アレン・ブレイン・オブザーバトリーは、映画を見ているマウスの心を観察する
アラン・ボイル著
アレン・ブレイン・オブザーバトリーがオープンし、光と闇の模様、蝶やトラの絵、さらにはオーソン・ウェルズの1958年の名作映画「悪魔の接触」の冒頭シーンを見たネズミの頭の中で何が起こっているかを明らかにします。
30兆バイト相当の脳細胞データを収録したこのオンラインリポジトリは、マイクロソフトの共同創業者ポール・アレン氏が資金提供しているアレン脳科学研究所による最新の科学的成果です。これは、アレン氏が4年以上前に表明した3億ドルの寄付誓約に基づくものです。
アレン研究所の所長兼最高科学責任者のクリストフ・コッホ氏は、このプロジェクトを脳版ハッブル宇宙望遠鏡に例えた。
「脳がどのように情報をリアルタイムで処理しているかを測定するために、細胞レベルの解像度で活動中の脳を観察するという、このような産業的アプローチをとった人はこれまで誰もいません」と、コッホ氏は本日、研究所のデータ公開発表で述べた。「これは、脳の計算がどのように知覚、行動、そして意識を生み出すのかを解明するという私たちの探求における画期的な成果です。」
科学者たちは、数十匹の遺伝子操作されたマウスの頭蓋骨に小さな窓を開けてデータを採取した。これらのマウスは、活動時に適切な量のレーザー光の下で脳細胞を光らせる遺伝子を持っている。それぞれのマウスは、収納箱ほどの大きさの暗い部屋に入れられ、ビデオスクリーンに一連の画像を見せられた。
マウスが映像を観察する間、カメラはマウスの視覚皮質における微細な活動の閃光を捉えました。18,000個以上のニューロンを個別にモニタリングすることができました。
「基本的に、反応している細胞の小さな動画を撮影します。…視覚刺激に反応したニューロンが何に反応しているかを、細胞ごとにマッピングできるようになります」と、アレン研究所の製品設計者エイミー・バーナード氏はGeekWireに語った。
ブレイン・オブザーバトリーの最大の目標は、研究所のウェブサイト「Brain-Map.org」を通じて、世界中の神経科学者にデータを提供することです。しかし、バーナード氏をはじめとする研究所の研究者たちは、すでに探求すべき興味深い領域をいくつか特定しています。「扱えるデータの量に、私たちは喜びで胸がいっぱいです」と彼女は言います。
例えば、マウスが蝶を見たとき、その昆虫を2つの異なる視点から見ている場合でも、より明るく光る特定のニューロンがあります。当研究所で行われた以前の研究では、縦縞と横縞など、異なる明暗のパターンに反応する特殊なニューロンが示されています。しかし、蝶のニューロンは異なるようです。
「細胞が反応しているのは、単なる斑点や線の物理的なパターンを超えた何かです。『蝶々のような感じ』のようなものがあります」とバーナード氏は語った。
オーソン・ウェルズの映画もまた、別の例となる。研究所の科学者たちは、マウスに「悪魔の住む場所」の最初の3分間を見せることにした。なぜなら、この映画はメキシコの町の通りを滑らかに流れるような、途切れることのないワンショットで構成されているからだ。もちろん、マウスたちは映画評論家ではない。研究者たちは、視覚野が、連続性のない画像が次々と切り替わるスライドショーではなく、滑らかで流れるようなシーンをどのように処理するのかを知りたいと考えていたのだ。
バーナード氏は、その違いは顕著だったと述べた。「『自然な』映画の映像に反応する特定のニューロンは、映像を一枚ずつ見た時よりも協調性が高くなっているようだ」と彼女は述べた。
この研究結果は、視覚皮質が単に脳の他の領域で処理するために画像を捉える以上の機能を果たしていることを示唆している。
マウスの脳のデータは、革新的な視覚化インターフェースを用いてアレン・ブレイン・アトラスのウェブサイトに掲載されており、研究者は「Neurodata Without Borders」と呼ばれる標準化されたファイル形式でデータをダウンロードできます。また、アレン研究所が開発した分析ツールにもアクセスできます。今後数か月でさらに多くのデータが利用可能になる予定です。
一方、研究所の研究者たちは、新たな状況下での新たな観察セッションに向けて準備を進めている。次回は、マウスをVRシアターのような空間で自由に動き回らせるが、ヘッドセットは装着しない。観察室のターンテーブル上でマウスが動くと、スクリーン上の見え方も変化する。
重要なのは、マウスがただソファでゴロゴロしている時ではなく、どのように情報を処理するかを観察することです。「動物が動いている時、ニューロンの反応はすべて増幅されるようです」とバーナード氏は説明しました。
長期的には、アレン脳観測所のデータは、より野心的な脳研究に活用されるでしょう。同研究所はすでに、スイスを拠点とするブルー・ブレイン・プロジェクトと共同で、仮想マウスニューロンのネットワークを構築しています。ブルー・ブレインの目標は、スーパーコンピューターで脳をシミュレートすることです。まるでSF映画の筋書きのようです。オーソン・ウェルズがこれを使ってどんなことを成し遂げたか、想像してみてください。
