学校法人 都築教育学園 第一工科大学

脳情報処理機構の解明

複雑な脳の働きもその実体は神経細胞ネットワークを伝達する電気信号により生み出されています。そこで、私たちは神経ネットワークを伝わる電気信号を光に変換して画像化する計測技術を利用し、神経ネットワークの動作メカニズムを解明する研究を行っています。感覚情報の大脳皮質での表現様式や運動の発現調節に関わる神経機構などについて、脳から直接記録した神経活動データを用いて解析を進めています。日々蓄積される神経活動データは膨大なビッグデータであり、その中から普遍的な計算原理を見出すには、高度に数理的・情報科学的な手法の導入が必要になっています。また、神経活動が電気現象であることから、脳に電気・磁気エネルギーを与えることで、神経ネットワーク中の電気信号の伝達を調整することも可能になっています。工学的技術を融合し、障害のある脳内の神経伝達を調節することで認知機能や運動機能を改善できないか、その可能性を検証しています（国立研究開発法人産業技術総合研究所との共同研究）。近年の人工知能（AI）の進化には目覚ましいものがあり、部分的にはすでに人間の能力を上回っていると考えられます。しかし、あらゆる技術開発の歴史がそうであったように、現在のAI技術も何れどこかで限界に直面するでしょう。その際、限界をブレークスルーする新技術のアイデアは、やはり実存する脳をより深く知ることによって得られるものと考えます。私たちは、脳からさらに多くのことを学ぶための実験的・理論的研究を通し、次世代AI技術の開発に資する知見の蓄積を進めていきます。

ブラックホールの研究

ブラックホールは一般相対性理論によって予言される「一度入ると誰も外に出られない領域」です。私はブラックホールの近くで起きる現象をコンピュータを用いて解析的・数値的な手法により研究することで、未知の自然法則の検証を目指しています。

一般相対性理論では重力を時空の曲がりとして表します。ブラックホールの近くは、重力が強い、つまり時空がとても曲がっていることになります。一般相対性理論は時空の曲がりが小さいときには既によく検証されているニュートンの重力理論と同じ理論になるため、時空がとても曲がっているブラックホールの近くの現象を調べることで一般相対性理論が正しいのかどうかを検証することができます。

一般相対性理論のすごいところは宇宙そのものの進化を議論できる点です。重要な予言の一つに宇宙そのものが膨張することがあり、これは観測で確かめられています。膨張する宇宙を過去に遡ると宇宙には始まりがあったはずで、多くの研究者はその可能性を真剣に考えています。どのようにして宇宙が始まったのかに対して理解を深めることは私の研究の大きな動機になります。

宇宙の初期には、時空はとても曲がっていたと考えられるので、逆に時空がとても曲がっている領域の現象を調べることで宇宙を支配する法則へ迫れるかもしれません。時空がとても曲がっている典型的な例がブラックホールなので、これが私がブラックホールを研究している理由の一つとなります。一般相対性理論でブラックホール周りの現象を説明できるのか？もしできないなら本当はどういう理論が正しいのか？といった疑問へ答えることで宇宙を支配する法則へ迫れると期待しています。