  since 2004/11/19 |
■ 研究目的 微小脳から生体ー機械融合システムへー
21世紀の最も重要な研究テーマとして、脳のしくみを知ることが挙げられます。 私たちの研究室では、脳の構造と、機能を生物学的に分析し、その結果を工学 的に再構成することによって、脳を理解したいと考えています。しかし、人間 の脳は、それを構成する素子である神経細胞が100億個もあり、その一つ一つを 解析することは非常に困難です。そこで神経細胞数が1万個程度と少ない 昆虫の脳を中心に、無脊椎動物のシンプルな神経系をモデルとして研究しています。 これらの動物は、神経系こそ小さなものではありますが、私たち人間に匹敵する 能力を持っています。走る・泳ぐ・飛ぶといった運動能力のほかにも、記憶・学習や、ミツバチのように高度な社会性をもつものも少なくありません。また、昆虫の匂いをかぎわけるしくみは、私たち哺乳類と同じであることが分かってきました。また軟体動物のアメフラシも記憶・学習による神経回路の変化が初めて明 らかにされ、神経回路研究のモデルとして広く用いられています。
私たちは、カイコガの匂い源探索行動を中心に、神経回路を構成する個々の神経 細胞から、実際の行動まで様々な手法を用いて研究しています。神経細胞の活動 をとらえるために、先端直径1μm未満の細いガラス管微小電極を神経細胞へ刺入 することで活動電位を記録する細胞内記録法、脳内領域の活動をとらえる光学計測法などを用いています。実際の行動をとらえるためには、昆虫の運動を自動的 に追跡するトレッドミルやサーボスフィア、高速度カメラを用いています。そのほかにも、テレメトリといった新しい実験方法の開発にも取り組んでいます。こ れまでの研究により、一見複雑なカイコガの匂い源探索行動が、プログラム化さ れたパターンから構成されており、それらの行動を司る神経回路が明らかになりました。私たちはさらに、これらの神経回路をモデル化し、ロボットの回路に組 み込むことで、実験結果を検証しました。この匂い源探索ロボットはカイコガと 同様の運動をしながら匂い源へ到達することができました。このような生物学と工学の境界領域に立脚した研究手法と数多くの成果は、世界的に高い評価を得て きました。 さらに、私たちは、昆虫脳を脳研究の「モデル」として考えるだけではありませ ん。3億年以上も前の石炭紀の化石に見られるように、幾多の環境変動にもかかわ らず、昆虫はその姿をほとんど変えることなく今日に至っています。これは、昆虫が非常に環境適応性に優れた設計をしているためであり、ロボット工学の面で も非常に注目されております。私たちは、昆虫をロボットに組み込み、神経系から発令される行動指令信号を検出してロボットを駆動する、生体−機械融合シス テムの製作を目指しています。これを様々な環境で動作させることで、刻々と変化する環境に対応した神経系の活動をリアルタイムで観察することができ、昆虫 の環境適応性に優れた設計を学ぶことができると考えています。 |
