神保泰彦 教授（精密工学専攻）

「「脳は約千億個のニューロンと呼ばれる神経細胞で構成されており、それらが電気信号をやり取りすることで情報処理を行っています。しかし、コンピュータに比べると発する信号の数がはるかに少ないにもかかわらず、コンピュータ以上に高度な情報処理ができることが謎とされてきました。その理由として、複数の情報を並列処理できること、環境に適応して脳が自ら記憶・学習して変化する可塑性を持つことが挙げられますが、まだ詳しい仕組みは解明されていません。そこで、当研究室では、精密加工技術を駆使したニューロエンジニアリングの手法を用い、神経細胞が並列で活動する様子や時間とともに変化していく様子を細胞1個単位で観測することで、脳の複雑な生体現象を解き明かすことを目標に研究を進めています。

研究に使用しているのが、フォトリソグラフィーと呼ばれる精密加工技術です。元は集積回路を作成するために発達した技術で、光を使ってμm単位の微細な3次元構造物を作ることができます。それを用いて超小型の電極を多数並べたデバイスを作成し、内部でニューロンを培養することで電気信号を詳細に検出することが可能になりました。現在はiPS細胞由来の脳細胞を培養し、ニューロン同士が繋がってニューラルネットワークを形成していく過程を1年という長いスパンで追っています。また、ニューラルネットワークに刺激を与えて状態の変化を観測することで脳の記憶・学習の仕組みを明らかにしようとしています。

医療分野への応用も視野に入れています。現在進めている研究のひとつが、感覚神経細胞の情報伝達メカニズムの解明です。感覚神経細胞は、脊髄から手足のような末梢まで長く伸びており、刺激を感知して脳に伝えます。しかし、一度損傷すると現在の技術では修復できず、身体に麻痺が残ってしまいます。研究では、前述のデバイスをさらに高性能化した高密度電極アレイというデバイスを使って培養した1本の長い感覚神経細胞の中を電気信号がどのように伝わっていくかを観察しています。それにより、情報伝達の仕組みが解明されれば、神経細胞の修復が可能になるかもしれません。

当研究室は、精密加工技術をバイオ分野に応用している精密工学専攻でも数少ない研究室です。私自身、電子工学出身で集積回路の研究からスタートしたため、現在取り組んでいるようなニューロエンジニアリングは畑違いの分野でした。しかし、精密加工技術の可能性を追求した末に生体工学にたどり着きました。生物学を学んだことがなくても心配は要りません。必要に応じて知識を身につけていくことで高度な研究ができるようになるはずです」（神保教授）