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2014年11月21日(金)第4,510回 例会

ゆらぎと生命の働き:2千万ワット使うスパコン,
1ワットで働く脳

柳 田  敏 雄 氏

大阪大学大学院 生命機能研究科
特任教授・名誉教授
柳 田  敏 雄 

1946年生。大阪大学基礎工学部電気工学科卒業。’88年生物工学科教授。’96年医学部第一生理学教授。現在,阪大大学院生命機能研究科特任教授,理化学研究所生命システム研究センター長など要職を務める。2013年文化功労者。

 こんにちは。柳田です。今日は難しいと思ったら寝ていただいて,多くは映画にしてきましたので,映画のときだけ目を覚まして聞いていただければと思います。

 何年か前,IBMはスーパーコンピューターを使い,チェスの世界チャンピオンと試合をしました。50・50に戦えるようになり,コンピューターが使ったエネルギーは5万ワットでしたが,チャンピオンの頭はいくらエネルギーを使ったか。

 私たちは脳の中の温度を0.1度という精度で測る技術を開発し,温度でエネルギーを見積もってみました。何と1ワットでした。脳は当然ものすごく複雑で,コンピューター制御しようとすると,原発がどれだけあっても足りないぐらい複雑です。でも,脳は1ワットしか使いません。

分子は「ふらふら」

 私はバックグラウンドが電気工学科なので,生命が持つ不思議な仕組みを解明しようと思い,生物に分野を変えました。生物はDNAからタンパク質分子ができます。それが何個か集まって分子機械をつくります。ものすごく小さく,何億分の何㎝です。さらにそれらが集まって細胞になり,細胞が集まって脳のような器官ができる。分子機械は小さいので,見たり触ったりできないと思われていたのですが,タンパク質分子1個を見て直接触って調べるという技術開発をやってきました。

 1995年に水溶液中タンパク質1分子が働いているところを見るのに成功しました。タンパク質と言えば酵素ですから,酵素反応を見るとか,分子モーターと言って皆さんの体の中で筋肉とか物を運んでいる分子の動きを直接見るとか,細胞の中でいろいろなタンパク質がネットワークをつくって情報処理している反応を見るとか。生命科学の非常にパワフルなツールとして使われています。

 (スライド)

 1分子イメージングをやっていたので,ノーベル賞がひょっとしたら来るんちゃうかなと。そしたら,この3人がもらいました。真ん中の人は別にして,物理化学の1分子の人です。その人たちは生物をやろうと思って頑張ったんだけど,1分子を見ることができなかった。私が「見る」ということを1995年にやってから,一気に論文も増えて有名になったんですが,「超解像」というタイトルにしてこの3人でノーベル賞をもらった。1分子にしてくれていたら私も入ってたんちゃうかなと思うんですが。

 タンパク質1個の働きを見る計測技術を使い,筋肉の中で働く「ミオシン」という分子モーターを詳細に調べました。すると「ふらふら」動いていました。使っているのはノイズです。雑音をうまく使って運動する,決定的に人工機械とは違う仕組みで働いているということが分かりました。生物はノイズを積極的に利用する。ノイズを使うと動きがゆらぐ。これこそが生物の柔軟性とか自立的な動きとかいうものに必須であるということが分かってきました。

試行錯誤のエネルギー

 機械は各部品,正確に働くようにデザインしています。その代わり完全に外から制御しないといけません。生物が取った戦略なら各部品はふらふらと動かせる。制御されていないときは試行錯誤して自分がどう働いていいかリサーチしないといけません。ふらふらというのは,混沌とした時代には非常に重要なファクターであるということであります。試行錯誤で最良の働きを自分で見つける。

 脳は全体を大まかにほどほどに制御するだけでいい。1個1個制御しないでいいのでエネルギーは劇的に減ります。多くの部品を全部制御しようとすると,神戸にできたスパコン「京」は2千万ワットのエネルギーを使います。複雑でコンピューターが真似できないような圧倒的な機能を発揮する脳は,1ワットしか使わない。各部品がふらふら動いてそれなりに自分の働きをするからです。ふらふらした分子が集まったのが,筋肉とか心臓です。

 (映像)

 次は脳の話。皆さん,サッカー選手のネイマールをご存じでしょうか。幸運にも私はネイマールと一緒に仕事ができました。クエスチョンは「どうしてネイマールの脳はあのようにすばらしいプレーを生み出せるか」です。

大阪大学にシーネットという脳情報通信融合研究センターができました。立派なビルが総務省のお金でキャンパスの中にできて,私,センター長をやらせていただいております。ここで脳活動を測り,その人が何を見ているか予想します。要するに「ネイマールが何を考えてボールを打ってるんだろうな」ということを脳活動から調べることができます。

ひらめきのシュート

 ドリブルとか,シュートしているときをイメージしてもらい,脳がどう働いているかを見ました。何を脳の中でやっていたかと言うと,まず,記憶,経験からいろんな運動パターンをたくさん想起できる,脳の中につくることができる。他のトップ選手に比べ圧倒的にたくさんの運動パターンを取り出すことができて,非常に速く,ひらめきのようにどれかを選ぶ。先ほどのふらふらと一緒です。分子も脳もふらふらを使って非常に効率よく仕事をしているらしいということが分かります。

 これからは,人間とか環境に優しいイノベーションをやらないといけないのですが,今の科学技術をそのまま進めるとどんどん負荷がかかるので,ほとんどエネルギーを使わない,非常に柔軟な動きをするという仕組みを持っている生命科学に学んで新しい科学技術を興せば,これからの科学技術になるのではないかと期待しています。

(スライド,映像とともに)