシナプスもあるし、シナプスの働きを変化させる神経ペプチドなども存在する。そして、記憶や学習などにおいては、シナプスの性質が、生化学的に、増強されたり、抑制されたりする。つまり、つながり方の形態を見るだけでは、こうした情報は不明なので、コネクトームだけでは結局多くのことはわからないという指摘がある。これは事実である。しかし、それでも、コネクトームの情報は、それを基礎情報として活用するには大切なものだ。

まとめると、コネクトームのような情報は、「色鉛筆」で塗り始める前の「白地図」のような基本情報となるということである。研究戦略におけるデータ収集という意味で反対する人はほとんどいない。しかし、一方で、目標の曖昧さ、科学的説得力の弱さから、研究戦略として、それだけに優先的に研究を集中させるのは反対だという意見が存在するのも事実である。機能的脳マップ作製では、次項で示すように、現行の方法論そのものに本質的な問題がある。

(その3)方法論はあるのか?
方法論な問題点については、これまでの解説でも、それぞれの項目で具体的に触れてきた。結論から言えば、ヒトゲノム計画におけるDNA配列決定で用いられたサンガーシーケンシングのような基幹となる決定的方法論がまだ存在していないということである。

それでも、連続切片の電顕を使った撮影によって構築される解剖学的なコネクトームは、方法論的には現実性、着実性がある。ただ、画像解析の数が多く、複雑過ぎるがゆえに、高スピードで正確に行えないというような問題がある。しかし、これは、計算速度やマシンラーニング、あるいは人間の目を用いるなどの対策で、時間をかければ、可能であるという段階になっている。もちろん、現状では、その「時間」が、我々が考える常識的な時間内でないので、以前として小さな場所での部分コネクトームの理解に努力しているという段階である。相補的な方法論として、古典的な神経回路研究法や、新しいコネクトミクスの開発が盛んに行われている。

一方、機能的脳マップ作成の道具として中心的に活躍しているfMRIは、神経活動を直接見ているものではないので、ニューロン、あるいは更に小さなシナプスレベルまでの解像度を達成することは不可能である。これは、大きな問題であり、解剖的なコネクトームの情報との融合を目指す上で、乗り越えなくてはいけない根本的な課題である。マウスなどの実験動物では、様々な遺伝子操作を利用した方法論、例えばカルシウムイオンや膜電位の変動を観察できる蛍光タンパク質遺伝子の導入などが利用できるが、汎用性を高めるために更なる改良が必要であろう。また、それを達成するためには、顕微鏡技術や解析法の開発も欠かせない。特に、望まれるのは、非侵襲でありながら、脳全体の中で生じる真の神経活動を個々のニューロンのレベルで、そのコネクトームと同時に観察できるような決定的な方法論の出現であろう。また、ミクロのコネクトームとマクロの脳マップの間のギャップをつなぐような革新的方法論の開発が望まれる。

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巨大プロジェクトの説得

大きな規模の予算を使って研究推進するとなると、とかく反対する人々がいるのは、世の常である。つまり、プロジェクトが、科学者コミュニティのみならず、政治的、経済的、そしてパブリックに理解、支持されるのか、という点が大変重要になる。次に、科学的観点とは別の側面から、BRAIN Initiativeの課題を考えてみたい。


(その4)科学者コミュニティを説得できるか

2012年4月、Columbia Universityにおいて、MIT(現、プリンストン大学)のSebastian Seung博士(参考:コネクトームへの挑戦 (6) アプローチ可能な脳:網膜の世界)とNew York Universityの神経科学者Anthony Movshonの2人を中心としたディベートが開催された。Seung-Movshonディベートと呼ばれるほど有名になったこの討論会は、立場の異なる神経科学者の間での代表的な論点が討論され、その模様は、YouTubeでも公開されている。https://www.youtube.com/watch?v=q4KrhDZQ088

Seung博士は、コネクトームで、脳が大変よくわかるようになるというような推進派である。一方、「反コネクトーム」の立場を取ったMovshon博士は、コネクトームを研究するということの必要性は認めながらも、それだけではすべてはわからないので、コネクトームに多くの研究費を振り分けるのはやめるべきだという立場だ。つまり、コネクトームのみに研究費を費やすことで、多様な研究分野に研究費が回らなくなって、多くの神経科学者の研究費が削減される危険性を指摘している。

このような状況が生まれる場合、プロジェクトの内部の研究者も外部の研究者も、Win-Winの心理状況になるような配慮が肝要である。そのためには、プロジェクト作製にあたっては、議論をオープンにして、外部研究者の意見も聴取する。更に、プロジェクト実行にあたっても、すべてに透明性を確保することが大切になってくる。その意味で、Seung-Movshonディベートのような賛否両論を公開して議論するような機会を設けることは重要であると思う。

ここで、改めて確認しておきたいのは、「コネクトーム」「脳マップ」という言葉には、ふんだんにキャンペーン的な要素が含まれているということだ。ヒトコネクトームプロジェクトでは、実際にやっていることは、コネクトームではないのに、コネクトームという単語を使用している。ここ最近は、研究申請や研究に「コネクトーム」と入れておけば、魅力的に見えるといった風潮があることには注意していかなければならない。

特に、大きな予算が動くプロジェクトは、時に予算獲得の「方便」であることもある。目標を標榜し、それを対外的に宣伝することで、巨大な研究費を動かす。ところが、実際は多数の小さなプロジェクトを養うのが目的というようなことが、研究者コミュニティで歓迎されるという現実的プロジェクトに陥る可能性もないではない。目標の曖昧さや、研究戦略の科学的な説得性の弱さ、決定的方法論の欠如は、研究内容がいろいろな方向に分散する余地を残しており、研究者のリアリズムとプロジェクトの夢ある理念が対峙するという懸念は存在する。


(その5)世の役に立つか?
コネクトームや脳マップの作製が、医療など社会にある問題の解決につながるのか?創薬や治療法の開発にどれほど役立つのか?新しい産業が生まれ、ビジネスになるのか?人々の雇用が増えるのか?経済波及効果はどれほどか?

コネクトームや脳マップ作製に集中的に研究費をつぎ込むより、うつ病、統合失調症、アルツハイマー病、パーキンソン病、自閉症などの社会的な負担の大きな問題の研究と治療法の開発に、直接全力を挙げた方がよいのではないか、という意見が、こうした疾患を研究している研究者を中心にあるのは現実だろう。しかし、コネクトームや脳マップの成果は、結果として、うつ病、統合失調症、認知症などの疾患や自閉症などの発達障害を、最終的に神経回路レベルで、より深く理解できる可能性があるという点で、決して、無駄ということにはならないと予想される。また、頻度の高い疾患を理解するのと同様な分析手法で、頻度の低い精神神経疾患の理解にも同時に活用できるだろう。つまり、このようなデータを活用することで、これらの疾患の神経回路レベルでの診断が可能になり、個々の症例を深く理解することで、個別医療や創薬に活用できるかもしれない。

また、これまでにない情報を使って、脳に関わる全く新規なビジネスが出現する可能もある。特に、教育分野、神経経済学と結びついた商業活動、法廷の場での利用などは、その萌芽的なアイデアが既に散見される。しかし、現時点で、「儲かるビジネス」が簡単に想定できるのなら、多くの人が今すぐにでも開始するに違いない、という意味で、更なる推測はここでは控えておきたい。


(その6)納税者は納得するか?
一般に脳科学は、科学の分野の中でも、科学コミュニケーションやアウトリーチの対象として理解を得やすいという特異な分野になっている。学校教育の現場だけでなく、多くの大人の関心の対象になりやすいようだ。それは、脳や心の不思議というのが、ほとんどの人の知的好奇心を呼ぶからであろう。また、社会的な負担が大きい様々な精神神経疾患の解決に向けてのパブリックの関心については、説明するまでもない。それは、書店や図書館において、多数の脳関係の本が並べられ、実際によく読まれていることからも明らかであろう。

このことは、脳科学について、ニセ科学の範疇に属する話題が社会に広がる危険性を持っているといえるだろう。特に、脳科学の統計学的な有意性に基づいた科学的議論は、しばしば完全で断定的な知見としてひとり歩きして社会に流布するなど、大きな問題が生じやすい。科学には、教科書に書いてある事項のように、比較的、安定した事実と認識されているものもあるが、脳科学の場合、研究の性格上、白黒付けることができない「グレー」な事項というのが多いのである。こういう脳科学の特徴も含めて、正しい脳科学や神経科学のパブリックへの啓蒙は、このような巨大なプロジェクト実施にあたっては積極的に行われるべきである。

大切なのは、脳についての基礎情報が飛躍的に増えれば、脳科学特有の曖昧さが、科学的な確固とした根拠に基づく、より真実に近い知見として、社会に提供できるようになる機会が増えてくることだ。特に、ニセ科学と科学を見分ける「検証可能性」という点から言えば、コネクトームや脳マップというようなビッグデータは、証拠に基づいた検証を可能にするデータとして将来的には活用できるかもしれない。


(その7)実施してもよいのか? 

ヒトES細胞を用いる研究は、米国においては、主に宗教的な理由から、保守的な共和党の議員や支持者を中心に、反対論がある。ところが、民主党のオバマ大統領の提唱した脳研究については、共和党議員の積極的支持者も多く、ヒトES細胞を使う再生医療、創薬研究に見られるような極端な反対論はないといってよい。また、米国においては、バイオ系の研究や教育ではしばしば顕在化してくる進化論的世界観(対、創造説あるいはインテリジャント・デザイン)についての議論も、脳科学の研究に関する限りはあまり関係ないようだ。逆に、宗教、瞑想などを、脳科学から理解しようとする研究には協力的な宗教関係者も多い。つまり、オバマ大統領のBRAIN Initiativeは、政治的な意味では、非常に順調なものであると言ってよい。

動物を使った実験については、通常の生物医学研究と同じ倫理的観点はあるだろう。しかし、神経科学の場合、サルのような高等動物を使う必要性もある。更に、行動観察においては、実験動物が覚醒した状態での研究も必要になることから、動物実験倫理的な観点からの議論は深刻である。この点で指摘しておきたいのは、中国との関係である。最近も、マカクサルにCRISPR-CAS9を用いたゲノム編集技術を適用したという研究が発表された(http://www.cell.com/abstract/S0092-8674%2814%2900079-8)。サルを用いたこのような技術の利用は、米国内から中国に移りつつあるようだ。MITを始めとして、米国の脳関係の先端研究機関が、中国の研究施設との関係を深める理由は、実はこういったところにもあるのかもしれない。

脳研究の倫理的観点は、むしろ、このような研究が推進され、実際の結果が出てきた時、想像以上に大きな問題になることが予測される。ヒトのデータの収集にあたっては、個人情報の扱いなど、ゲノム情報の収集と同様な生命倫理が問われる。また、知能などの知・情・意とコネクトームの問題、コネクトームの男女、人種差などの問題、法廷の場での証拠としての脳マップの利用、脳マップと対応させることで思考内容を推定する装置、新しいニューロン刺激法によるマインドコントロールなど、これまで想定されなかった倫理的な問題が噴出することは容易に予想できる。しかし、こういう倫理的問題が生じるからといって、研究を停止するという議論は現在のところはほとんどないようだ。

脳科学の未来:今が大きな転換期
今回議論したように、様々な課題や問題があるものの、コネクトームや脳マップは、脳科学研究推進の基礎情報となるものである。反対論があっても、これらの情報は、次世代の研究者への財産にはなるのではないか、という見方は大方のコンセンサスであろう。一方で、今を生きる研究者からは、こういうプロジェクトに多大な研究予算を使うのは、研究の多様性やリスク分散の観点から、積極的に支持できないという感情論がでているのも事実である。ただ、現実には、研究費が増えることが話題になる分野には、多くの研究者が関心を持ち始め、その分野に研究者が更に集中するという誘導効果があるのは世の常であろう。まさに、一種の「バブル」が生じ始めている段階である(そして、バブルははじける可能性もある)。

世界的に見た場合、米国のBRAIN Initiativeに対応するものとしては、ヨーロッパ共同体EUのHuman Brain Project(https://www.humanbrainproject.eu/)が規模の大きなものである(図3)。また、中国のBraintome (http://www.brainnetome.org/en/)を始めとする様々な研究機関の脳科学研究は、予算的に恵まれ、米国でトレーニングを受けた研究者を多数集め、今後の飛躍的な発展が期待される。韓国では、Center for Functional Connectomics (http://cfc.wci.re.kr/english/portal.php)などが設置され、脳科学の研究活動が盛んになりつつある。その他、イスラエル、オーストラリア、シンガポール、他のBRICs諸国など、米国での動きに刺激を受けた脳研究が世界各地で始まっている。ただ、このような巨大な計画の常として、関係国の経済や政治状況に影響を受けやすいのも現実だ。例えば、EUのHuman Brain Projectの中核プロジェクトの1つであるBlueBrain(参考:ビッグデータ(2)脳科学データリソースの充実)は、EUには加盟していないスイスを拠点としている。2014年2月初め、スイスで行われた移民規制に関する住民投票の結果について、EUが懸念を示していることから、EUのHorizon 2020 (http://ec.europa.eu/programmes/horizon2020/)の支援を受けるこのプロジェクト進行にも影響を与える可能性が生じている。

一方、日本でも脳科学についての同様な研究計画は策定されている。しかし、世界の脳研究のこのような流れを紹介した米国で目にする英文記事の中では、日本の対応プロジェクトについて記述されていることが極めて少ない。少なくとも、筆者は個人的にそのような体験をしばしばしており、ショックを受けることがある。日本にも多くの優れた確立された脳科学研究施設、大学があり、卓越した脳科学者、神経科学者や、将来を担う若手研究者がいる。ところが、脳科学の転換期にあるというグランドデザインの点で、欧米からみて埋没している状態になっているのではないか、危惧されるところである。

ここでは具体的には論じないが、日本の神経科学研究においても、日本の学術界、科学技術行政の問題としてしばしば指摘されているのと共通する問題があるようだ。特に、革新的な技術を開発するために必要な他の科学分野との協力関係や人類全体への貢献という国際協力、科学外交の視点を忘れてはならないと思う。日本国内でのヒトゲノム計画の担当研究など、過去の大型バイオ系プロジェクトについては、経過と貢献度の検証と分析が多くの識者によってなされ、多様な批判があったのは周知の事実である。脳、神経科学研究推進においても、そのような過去の大型プロジェクトにおける反省を踏まえての実施が望まれる。そして、脳科学研究が、「アポロ計画」や「ヒトゲノム計画」のように夢ある人類にとって特別なプロジェクトであることが、もっと国民、特にあらゆる分野の科学研究者に認識されなくてはいけない。

こんなエピソードを最後において、この寄稿の終わりとしたい。ちょうど5年前になる2009年、筆者は、日本の神経科学系の某学会で、コネクトームとコネクトミクスに関する公開討論を含めたシンポジウムを開催するように要請した。ところが、これからの脳科学の未来を考える上で、大きな転換点となる特別な意義があるものとは、学会関係者にはなかなか理解されなかった。その数年後、「コネクトーム」という言葉は、世界的に広く使われるようになったのである。脳科学、神経科学は、今、大きな転換期にある。

(次回のブログの更新は、11月上旬を予定しています。)

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今年も8月終わりということで、来年度(2015年)の文部科学省の概算要求が公表されました。脳科学研究戦略推進プログラム・脳機能ネットワークの全容解明プロジェクトとして、前年度から16%増加の64億円あまり(6,367百万円(前年度5,483百万円))の予算が要求されています。

具体的には、項目10の「科学技術・学術政策局、研究振興局、研究開発局」の資料をご覧になるとその詳細がわかりますが、参考のために、その一部のポンチ絵だけを下に置いておきました(著作権法第13条)。
平成27年度文科省概算要求等 http://www.mext.go.jp/a_menu/yosan/h27/1351647.htm
brainsmall


「革新的技術による脳機能ネットワークの全容解明プロジェクト」(通称、「革新脳」)については、以下に簡単なまとめがあるので、参考にしていただきたいと思います。
http://www.jnss.org/140630-01/

さて、私は、2014年1月から3月まで、日経バイオテクに「脳科学の未来」と題する連載記事を書かせていたできました。
http://masahitoyamagata.blog.jp/archives/1970798.html

その最終章で書いたのは、批判であり応援である以下のような文章でした。しかし、実際には、現時点(2014年夏)でも、その状況はそれほど改善していないという印象を受けています。少なくとも、私には、日本の脳プロからは、例えば米国のBRAINイニシアティブがしばしば引き合いに出す「アポロ計画」「ヒトゲノムプロジェクト」に匹敵するものとして実行しようとする意欲が伝わってこないのです。
「日本でも脳科学についての同様な研究計画は策定されている。しかし、世界の脳研究のこのような流れを紹介した米国で目にする英文記事の中では、日本の対応プロジェクトについて記述されていることが極めて少ない。少なくとも、筆者は個人的にそのような体験をしばしばしており、ショックを受けることがある。日本にも多くの優れた確立された脳科学研究施設、大学があり、卓越した脳科学者、神経科学者や、将来を担う若手研究者がいる。ところが、脳科学の転換期にあるというグランドデザインの点で、欧米からみて埋没している状態になっているのではないか、危惧されるところである。」

私は、日本の脳科学を、本当に意欲的に進めるなら、概算要求している60億円の倍くらいを、最初に出して、人材や施設の基盤を強化するのに使う必要があるのではないか、と思うのです。米国のように基盤があれば、少しずつ増やしていけばよいですが、日本の場合は基盤(特に人材)が弱いのですから、この辺を最初にやると効果的であると思います。

今回は、その「脳科学の未来」の第3回「BRAIN Initiativeを読み解く」の部分を、このような日本の脳科学発展の議論のきっかけとするために、若干、手直しして公開しておきたいと思います。ちなみに、NIHのBRAINイニシアティブとNSFの関連プロジェクトのホームページは以下です。

NIHのBRAINイニシアティブ http://www.braininitiative.nih.gov/

NSFのBrain研究 http://www.nsf.gov/brain

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「脳科学の未来」第3回「BRAIN Initiativeを読み解く」(日経バイオテク記事に追加)
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潤沢な民間財団
これまで2回にわたって、「コネクトームへの挑戦」と題して、脳科学の未来について説明してみた。ここで、科学・技術の解説は、一休みして、少し違った角度から、米国を中心とする脳科学の未来について考えてみたい。ファンディングのあり方、科学技術研究体制の観点からである。

これは、脳研究だけの話だけではない。米国のバイオメディカル研究で特徴的なのは、民間財団の力が非常に大きいということだ。民間財団は、それぞれの財団の趣旨に従って、特定疾患の研究、リスクのありすぎる研究、ヒトES細胞のように宗教的・倫理的議論のある研究など政府研究費が支援しない、あるいはできないようなところに研究費を自由に機動的に配分できる。そして、Howard Hughes医学財団(HHMI )などに代表されるように、この低金利時代にあっても驚くほどの資金力があるのだ。これは米国社会に特有な大富豪の存在、寄付税制、そして宗教といった複合的な社会背景などから、こういう伝統が形成されたということだろう。オバマ大統領と米政府が打ち出した今回のBRAIN Initiativeの特徴の1つとして、このような民間財団の力を存分に活用して協力させようというのが特徴になっている。
3-Figure1


今回のオバマ大統領BRAIN Initiativeの基本コンセプトのきっかけとなったのは、Kavli財団の発案だといわれている(詳しくは、http://www.kavlifoundation.org/)。Kavli財団は、センサー部品メーカーの創業者であり、2013年11月に亡くなったFred Kavli氏によって設立された財団である。米国のColumbia大学やKavli氏の故国であるノルウェーなどの大学に、天体物理学、ナノサイエンス、理論物学、そして神経科学の研究施設を設置しているほか、これらの分野にKavli賞を出したり、シンポジウムなどのミーティングの支援をしている。特に、BRAIN Initiativeの中核ともなる「Brain Activitiy Map (BAM)」について意欲的なのがこの財団である(http://www.kavlifoundation.org/brain-initiative)。これについては、次回の寄稿の中で、更に説明したい。

こうした民間財団の中には、既に科学プロジェクトとして、大量の脳科学関係データを創出しているものもある。代表的なのが、西海岸シアトルにあるAllen脳科学研究所だ(Allen Institute for Brain Science、詳しくは、http://www.alleninstitute.org/)。マイクロソフト社の共同創業者の一人であるPaul Allen氏の脳科学への興味から2003年に設立されたAllen脳科学研究所は、脳神経科学者に使える有用なリソースを無料で公開している。神経科学者の間で最もよく知られているのは、Allenブレインアトラスであろう(詳しくは、http://www.brain-map.org/)。初期のプロジェクトとしては、マウス脳で発現している遺伝子のin situハイブリダイゼーション用のプローブを作製し、それを自動化した装置で、脳など神経系の連続切片を使ったin situハイブリダイゼーションを行い、それらの画像をコンピュータで整理したデータベースを作製し、オンラインで公開してきた。特に、連続切片という多量の画像をどのように公開するか、という技術において、マイクロソフト社と関係した研究所であることを遺憾なく発揮している。更に、ヒト脳や発生段階のマウスなどでの発現マップを作製したり、コネクトームの基礎となる情報なども新たに開始した。また、神経科学研究コミュニティに役立つ様々な遺伝子操作マウスを多数作出している。例えば、脳で発現する様々な遺伝子に組み換え酵素Creなどを組み込んだドライバーライン、そしてそれを検出したり利用する様々なレポーターラインを作製してきている。これらは、マウスの系統を多数維持ししているJackson研究所を通じて、研究者コミュニティが容易に入手できるようになっている。

更に注目すべきは、Allen脳科学研究所が、認知脳学者Cristof Koch博士、更に大脳のコネクトミクスを開始したClay Reid博士をリクルートし、更に意欲的な研究を行おうとしていることだ。Koch博士は、脳科学に大きな関心をいだいたDNA二重らせん構造の発見で有名な故Francis Crick博士との交流をきっかけに、「意識」や「クオリア」についての実験的アプローチを試みる研究者として著名である。Reid博士は、大脳の視覚野を研究するHarvard大学メディカルスクールの教授であったが、Harvard大学では十分な研究施設が用意できないことから、Allen脳科学研究所に移籍したという。この2人の卓越した神経科学者のもとに、250人程の科学者や技術者が集まり開始されたプロジェクトが、「MindScope」である。MindScopeでは、特に、マウス大脳の視覚野に注目したコネクトームとコネクトミクス、更に神経活動の網羅的観察、理論的解析までが実施される予定である。大脳ということで、難しさも伴うが、野心的なプロジェクトである。

Howard Hughes医学研究財団(HHMI)は、全米最大の基礎医学領域の民間財団で、その援助した研究者からノーベル賞受賞者などを多数輩出している(詳しくはhttp://www.hhmi.org/)。例えば、2013年にノーベル賞を受賞した神経科学者Tom Sudhof博士は、HHMIにサポートされた研究者であった。基金規模は、約160億ドルで、年間8.25億ドルを生物医学分野に投資している(2011年)。これは科学技術全分野の研究をサポートしている日本の科学技術振興機構JSTの年間予算にも相当するような規模である。また、生物医学系の教育や普及にも積極的である。HHMIが、2006年、首都ワシントン近郊のヴァージニア州に建設した研究施設Janelia Farmでは、コネクトミクスなどの脳関連研究が意欲的に実施されている(詳しくは、http://janelia.org/)。特に、小さな研究グループを多数作り、グラント申請などに煩わせることなく、共同研究を盛んにする運営方法は、生命科学系では今までなかった科学研究施設の姿としても、注目されている。

BRAIN initiativeに積極的なもう1つの研究所は、カリフォルニア州サンディエゴ近郊ラホヤにあるSalk研究所である。1963年に設立されたSalk研究所は、生命科学系に特化した卓越した研究所であり、生物医学の分野では設立半世紀を経た老舗の研究所であるが、神経科学者も多数在籍している。神経科学研究では、世界的に評価が高いカリフォルニア大学サンディエゴ校とも近接している。Salk研究所が、「Dynamic Brain Initiative」と名づけたプロジェクトもこのような環境で企画されたものである(詳しくは、http://www.salk.edu/campaignforsalk/brain.html)。

このような民間財団は、NIH研究費などの政府系のものとは使い勝手が違うというところに特色があるのだが、オバマ大統領のBRAIN Initiativeでは、政府系のプロジェクトとの協力的な関与がことさら強調されている。研究者コミュニティに対しても、頻繁にシンポジウムの開催を支援するなど、より多くの研究者の役に立とうとする意欲が極めて高い。思い起こすと、ヒトゲノム計画では、NIHなどが主導した公的なプロジェクトが初期には先行していた。ところが、1990年代後半になると、Craig Venter氏が設立した民間会社であるCelera Genomics社が、独自の方法を用いて、先行していた公的プロジェクトを追い越してしまったということもあった。公的なヒトゲノム計画の「失敗」とも言われる過去のこのような経験も、民間との協力関係を重視することに関係しているのだろう。もちろん、次項で議論するような米国財政状態の問題とも関係しているのは想像に難くない。

Sequester問題、軍事研究
BRAIN Initiativeを提案したオバマ大統領であるが、米国の財政は危機状態にある。広い分野の予算を一律削減するいわゆるSequester問題で、NIHの研究費なども厳しい状態にあるのはよく知られている。2013年秋には、共和党を多数派とする議会と民主党の大統領の対立から、政府機能が一時停止するなどの事態に落ちいった。これは、医療や製薬会社とも密接に関係する健康保険制度についての政策上の相違から生じたものである。いずれにしても、限られた財政の中で、支出の機動性が失われているのが実情だ。それでも、2014年1月15日、オバマ大統領は、BRAIN Initiative予算も含むSequester削減分の補正予算案に署名し、BRAIN Initiativeの研究費募集が本格化している。ただ、まだ準備段階という認識であり、BRAIN Initiative関係の研究費の総額は小規模なものである。ちなみにNIHで現在募集しているBRAIN Initiative初めてのグラント申請は、本年3月24日締め切りで、海外研究機関からの応募も可能になっている。具体的には、(1) 新しい大規模ネットワークレコーディング法の開発、(2) 神経回路操作の方法開発、そして(3) 神経活動と行動の3分野への応募が可能である(図2)(更に詳しくは、http://grants.nih.gov/grants/guide/rfa-files/RFA-NS-14-007.html)。今回は、革新的な神経活動検出と操作に関する方法論の開発に重点が置かれており、これらの方法論の開発が今後のプロジェクト展開の鍵を握るとの判断からであろう。これとは別に、NIHの通常の外部研究費に加え、いわゆるハイリスク研究という特別枠で、BRAIN Initiativeの基礎となる研究を大きく支援していることからも、この分野に特別な推進意欲があることがわかる(詳しくは、https://commonfund.nih.gov/highrisk/index)。
3-Figure2


ところで、今回のBRAIN Initiativeには、医学系研究を総括するNIH、基礎科学研究を支援するNSFの他に、国防高等研究計画局DARPAが関与している。DARPAは、軍使用のための新技術開発および研究を行う米国の国防総省の機関である。つまり、このプロジェクトは、軍事研究の性格も持つ。DARPAは、歴史的には、インターネットのひな形となるARPANET、そして全地球測位システムGPSを開発した機関でもあり、その研究結果は、民生用用途にも多大な貢献をしてきている。BRAIN Initiativeでも、その結果として、「インターネット」や「GPS」に相当するような世界を一変させる革新的技術が開発される可能性もある。そんなプロジェクトのひとつとして、2013年秋に、DARPAが打ち出したのが、「SUBNETS」と名付けられたものだ(詳しくは、http://www.darpa.mil/NewsEvents/Releases/2013/10/25.aspx)。SUBNETSは、Systems-Based Neurotechnology for Emerging Therapiesの略で、脳に神経活動を検出したり、操作するデバイスを埋め込むことで、負傷兵士や精神神経疾患の患者を治療しようというプロジェクトである。軍事研究というのは、日本国内では、特にバイオ関係の研究では、感染症など一部を除いてはあまり馴染みがない。米国の場合、現実に軍事活動が展開されており、また社会的に影響力のある退役軍人も多いので、大きな社会的意義を持っており、有力大学でも軍事研究に相当する研究が実施されている。これは、米国の科学・技術研究の一側面でもある。例えば、脳研究関係でいえば、負傷した軍人の治療(含む再生医療、BMI治療)、戦闘活動に伴うPTSDなどの扱い、更には兵士の睡眠や注意力の制御といった戦闘活動を有利に導く薬物や道具の研究などがある。DARPAのSUBNETSは、このような実情から生まれたものだが、民生用用途への応用にも期待がかかる。

追記:オバマ米大統領は、8月終わりに、DARPAの新しいプロジェクトとして、ElectRx (Electrical Prescriptions)と名付けたプロジェクトの開始を発表した。
http://www.darpa.mil/NewsEvents/Releases/2014/08/26.aspx

財政的な厳しさから、現在、宇宙開発などを行う米航空宇宙局NASAなどは、個々のプロジェクトの選択に大きな議論が沸き起こっている。そんななか、NASAの場合、独自の宇宙開発を推進している中国との交流は政府レベルで禁止されている。軍事研究の性格を内在する米国のBRAIN Initiativeが、現在の世界情勢の中で、国際協力について、どのような方向を目指すかは流動的であるが、少なくともヨーロッパ共同体(EU)の対応プロジェクトであるHuman Brain Projectとは、密接な協力関係がある(詳しくは、https://www.humanbrainproject.eu/)。もちろん、科学者としては、ゲノムプロジェクトなどに見られたように、世界全体の科学研究コミュニティーにオープンな方向を目指したいと考えるのが常であり、学会などのコミュニティでは米中間の脳科学研究の交流は盛んである。こうしたなか、日本が、世界的に重点が置かれつつある脳科学研究の動向にどのように貢献できるのかは、国際的巨大科学プロジェクトである線形加速器などと同様に、国家安全保障の面からも、神経科学者の間だけでなく、パブリックを含めてもっと広く議論されるべき喫緊の課題であると思う。

追記:最近のHuman Brain Projectの動きについては、8月初旬に書いた拙ブログを参照。
http://masahitoyamagata.blog.jp/archives/1997601.html

脳科学の未来:研究体制についての私見
ある分野、例えば脳科学の分野に現在より多くの研究費を増加させる場合には、その分野の研究費総額を増加させればよいわけである。しかし、財政に上限がある以上、単純な増加には限界がある。今回、説明したように、財源が公的資金とは全く違う「民間財団」や、同じ公的資金でも「軍事」といった異なる説明責任が可能な分野の予算を振り向けるというのも方法である。

もう1つの方法は、脳科学とは異なる分野と分類されてきた科学研究を、脳研究に誘導して、全体として脳研究を盛んにするというやり方だ。EUのHuman Brain Projectでは、例えばコンピューターサイエンスの研究分野に脳科学を持込み、これまでコンピュータサイエンスに使われていた予算を、脳研究に用いるということが積極的に行われている。脳科学というのが、医学研究にとどまらず、他の科学分野の知識や技術、更には心理学、哲学、経済学、言語学といった文系(日本的にいうなら)をも含めた総合的な学術分野であるというのは改めて説明する必要がない。また、技術開発という面からも、脳とは全く関係ないような科学技術分野に、潜在的に大きな可能性がある。そのためには、こういう異分野との交流を盛んにしなくてはならない。

この点と関係して、米国の脳科学、神経科学を考える時、大学での教育システムのあリ方についても議論しておかないといけない。米国の大学教育システムの場合、主要な大学は、リベラルアーツ、つまり教養を重視している。そもそも日本的な理系、文系という明確な区別があまり存在していないといってよい。またそれぞれの学生が、理系と文系科目の2つの専攻を持つことも多い。このような教育システムだと、総合的な学術分野としての脳科学に興味を持つ学生や研究者が育ちやすいのは想像できる。日本国内の脳科学の推進には、日本の大学や大学院の体制を維持するにしても、全体として教育システムを見なおしていかないと、脳科学の盛んな米国のような研究環境を作ることは難しいと思う。

巨大科学と小さな科学
BRAIN Initiativeは、人類月面着陸計画やヒトゲノム計画に相当するような巨大科学なのだろうか。確かに、ヒト脳の脳活動マップ作製というそのゴールは、巨大科学のように見える。そのゴールへの過程では、巨大な設備を必要とするような段階もあるだろう。しかし、一方で、例えば素粒子物理学における線形加速器のように、ある特定の場所に集中的な超巨大な装置を設置するという形の研究になることはありそうもない。ヒトゲノム計画では、米英を中心とする各地にセンター的なものを作り、その目標を達成しようとした。しかし、一方で、独自の方法論を持ったCelera Genomics社の民間プロジェクトが、そのゴールに早く到達してしまったという歴史もある。つまり、ひとたび革命的な方法論がでてくると、スピードが跳躍的に速くなることもある。特に、米国では、真に有望なものが出現すると、短期間のうちにそれを軌道にのせて大規模にする活力がある。

ゲノムのDNA配列の決定は、技術者のチームや自動化された機械が、淡々とデータを積み上げていく工場のような作業である。そして、そこには、仮説もない。単純なデータを蓄積、解析していく科学の姿である。これと同じように、コネクトーム、脳マップ作製というのも、仮説を立てて、それを実験的に試すという科学研究ではない。つまり、仮説を伴わない科学データの蓄積である。このような科学は、創造的な研究者には退屈であり、また次世代の研究者を育成するという観点からも、決して望ましいものではないだろう。つまり、ゲノムプロジェクトの初期において、このような大型研究プロジェクトの功罪について指摘されたのと全く同じ議論も出てくるだろう。特に、電顕を使ったコネクトーム解析のプロジェクト(コネクトームへの挑戦(3)参考)は、このようなステージになってきている。

脳神経科学は、果たして、巨大科学である必要があるのだろうか。神経科学では、個人あるいは少人数で集中的に研究して、好奇心に基いて、画期的な知見を出そうとする研究者も依然として多い。このような場合、仮説を立てて、それを実験的に検証するという仮説検証型科学研究が主流である。また、科学研究の常として、こうした研究の過程で、偶然による発見(セレンディピティ)もしばしば起こる。これは、古きよき時代の郷愁のようなものかもしれないが、神経科学研究の性格からするとある意味で当然の姿勢であり、このような研究から革新的な知見がもたらされてきたのである。仮説によらない大規模データ収集の科学を目指そうとする方向は、こういう研究姿勢とはどうしても対立してしまう。

いずれにしても、コネクトミクスや神経活動の検出など、鍵となる研究分野で、これ以外の方法は考えられないという「絶対的な方法論」が現時点では確立されていないのである。プロジェクトの初期においては、このような少数精鋭の研究を中心としてみるのが正解かもしれない。BRAIN Initiative委員会の報告書や最初の研究費公募の要項(上述)を見ると全体としては、こちらに傾いているのが実情である。改めて、このフレミングの名言を噛みしめたい。

あることについて、最初の進展を行うのは孤独な働き手だ。細かなことはチームでやれるかもしれない。しかし最初のアイデアは、個人の企画、考え、認識からやってくるものだ。
アレキサンダー・フレミング

さて、日本の脳、神経科学を考えるとき、こういう点については、科学の形態という根本から、これまでタブーと思われたことも含めて議論してみる必要があるのではないだろうか。例えば、日本の科学研究でこういうビッグなプロジェクトの案がでてくると、崇高な目標が安易な数値目標に陥ってしまう。崇高な目標を持つプロジェクトが体裁を取り繕うために、年度ごとの厚い報告書を作ったりすることを目的にすることや、インパクトファクターに代表されるような評価法が馴染むのか、など。「科学・技術研究とは何か」という根底からの議論が必要ではないか、と筆者は思う。

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(10月始めに、この続きを公開できたらと思っています。)

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米国のオバマ大統領が提唱した巨大脳科学プロジェクトであるBRAINイニシアティブについては、2014年1月から3月まで、日経バイオテクに「脳科学の未来」と題する拙文を連載(6回)し、その一端を紹介しました。

脳科学の未来 https://bio.nikkeibp.co.jp/article/news/20131224/173054/
「2013年4月2日、ホワイトハウス。オバマ米大統領が、BRAIN initiativeを発表した(詳しくはこちら)。ケネディー大統領の人類月面着陸計画、バイオ医学系初の巨大プロジェクトとなったヒトゲノム計画。これらにも匹敵する脳、神経科学の巨大科学プロジェクトに取り組むという宣言である。BRAINは、Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies の略であり、英単語「Brain」ではない。最先端の革新的な技術による脳研究がBRAIN initiativeだ。そのゴールは、脳の構造、とりわけ脳を構成するニューロンが作る神経回路や脳が働く時の活動の様子を、マクロからミクロまで完全 に明らかにしてしまおう、つまり「脳マップ」の完成である。」

日経バイオテクの連載の文章は、下記のページからリンクされていますが、今後、時期を見て、アップデートした内容を、このブログサイトで、公開していくつもりです。ご期待ください。(また、関連内容を、掲載させていただくような科学関連雑誌等への投稿も可能ですので、個人的にご連絡ください。)
http://masahitoyamagata.blog.jp/archives/1970798.html

さて、今回は、米国のBRAINイニシアティブに対応するヨーロッパ共同体(EU)の大型脳科学プロジェクトであるHuman Brain Project(HBP)についての話題です。

Human Brain Projectのウェブサイト https://www.humanbrainproject.eu/

ヒューマン・ブレイン・プロジェクト(Human Brain Project, HBP)は、Ecole polytechnique federale de Lausanne(ローザンヌ連邦工科大学)の主導で、欧州連合(EU)の資金をもとに、2013年に設立された米国のBRAINイニシアティブに対応するヨーロッパの巨大脳科学プロジェクト(10年間を予定)です。このプロジェクトでは、ヒトの脳がいかに働くかを理解するために、スーパーコンピュータを用いて、最終的にヒトの脳をシミュレートすることを目標としています。プロジェクトでは精神神経疾患の薬物治療のシミュレートを行うため、機能している脳の完全なコンピュータモデルの構築を目指しています。HBPの本部は、スイスのジュネーブにあり、Henry Markram教授(1962年生まれ)がその代表者になっています。

Henry Markram氏のTEDトークのサイト
 http://www.ted.com/speakers/henry_markram

ところが、2014年7月7日に、154名の欧州の研究者(現在は約600の署名)が、このプロジェクトについて、あまりに狭い研究アプローチを取っているため、目標達成ができず、失敗するという大きなリスクがあるのではないか、場合によっては、ボイコットすることになるというオープンレターを提出しました。これについては、英国のガーディアン紙、BBCといった一般メディア、更にNature、Scienceなどでも大きく報道され、私のTwitterでも、たびたび、報道などを、ツイートしてきています(私のTwitter https://twitter.com/yamagatm3)。

この騒ぎのきっかけは、Henry Markram氏が、2014年春のプロジェクト編成において、このオープンレターの中心的人物であるZach Mainen氏(ポルトガル)らのような、思考や行動のような高レベル脳機能を研究する認知科学者をプロジェクトから外したことがあります。 また、計算論的神経科学者であるPeter Dayan氏(University College, London)は、大規模シミュレーションの目的は根本的には時期尚早であると主張しています。既に、HBPから、オープンレターで指摘された内容を検討するとの反応も出されており、何らかの見直しにより、Win-Winのプロジェクトになるのではないか、と推測されます。

Human Brain Projectを懸念するオープンレターのサイト。

取り上げた報道についての多数のリンクがあります。
http://www.neurofuture.eu/

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参考までに、以下に、Human Brain Projectについて簡単に説明しておきます。
なお、以下の記述は、HBPについて記載した英語版Wikipediaのサイトを参考にしました。
https://en.wikipedia.org/wiki/Human_Brain_Project

HBPや他の関連プロジェクトで得られた技術は、他の研究分野にいくつかの可能性を提供することになる。 プロジェクトは、ヒトの脳とその機能について理解を深め、治癒および脳の発達に関する医学的研究を助けることになる。 例えば、脳モデルは、疾患の特徴や医薬の影響を調べるのに使用することができ、診断および治療方法が生み出されるだろう。 そして、これらの開発により、低コストで高度な医療が提供できることが期待される。 人工的なヒト脳のデザインは、高度なコンピュータチップの開発につながる。例えば、ヒトの脳をモデルとすることで、新しいスーパーコンピューティングおよびエネルギー効率技術の開発が可能になる。 プロジェクトの基盤には、ニューロロボティクス、ニューロモルフィック・コンピューティング、ハイパフォーマンス・コンピューティングも含まれている。こうしたコンピューティングの開発は、データマイニング、通信、家電製品、および他の産業用途などにも影響を及ぼすことが期待される。

戦略目標:これらの6つの分野での情報コミュニケーション技術基盤の開発を行う。
ニューロインフォマティクス
脳のシミュレーション
ハイパフォーマンス・コンピューティング
医療情報学
ニューロモルフィック・コンピューティング
ニューロロボティックス

組織と資金調達
HBPを主導するのは、ローザンヌ連邦工科大学、ハイデルベルク大学、 ローザンヌ大学とその付属病院である。プロジェクトはヨーロッパ26カ国にある135のパートナー機関の研究者の数百人が関わる。その予算は、11億9千万ユーロであり、ECのFuture and Emerging Technologies (FET)というグラントにより援助される。最初の資金調達のためのグラント応募は、2013年11月に締め切られ、結果が2014年3月に発表された。32団体から22のプロジェクトが選ばれている。

サブプロジェクト:HBPは13のサブプロジェクトからなる。
SP1 -戦略的マウス脳データ
SP2 -戦略的ヒト脳データ
SP3 -認知アーキテクチャ
SP4 -脳研究の数学と理論基礎
SP5 -ニューロインフォマティクス
SP6 -脳のシミュレーション
SP7 -ハイパフォーマンス・コンピューティング
SP8 -医療情報
SP9 -ニューロコンピューティング
SP10 - ニューロロボティクス
SP11 -アプリケーション
SP12 -倫理と社会
SP13 -マネージメント
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