Gero Miesenboeck reengineers a brain

ジェロ・マイセンブク:脳の革新

52,048 views ・ 2010-11-05

TED


下の英語字幕をダブルクリックすると動画を再生できます。

翻訳: Shogo Kobayashi 校正: Thach Thao Nguyen Phuc
00:15
I have a doppelganger.
0
15260
3000
ここに私のドッペルゲンガーがいます
00:18
(Laughter)
1
18260
3000
(笑)
00:21
Dr. Gero is a brilliant
2
21260
3000
ドクター・ゲロは 素晴らしくも
00:24
but slightly mad scientist
3
24260
2000
少し狂気じみた科学者です
00:26
in the "Dragonball Z: Android Saga."
4
26260
3000
ドラゴンボールZの 人造人間編に登場します
00:29
If you look very carefully,
5
29260
2000
よく見てみると
00:31
you see that his skull has been replaced
6
31260
3000
彼の頭がい骨は
アクリルガラスのドームに 付け替えられています
00:34
with a transparent Plexiglas dome
7
34260
2000
00:36
so that the workings of his brain can be observed
8
36260
3000
こうすることで脳の働きが 観察できますし
00:39
and also controlled with light.
9
39260
3000
光でコントロール することもできます
00:42
That's exactly what I do --
10
42260
2000
まさしくこれが 私がやっていること…
00:44
optical mind control.
11
44260
2000
光でマインドコントロール することです
00:46
(Laughter)
12
46260
2000
(笑)
00:48
But in contrast to my evil twin
13
48260
2000
しかし世界征服を望む
00:50
who lusts after world domination,
14
50260
3000
この双子の兄と違って
00:53
my motives are not sinister.
15
53260
3000
私の野望は 邪悪なものではありません
00:56
I control the brain
16
56260
2000
脳をコントロール することによって
00:58
in order to understand how it works.
17
58260
2000
どのように働くかを 理解するのです
01:00
Now wait a minute, you may say,
18
60260
2000
ちょっと待てよと 思うかもしれません
01:02
how can you go straight to controlling the brain
19
62260
3000
理解することもしないで
どのようにコントロールするのか?
01:05
without understanding it first?
20
65260
2000
01:07
Isn't that putting the cart before the horse?
21
67260
3000
荷台を馬の前に付ける ようなものではないか?
01:11
Many neuroscientists agree with this view
22
71260
3000
多くの神経学者は その考え方に賛成しており
01:14
and think that understanding will come
23
74260
3000
理解するためには
01:17
from more detailed observation and analysis.
24
77260
3000
詳細な観察と分析が 必要と考えています
01:20
They say, "If we could record the activity of our neurons,
25
80260
4000
彼らは「もしニューロンの 活動を記録できれば
01:24
we would understand the brain."
26
84260
3000
脳を理解できるだろう」 と言っています
01:27
But think for a moment what that means.
27
87260
3000
しかし その意味を 少し考えてください
01:30
Even if we could measure
28
90260
2000
もし全ての細胞が
01:32
what every cell is doing at all times,
29
92260
2000
何をしているかを常に 計測できたとしても
01:34
we would still have to make sense
30
94260
2000
その活動パターンが 何であるかを
01:36
of the recorded activity patterns,
31
96260
2000
解釈しなければならない
01:38
and that's so difficult,
32
98260
2000
それはとても難しく
01:40
chances are we'll understand these patterns
33
100260
2000
パターンを理解できたとしても
01:42
just as little as the brains that produce them.
34
102260
3000
私たちの脳への理解と同じくらい わずかなものでしょう
01:45
Take a look at what brain activity might look like.
35
105260
3000
脳の活動がどんなものか ご覧に入れましょう
01:48
In this simulation, each black dot
36
108260
2000
このシミュレーションでは 一つの黒い点が
01:50
is one nerve cell.
37
110260
2000
一つの神経細胞です
01:52
The dot is visible
38
112260
2000
細胞が電気信号を 発生させると
01:54
whenever a cell fires an electrical impulse.
39
114260
2000
点が現れます
01:56
There's 10,000 neurons here.
40
116260
2000
ここには1万個の ニューロンがあります
01:58
So you're looking at roughly one percent
41
118260
2000
それは ゴキブリの脳の
02:00
of the brain of a cockroach.
42
120260
3000
大体1%くらいです
02:04
Your brains are about 100 million times
43
124260
3000
皆さんの脳は これの約1億倍
02:07
more complicated.
44
127260
2000
複雑です
02:09
Somewhere, in a pattern like this,
45
129260
2000
このようなパターンは
02:11
is you,
46
131260
2000
皆さんにも言えることです
02:13
your perceptions,
47
133260
2000
皆さんの知覚だったり
02:15
your emotions, your memories,
48
135260
3000
感情 記憶 将来の展望は
02:18
your plans for the future.
49
138260
2000
こういうパターンなのです
02:20
But we don't know where,
50
140260
2000
しかしパターンの解読方法を 知らないがために
02:22
since we don't know how to read the pattern.
51
142260
3000
これらが保存されている場所を 私たちは知りません
02:25
We don't understand the code used by the brain.
52
145260
3000
脳が使っている暗号を 私たちは知りません
02:28
To make progress,
53
148260
2000
理解を進めるためには
02:30
we need to break the code.
54
150260
2000
暗号を解読しなければ なりません
02:32
But how?
55
152260
2000
どうやってか?
02:35
An experienced code-breaker will tell you
56
155260
2000
暗号解読のエキスパートは こう言います
02:37
that in order to figure out what the symbols in a code mean,
57
157260
3000
暗号の中の記号の意味を 解明するためには
02:40
it's essential to be able to play with them,
58
160260
3000
それらを使ってみて
組み直すことが大切だと
02:43
to rearrange them at will.
59
163260
2000
02:45
So in this situation too,
60
165260
2000
ここでも同じことが言えます
02:47
to decode the information
61
167260
2000
このようなパターンに 隠されている
02:49
contained in patterns like this,
62
169260
2000
情報を解読するためには
02:51
watching alone won't do.
63
171260
2000
見ているだけではだめで
02:53
We need to rearrange the pattern.
64
173260
2000
組み直さなければいけない
02:55
In other words,
65
175260
2000
別の言葉で言うと
02:57
instead of recording the activity of neurons,
66
177260
2000
ニューロンの活動を 記録する代わりに
02:59
we need to control it.
67
179260
2000
制御しなければならない
03:01
It's not essential that we can control
68
181260
2000
必ずしも全てのニューロンを 制御する必要はない
03:03
the activity of all neurons in the brain, just some.
69
183260
3000
少しでいい
03:06
The more targeted our interventions, the better.
70
186260
2000
ターゲットはできるだけ 絞ったほうがいいです
03:08
And I'll show you in a moment
71
188260
2000
これからお見せするのは
03:10
how we can achieve the necessary precision.
72
190260
3000
どのように必要な精度を 得られるのかです
03:13
And since I'm realistic, rather than grandiose,
73
193260
3000
私は壮大なことより 現実的なことを好むので
03:16
I don't claim that the ability to control the function of the nervous system
74
196260
3000
神経系統を制御することで 瞬く間に
03:19
will at once unravel all its mysteries.
75
199260
3000
全ての謎が明らかになるとは 言いません
03:22
But we'll certainly learn a lot.
76
202260
3000
それでも私たちは 多くを学ぶことができます
03:27
Now, I'm by no means
77
207260
2000
介入が強力な道具だと 気づいたのは
03:29
the first person to realize
78
209260
2000
介入が強力な道具だと 気づいたのは
03:31
how powerful a tool intervention is.
79
211260
3000
もちろん私が 最初ではありません
03:34
The history of attempts
80
214260
2000
神経系の機能に対する
03:36
to tinker with the function of the nervous system
81
216260
2000
さまざまな試みの歴史は長く
03:38
is long and illustrious.
82
218260
2000
多くの成果がありました
03:40
It dates back at least 200 years,
83
220260
3000
少なくとも200年遡れ
03:43
to Galvani's famous experiments
84
223260
2000
ガルバーニの有名な実験は
03:45
in the late 18th century and beyond.
85
225260
3000
18世紀末で それ以前にも遡ります
03:49
Galvani showed that a frog's legs twitched
86
229260
3000
ガルバーニは 蛙の腰神経を
03:52
when he connected the lumbar nerve
87
232260
2000
電極につなげることで
03:54
to a source of electrical current.
88
234260
3000
脚がピクッと動くことを 示しました
03:57
This experiment revealed the first, and perhaps most fundamental,
89
237260
3000
この実験は最初で もっとも基本的な
04:00
nugget of the neural code:
90
240260
2000
神経コードの大事な部分
04:02
that information is written in the form
91
242260
2000
情報は電気パルスの形を しているということを
04:04
of electrical impulses.
92
244260
3000
明らかにしました
04:08
Galvani's approach
93
248260
2000
ガルバーニのとった方法
04:10
of probing the nervous system with electrodes
94
250260
2000
電極で神経系を 探索しようとする方法は
04:12
has remained state-of-the-art until today,
95
252260
3000
様々な欠点が あるにもかかわらず
04:15
despite a number of drawbacks.
96
255260
3000
今日でも先端をいっています
04:18
Sticking wires into the brain is obviously rather crude.
97
258260
3000
導線を脳に刺入するのは どう見ても荒っぽく
04:21
It's hard to do in animals that run around,
98
261260
2000
動き回る動物では 困難ですし
04:23
and there is a physical limit
99
263260
2000
同時に刺入できる
04:25
to the number of wires
100
265260
2000
導線の数も
04:27
that can be inserted simultaneously.
101
267260
3000
限られてきます
04:30
So around the turn of the last century,
102
270260
2000
20世紀も終わりのころ
04:32
I started to think,
103
272260
2000
私はこう考えました
04:34
"Wouldn't it be wonderful if one could take this logic
104
274260
3000
もしこのロジックを
逆にしてみたら どうだろうと
04:37
and turn it upside down?"
105
277260
2000
04:39
So instead of inserting a wire
106
279260
2000
脳の一部にワイヤを
04:41
into one spot of the brain,
107
281260
3000
挿す代わりに
04:44
re-engineer the brain itself
108
284260
2000
脳自体を作り替えてしまい
04:46
so that some of its neural elements
109
286260
3000
神経細胞の一部が
04:49
become responsive to diffusely broadcast signals
110
289260
3000
広範に照射された 閃光刺激を受けたときに
04:52
such as a flash of light.
111
292260
3000
反応するようにしたら
04:55
Such an approach would literally, in a flash of light,
112
295260
3000
この試みはまさしく 瞬く間に
04:58
overcome many of the obstacles to discovery.
113
298260
3000
様々な障害を 取り払ってくれました
05:01
First, it's clearly a non-invasive,
114
301260
3000
一つ目は ワイヤがないために
05:04
wireless form of communication.
115
304260
3000
脳にとって非侵襲的なこと
05:07
And second, just as in a radio broadcast,
116
307260
2000
二つ目は ラジオ放送のように
05:09
you can communicate with many receivers at once.
117
309260
3000
一度に多くのものと コミュニケーションができること
05:12
You don't need to know where these receivers are,
118
312260
3000
どこに受信者がいるか 分からなくても大丈夫です
05:15
and it doesn't matter if these receivers move --
119
315260
2000
そして 受信者が動いても大丈夫
05:17
just think of the stereo in your car.
120
317260
3000
ちょうど車のステレオと 同じように
05:20
It gets even better,
121
320260
3000
さらなる長所として
05:23
for it turns out that we can fabricate the receivers
122
323260
3000
DNAに暗号化して
受信機を作れることが 明らかになりました
05:26
out of materials that are encoded in DNA.
123
326260
3000
05:29
So each nerve cell
124
329260
2000
つまり 適切な遺伝子構成を持つ
05:31
with the right genetic makeup
125
331260
2000
神経細胞が
05:33
will spontaneously produce a receiver
126
333260
3000
受信機を自発的に生成し
こちらで制御できる ようになるのです
05:36
that allows us to control its function.
127
336260
3000
05:39
I hope you'll appreciate
128
339260
2000
この方法の見事なまでの シンプルさを
05:41
the beautiful simplicity
129
341260
2000
理解していただけたら
05:43
of this concept.
130
343260
2000
幸いです
05:45
There's no high-tech gizmos here,
131
345260
2000
ハイテクな機械は 何もありません
05:47
just biology revealed through biology.
132
347260
3000
生物学的機能が 生物学で明らかになっただけです
05:51
Now let's take a look at these miraculous receivers up close.
133
351260
3000
それでは この奇跡的な受信機を 間近で見てみましょう
05:54
As we zoom in on one of these purple neurons,
134
354260
3000
これらの紫色のニューロンに 近づいていくと
05:57
we see that its outer membrane
135
357260
2000
細胞膜に微小な孔が
05:59
is studded with microscopic pores.
136
359260
2000
点在するのが見えます
06:01
Pores like these conduct electrical current
137
361260
2000
このような孔が電流を流し
06:03
and are responsible
138
363260
2000
神経系統の
全てのコミュニケーションの 基礎となっています
06:05
for all the communication in the nervous system.
139
365260
2000
06:07
But these pores here are special.
140
367260
2000
しかし これらの孔は 特別なものです
06:09
They are coupled to light receptors
141
369260
2000
これらは 皆さんの 目にあるような
06:11
similar to the ones in your eyes.
142
371260
3000
光の受容体と 対になっていて
06:14
Whenever a flash of light hits the receptor,
143
374260
2000
光が受容体に当たると
06:16
the pore opens, an electrical current is switched on,
144
376260
3000
孔が開き電流が生じ
06:19
and the neuron fires electrical impulses.
145
379260
3000
ニューロンが 電気信号を発信します
06:22
Because the light-activated pore is encoded in DNA,
146
382260
3000
光で活性化する小孔は DNAに書き込まれているため
06:25
we can achieve incredible precision.
147
385260
3000
信じがたい精度を 達成できます
06:28
This is because,
148
388260
2000
なぜなら
私たちの体の各細胞は
06:30
although each cell in our bodies
149
390260
2000
06:32
contains the same set of genes,
150
392260
2000
同じ遺伝子を 持っていますが
06:34
different mixes of genes get turned on and off
151
394260
2000
細胞によって
活性化している 遺伝子が違います
06:36
in different cells.
152
396260
2000
06:38
You can exploit this to make sure
153
398260
2000
これを利用して あるニューロンだけが
06:40
that only some neurons
154
400260
2000
光で活性化する小孔を持ち
06:42
contain our light-activated pore and others don't.
155
402260
3000
他のものは持たない ようにできます
06:45
So in this cartoon, the bluish white cell
156
405260
2000
この絵では 左上の青みがかった
06:47
in the upper-left corner
157
407260
2000
白い細胞は
06:49
does not respond to light
158
409260
2000
光に反応しません
06:51
because it lacks the light-activated pore.
159
411260
3000
なぜなら光で活性化する 小孔が欠如しているからです
06:54
The approach works so well
160
414260
2000
この方法はとてもうまくいき
06:56
that we can write purely artificial messages
161
416260
2000
直接脳に人工的な メッセージを
06:58
directly to the brain.
162
418260
2000
書き込むこともできます
07:00
In this example, each electrical impulse,
163
420260
2000
この例では 波形の振れとして見られる
07:02
each deflection on the trace,
164
422260
3000
電気信号は
07:05
is caused by a brief pulse of light.
165
425260
3000
短時間の光照射により 引き起こされました
07:08
And the approach, of course, also works
166
428260
2000
この方法は 動いたり
07:10
in moving, behaving animals.
167
430260
3000
行動している動物にも 使えます
07:13
This is the first ever such experiment,
168
433260
2000
これは ある意味 ガルバーニの実験を
07:15
sort of the optical equivalent of Galvani's.
169
435260
3000
光で行った 最初の実験といえます
07:18
It was done six or seven years ago
170
438260
2000
これは 6 、7年前に 私のところの大学院生だった
07:20
by my then graduate student, Susana Lima.
171
440260
3000
スザーナ・リマによって 行われました
07:23
Susana had engineered the fruit fly on the left
172
443260
3000
スザーナは左側の ショウジョウバエの脳を
07:26
so that just two out of the 200,000 cells in its brain
173
446260
4000
20万個の細胞のうち 2個だけが光に反応するように
07:30
expressed the light-activated pore.
174
450260
3000
遺伝子操作で 作り替えました
07:33
You're familiar with these cells
175
453260
2000
その細胞というのは
07:35
because they are the ones that frustrate you
176
455260
2000
叩こうとしたときに イライラさせられる
07:37
when you try to swat the fly.
177
457260
2000
原因となっているもので
07:39
They trained the escape reflex that makes the fly jump into the air
178
459260
3000
私たちが身構えたときに ハエの反射運動を引き起こし
07:42
and fly away whenever you move your hand in position.
179
462260
3000
飛び去ってしまうように 仕向けているのです
07:46
And you can see here that the flash of light has exactly the same effect.
180
466260
3000
この実験では 閃光が 同じ現象を引き起こしています
07:49
The animal jumps, it spreads its wings, it vibrates them,
181
469260
3000
飛び跳ね 羽を広げ ふるわせていますが
07:52
but it can't actually take off
182
472260
2000
ガラスの板に 挟まれているために
07:54
because the fly is sandwiched between two glass plates.
183
474260
3000
実際には飛び立てません
07:58
Now to make sure that this was no reaction of the fly
184
478260
2000
ハエが光を見ているために この現象が起きているのではないと
08:00
to a flash it could see,
185
480260
3000
証明するために
08:03
Susana did a simple
186
483260
2000
スザーナはシンプルですが
08:05
but brutally effective experiment.
187
485260
2000
容赦なく効果的な 実験手段をとりました
08:07
She cut the heads off of her flies.
188
487260
3000
ハエの頭を 落としてしまうのです
08:11
These headless bodies can live for about a day,
189
491260
3000
頭がない状態でも およそ1日は生きることができます
08:14
but they don't do much.
190
494260
2000
大したことは できませんが
08:16
They just stand around
191
496260
3000
ただ動き回って
08:19
and groom excessively.
192
499260
3000
過剰に身繕いをします
08:22
So it seems that the only trait that survives decapitation is vanity.
193
502260
3000
頭をなくした後に残るのは “見栄” だけのようです
08:25
(Laughter)
194
505260
3000
(笑)
08:30
Anyway, as you'll see in a moment,
195
510260
2000
いずれにせよ お見せするとおり
08:32
Susana was able to turn on the flight motor
196
512260
3000
スザーナは ハエで 脊髄神経に相当する神経から
08:35
of what's the equivalent of the spinal cord of these flies
197
515260
3000
飛行を司っている部分を 制御することに成功し
08:38
and get some of the headless bodies
198
518260
2000
頭がないハエを実際に
08:40
to actually take off and fly away.
199
520260
3000
飛ばしてみせたのです
08:47
They didn't get very far, obviously.
200
527260
2000
遠くに行けないのは 当然ですが
08:50
Since we took these first steps,
201
530260
2000
最初の一歩を 私たちが始めたことにより
08:52
the field of optogenetics has exploded.
202
532260
3000
光遺伝学の分野が 急成長しました
08:55
And there are now hundreds of labs
203
535260
2000
今では数百の研究所が
08:57
using these approaches.
204
537260
2000
この実験方法を 採用しています
08:59
And we've come a long way
205
539260
2000
ガルバーニやスザーナが
09:01
since Galvani's and Susana's first successes
206
541260
3000
動物の筋収縮や飛行などの 最初の成功を収めてから
09:04
in making animals twitch or jump.
207
544260
2000
長い道を歩んできました
09:06
We can now actually interfere with their psychology
208
546260
3000
今や動物の心理に 本質的なやり方で
09:09
in rather profound ways,
209
549260
2000
干渉することができます
09:11
as I'll show you in my last example,
210
551260
2000
この最後の例で お見せするのは
09:13
which is directed at a familiar question.
211
553260
3000
よく耳にする問いに 向けたものです
09:16
Life is a string of choices
212
556260
3000
「人生とは選択の連鎖であり
次に何をすべきか決めることを 絶えず求められる」
09:19
creating a constant pressure to decide what to do next.
213
559260
3000
09:23
We cope with this pressure by having brains,
214
563260
3000
私たちはこういったプレッシャーに対して 脳を使って対処します
09:26
and within our brains, decision-making centers
215
566260
3000
この脳の中で決定の 鍵を握るところを
09:29
that I've called here the "Actor."
216
569260
3000
私は「アクター(俳優)」と 呼んでいます
09:33
The Actor implements a policy that takes into account
217
573260
3000
アクターはその時に私たちが 置かれている状況や
09:36
the state of the environment
218
576260
2000
環境を基にして
09:38
and the context in which we operate.
219
578260
3000
一つの方針を設定します
09:41
Our actions change the environment, or context,
220
581260
3000
自分の行動が 環境や状況を変えて
09:44
and these changes are then fed back into the decision loop.
221
584260
3000
さらにそれらがフィードバックされ 新しい決断をするというループができます
09:48
Now to put some neurobiological meat
222
588260
3000
この神経生物学の議論を
抽象的なモデルに 当てはめてみましょう
09:51
on this abstract model,
223
591260
2000
09:53
we constructed a simple one-dimensional world
224
593260
2000
私たちお得意の ショウジョウバエを使い
09:55
for our favorite subject, fruit flies.
225
595260
3000
一次元の世界を作ってみました
09:58
Each chamber in these two vertical stacks
226
598260
2000
この垂直に重ねられた 二列のケースそれぞれには
10:00
contains one fly.
227
600260
2000
一匹ずつハエが入っています
10:02
The left and the right halves of the chamber
228
602260
3000
それぞれの部屋の 右半分と左半分は
10:05
are filled with two different odors,
229
605260
2000
それぞれ別の匂いで 満たされています
10:07
and a security camera watches
230
607260
2000
そしてハエが 行ったり来たりするのを
10:09
as the flies pace up and down between them.
231
609260
3000
監視カメラが見ています
10:12
Here's some such CCTV footage.
232
612260
2000
これが監視カメラが とらえた映像です
10:14
Whenever a fly reaches the midpoint of the chamber
233
614260
3000
ハエは部屋の 真ん中に来たとき
10:17
where the two odor streams meet,
234
617260
2000
違う匂いの狭間で
10:19
it has to make a decision.
235
619260
2000
決断をしなければなりません
10:21
It has to decide whether to turn around
236
621260
2000
向きを変えて 今来た道を戻り
10:23
and stay in the same odor,
237
623260
2000
同じ匂いに留まるか
10:25
or whether to cross the midline
238
625260
2000
真ん中を越えて
10:27
and try something new.
239
627260
2000
新しいものを試みるか
10:29
These decisions are clearly a reflection
240
629260
3000
この決定はアクターが 作り出した
10:32
of the Actor's policy.
241
632260
3000
行動方針に従います
10:36
Now for an intelligent being like our fly,
242
636260
3000
このハエのような 知的生物の行動方針は
10:39
this policy is not written in stone
243
639260
3000
確定したものではなく
10:42
but rather changes as the animal learns from experience.
244
642260
3000
経験から学習することで 変化していくものです
10:45
We can incorporate such an element
245
645260
2000
この適応性を 私たちのモデルに
10:47
of adaptive intelligence into our model
246
647260
3000
取り入れるために
10:50
by assuming that the fly's brain
247
650260
2000
アクターとは異なる 細胞のグループである
10:52
contains not only an Actor,
248
652260
2000
「評論家」が脳内に存在し
10:54
but a different group of cells,
249
654260
2000
10:56
a "Critic," that provides a running commentary
250
656260
3000
アクターがした選択に対し
意見するものと
10:59
on the Actor's choices.
251
659260
2000
仮定します
11:01
You can think of this nagging inner voice
252
661260
3000
途絶えることのない この内なる声は
11:04
as sort of the brain's equivalent
253
664260
2000
皆さんが私と同じ オーストリア人であれば
11:06
of the Catholic Church,
254
666260
2000
脳内のカトリック教会として
11:08
if you're an Austrian like me,
255
668260
3000
考えるといいでしょう
11:11
or the super-ego, if you're Freudian,
256
671260
3000
フロイト派であれば 超自我として
11:14
or your mother, if you're Jewish.
257
674260
2000
ユダヤ人であれば お母さんだと考えてください
11:16
(Laughter)
258
676260
4000
(笑)
11:20
Now obviously,
259
680260
2000
「評論家」が
11:22
the Critic is a key ingredient
260
682260
3000
私たちの知性の鍵と なっていることは
11:25
in what makes us intelligent.
261
685260
2000
明らかです
11:27
So we set out to identify
262
687260
2000
そこで私たちは ハエの脳の中で
11:29
the cells in the fly's brain
263
689260
2000
「評論家」の役目を 果たしている細胞を
11:31
that played the role of the Critic.
264
691260
2000
特定しようとしました
11:33
And the logic of our experiment was simple.
265
693260
3000
実験方法は単純です
11:36
We thought if we could use our optical remote control
266
696260
3000
光で「評論家」の細胞を 遠隔制御して
11:39
to activate the cells of the Critic,
267
699260
3000
活性化させることができれば
11:42
we should be able, artificially, to nag the Actor
268
702260
3000
人為的にアクターの 行動方針を変えることが
11:45
into changing its policy.
269
705260
2000
できるはずと 考えたのです
11:47
In other words,
270
707260
2000
言い換えると
ハエは自分がしたと思う 間違いから
11:49
the fly should learn from mistakes
271
709260
2000
11:51
that it thought it had made
272
711260
2000
学習するはずですが
11:53
but, in reality, it had not made.
273
713260
3000
実際には間違いを 経験していないのです
11:56
So we bred flies
274
716260
2000
私たちは
光で制御できる細胞を 脳に不規則にちりばめた
11:58
whose brains were more or less randomly peppered
275
718260
3000
12:01
with cells that were light addressable.
276
721260
2000
ハエを育てました
12:03
And then we took these flies
277
723260
2000
これらのハエを使い
12:05
and allowed them to make choices.
278
725260
2000
選択をさせました
12:07
And whenever they made one of the two choices,
279
727260
2000
2つの選択肢から1つ
12:09
chose one odor,
280
729260
2000
どちらかの匂いを選ぶと
12:11
in this case the blue one over the orange one,
281
731260
2000
このケースでは オレンジ色でなく 青色の方を選ぶと
12:13
we switched on the lights.
282
733260
2000
光がつきます
12:15
If the Critic was among the optically activated cells,
283
735260
3000
光で活性化する細胞の中に 「評論家」が含まれていれば
12:18
the result of this intervention
284
738260
2000
この介入によって
12:20
should be a change in policy.
285
740260
3000
行動方針が変わるはずです
12:23
The fly should learn to avoid
286
743260
2000
ハエは 光で刺激を 受けた方の匂いを
12:25
the optically reinforced odor.
287
745260
2000
避けるはずです
12:27
Here's what happened in two instances:
288
747260
3000
例を2つ紹介します
12:30
We're comparing two strains of flies,
289
750260
3000
2系統のハエを比べています
12:33
each of them having
290
753260
2000
いずれも
光で制御できる細胞が およそ100個脳内にあります
12:35
about 100 light-addressable cells in their brains,
291
755260
2000
12:37
shown here in green on the left and on the right.
292
757260
3000
左右の 緑色に 見える部分です
12:40
What's common among these groups of cells
293
760260
3000
これらの細胞に 共通しているのは
12:43
is that they all produce the neurotransmitter dopamine.
294
763260
3000
いずれも神経伝達物質 ドーパミンを生成することです
12:46
But the identities of the individual
295
766260
2000
しかしドーパミンを生成する
12:48
dopamine-producing neurons
296
768260
2000
ニューロンがどれかは
12:50
are clearly largely different on the left and on the right.
297
770260
3000
右と左で 明らかに 大きく異なります
12:53
Optically activating
298
773260
2000
光でこれら100個かそこらの
12:55
these hundred or so cells
299
775260
2000
細胞を活性化することで
12:57
into two strains of flies
300
777260
2000
2系統のハエの間には
12:59
has dramatically different consequences.
301
779260
2000
劇的な違いが生じます
13:01
If you look first at the behavior
302
781260
2000
右側のハエの行動を
13:03
of the fly on the right,
303
783260
2000
最初に見ると
13:05
you can see that whenever it reaches the midpoint of the chamber
304
785260
3000
ハエが部屋の真ん中 二つの匂いが混じっているところに
13:08
where the two odors meet,
305
788260
2000
たどり着くと
13:10
it marches straight through, as it did before.
306
790260
3000
今までと同じように まっすぐ進みます
13:13
Its behavior is completely unchanged.
307
793260
2000
行動は全く変わりません
13:15
But the behavior of the fly on the left is very different.
308
795260
3000
しかし 左側のハエは 全く違う行動をとります
13:18
Whenever it comes up to the midpoint,
309
798260
3000
真ん中までくると
13:21
it pauses,
310
801260
2000
立ち止まり
13:23
it carefully scans the odor interface
311
803260
2000
あたかも周りの環境を 探ろうとするかのように
13:25
as if it was sniffing out its environment,
312
805260
2000
綿密に匂いを分析し
13:27
and then it turns around.
313
807260
2000
そして逆戻りします
13:29
This means that the policy that the Actor implements
314
809260
3000
これらの結果は アクターが作った行動方針が
13:32
now includes an instruction to avoid the odor
315
812260
2000
部屋の右半分に 満たされている匂いを
13:34
that's in the right half of the chamber.
316
814260
3000
避けるように 仕向けているからです
13:37
This means that the Critic
317
817260
2000
左側のハエでは「評論家」が
13:39
must have spoken in that animal,
318
819260
2000
機能しており
13:41
and that the Critic must be contained
319
821260
2000
左のドーパミンを生成する ニューロンには
13:43
among the dopamine-producing neurons on the left,
320
823260
3000
「評論家」が含まれている はずですが
13:46
but not among the dopamine producing neurons on the right.
321
826260
3000
右側のドーパミンを生成するニューロンには 含まれていないということです
13:49
Through many such experiments,
322
829260
3000
幾多のこのような実験を繰り返し
13:52
we were able to narrow down
323
832260
2000
「評論家」の所在を
13:54
the identity of the Critic
324
834260
2000
12個の細胞までに
13:56
to just 12 cells.
325
836260
2000
絞り込みました
13:58
These 12 cells, as shown here in green,
326
838260
3000
これらの緑色で示した 12個の細胞は
14:01
send the output to a brain structure
327
841260
2000
出力情報を脳構造の
14:03
called the "mushroom body,"
328
843260
2000
キノコ体と呼ばれるところ
14:05
which is shown here in gray.
329
845260
2000
この灰色のところに送ります
14:07
We know from our formal model
330
847260
2000
理論的なモデルから
14:09
that the brain structure
331
849260
2000
脳構造の中で
14:11
at the receiving end of the Critic's commentary is the Actor.
332
851260
3000
「評論家」の出力を受けるのは アクターと分かっているので
14:14
So this anatomy suggests
333
854260
2000
この分析が示しているのは
14:16
that the mushroom bodies have something to do
334
856260
3000
キノコ体は行動の 選択に何かしら
14:19
with action choice.
335
859260
2000
関係があるということです
14:21
Based on everything we know about the mushroom bodies,
336
861260
2000
キノコ体について 分かっていることを考えると
14:23
this makes perfect sense.
337
863260
2000
完全に筋が通ります
14:25
In fact, it makes so much sense
338
865260
2000
実際 あまりにも綺麗に 筋が通っているので
14:27
that we can construct an electronic toy circuit
339
867260
3000
ハエの行動を 模倣する
14:30
that simulates the behavior of the fly.
340
870260
3000
おもちゃの電気回路を 作ることができます
14:33
In this electronic toy circuit,
341
873260
3000
この電気回路で
14:36
the mushroom body neurons are symbolized
342
876260
2000
キノコ体のニューロンは
14:38
by the vertical bank of blue LEDs
343
878260
3000
中央に縦に並んだ 青色LEDで
14:41
in the center of the board.
344
881260
3000
表されています
これらのLEDは センサーにつながっており
14:44
These LED's are wired to sensors
345
884260
2000
14:46
that detect the presence of odorous molecules in the air.
346
886260
3000
空気中の匂い分子の 存在を感知します
14:50
Each odor activates a different combination of sensors,
347
890260
3000
それぞれの匂いは それぞれ違う センサーの組み合わせを活性化させ
14:53
which in turn activates
348
893260
2000
それはキノコ体の中の
14:55
a different odor detector in the mushroom body.
349
895260
3000
それぞれ異なる匂い検知器を 活性化させます
14:58
So the pilot in the cockpit of the fly,
350
898260
2000
ハエの操縦席では パイロットである
15:00
the Actor,
351
900260
2000
アクターが
15:02
can tell which odor is present
352
902260
2000
どの匂いがあるのかを
15:04
simply by looking at which of the blue LEDs lights up.
353
904260
4000
どの青色LEDが光っているか見ることで 認識することができます
15:09
What the Actor does with this information
354
909260
2000
アクターがこの情報を使って 何をするかは
15:11
depends on its policy,
355
911260
2000
行動方針によって変わり
15:13
which is stored in the strengths of the connection,
356
913260
2000
匂い検知器とハエの 回避行動を起こしている
15:15
between the odor detectors
357
915260
2000
運動器の結びつきの強さが
15:17
and the motors
358
917260
2000
その方針の
15:19
that power the fly's evasive actions.
359
919260
2000
より所になっています
15:22
If the connection is weak, the motors will stay off
360
922260
2000
もし結びつきが弱ければ 運動器は働かず
15:24
and the fly will continue straight on its course.
361
924260
3000
ハエはそのまま直進します
15:27
If the connection is strong, the motors will turn on
362
927260
3000
結びつきが強ければ 運動器が働き
15:30
and the fly will initiate a turn.
363
930260
3000
ハエは今来た道を戻ります
次のような状況を 考えてみましょう
15:33
Now consider a situation
364
933260
2000
15:35
in which the motors stay off,
365
935260
2000
運動器が働かないまま
15:37
the fly continues on its path
366
937260
3000
まっすぐ進むと
痛みを伴う結果が 待っている
15:40
and it suffers some painful consequence
367
940260
2000
15:42
such as getting zapped.
368
942260
2000
例えば電気が 流れるような
15:44
In a situation like this,
369
944260
2000
このような状況では
15:46
we would expect the Critic to speak up
370
946260
2000
「評論家」は 行動方針を変えるよう
15:48
and to tell the Actor
371
948260
2000
アクターに働きかけるものと
15:50
to change its policy.
372
950260
2000
予想されます
15:52
We have created such a situation, artificially,
373
952260
3000
光で批評家を 働かせることで
15:55
by turning on the critic with a flash of light.
374
955260
3000
この状況を人為的に 作り出しました
15:58
That caused a strengthening of the connections
375
958260
3000
そしてこれは現在活性化している 匂い検知器と
16:01
between the currently active odor detector
376
961260
3000
運動器の結びつきを強める
16:04
and the motors.
377
964260
2000
結果となりました
16:06
So the next time
378
966260
2000
つまり次に ハエが
16:08
the fly finds itself facing the same odor again,
379
968260
3000
同じ匂いと 出くわしたとき
結びつきは運動器を働かせ
16:11
the connection is strong enough to turn on the motors
380
971260
3000
16:14
and to trigger an evasive maneuver.
381
974260
3000
回避行動をとります
16:19
I don't know about you,
382
979260
3000
皆さんはどうか 分かりませんが
16:22
but I find it exhilarating to see
383
982260
3000
私からすると
心理学の抽象的な 概念が消え失せ
16:25
how vague psychological notions
384
985260
3000
心の働きを身体的・機械的に 理解できるのは
16:28
evaporate and give rise
385
988260
2000
16:30
to a physical, mechanistic understanding of the mind,
386
990260
3000
実に爽快なことに思えます
16:33
even if it's the mind of the fly.
387
993260
3000
たとえハエの心だと してもです
16:36
This is one piece of good news.
388
996260
3000
これはよいニュースの一つです
16:39
The other piece of good news,
389
999260
2000
もう一つの
少なくとも科学者にとって よいニュースは
16:41
for a scientist at least,
390
1001260
2000
16:43
is that much remains to be discovered.
391
1003260
3000
まだまだ未知の領域が たくさんあるということです
16:46
In the experiments I told you about,
392
1006260
2000
前述した実験で
16:48
we have lifted the identity of the Critic,
393
1008260
3000
「評論家」が誰かは 分かりましたが
16:51
but we still have no idea
394
1011260
2000
「評論家」がどのように 働いているかは
16:53
how the Critic does its job.
395
1013260
2000
まだ分かりません
16:55
Come to think of it, knowing when you're wrong
396
1015260
2000
考えてみると 先生やお母さんの助言無しでは
16:57
without a teacher, or your mother, telling you,
397
1017260
3000
自分の間違いに 気づくことは
17:00
is a very hard problem.
398
1020260
2000
とても難しいことです
17:02
There are some ideas in computer science
399
1022260
2000
コンピュータサイエンスや 人工知能の中には
17:04
and in artificial intelligence
400
1024260
2000
これらの解決策の
17:06
as to how this might be done,
401
1026260
2000
糸口がありますが
17:08
but we still haven't solved
402
1028260
2000
生物において
17:10
a single example
403
1030260
2000
知的行動が
どのような神経細胞間の 相互作用で起こるか
17:12
of how intelligent behavior
404
1032260
3000
17:15
springs from the physical interactions
405
1035260
2000
証明されたことがありません
17:17
in living matter.
406
1037260
2000
証明されたことがありません
17:19
I think we'll get there in the not too distant future.
407
1039260
3000
それらが解決されるのも そう遠くないと思っています
17:22
Thank you.
408
1042260
2000
ありがとうございました
17:24
(Applause)
409
1044260
4000
(拍手)
このウェブサイトについて

このサイトでは英語学習に役立つYouTube動画を紹介します。世界中の一流講師による英語レッスンを見ることができます。各ビデオのページに表示される英語字幕をダブルクリックすると、そこからビデオを再生することができます。字幕はビデオの再生と同期してスクロールします。ご意見・ご要望がございましたら、こちらのお問い合わせフォームよりご連絡ください。

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7