学校法人 都築教育学園 第一工科大学

社会課題の解明及び改善

シミュレーションとは実際に発生する現象を計算機上に再現し、再現したものを使って未確認の現象を計算機上で解析して背後に起こっている現象を解明するために必要な手法です。例えば脆弱性解析、空気力学特性解析といった詳細にモデリングした物体の構造特性を物理法則に基づいたシミュレーションにより解析していくものから、社会で発生している現象を計算機上に再現させ、その背後にある現象を解明していく、社会シミュレーションと呼ばれるようものまであります。私たちの研究室では社会シミュレーションと呼ばれる分野、特に複数のエージェントが登場して行動する社会シミュレーションの研究を行っています。このような研究から避難であれば、今までにない避難経路を選択した場合の避難状況を解析し、新たな避難経路の提案ができるようになります。交通であれば、交通状況を再現することで、交通渋滞の発生条件の解析や新たなバス経路の運行提案ができるようになります。以上のシミュレーションを行うにはエージェントモデルの詳細な設計が必要ですが、設計モデルに従った動作しかできません。自律的に動作するエージェントを設計するには人工知能技術が必須となってきます。私たちの研究室では、シミュレーション自体の研究のほかに自律的に動作するエージェント実現に向けて人工知能技術の研究も行っています。これらを利用することで、より現実に近い社会シミュレーションを実現し、より確度の高い結果を得られるようにシミュレーション及び人工知能技術に関する知見を蓄積していくことを進めています。

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。