| Project Area | Molecular Cybernetics -Development of Minimal Artificial Brain by the Power of Chemistry |
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| Project/Area Number |
20H05969
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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Transformative Research Areas, Section (IV)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
豊田 太郎 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (80422377)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村田 智 東北大学, 工学研究科, 教授 (10334533)
東 俊一 京都大学, 情報学研究科, 教授 (40420400)
礒川 悌次郎 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (70336832)
田中 幹人 早稲田大学, 政治経済学術院, 教授 (70453975)
濱田 省吾 東京工業大学, 情報理工学院, 助教 (90610204)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥168,350,000 (Direct Cost: ¥129,500,000、Indirect Cost: ¥38,850,000)
Fiscal Year 2024: ¥34,060,000 (Direct Cost: ¥26,200,000、Indirect Cost: ¥7,860,000)
Fiscal Year 2023: ¥34,060,000 (Direct Cost: ¥26,200,000、Indirect Cost: ¥7,860,000)
Fiscal Year 2022: ¥34,710,000 (Direct Cost: ¥26,700,000、Indirect Cost: ¥8,010,000)
Fiscal Year 2021: ¥33,150,000 (Direct Cost: ¥25,500,000、Indirect Cost: ¥7,650,000)
Fiscal Year 2020: ¥32,370,000 (Direct Cost: ¥24,900,000、Indirect Cost: ¥7,470,000)
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| Keywords | リポソーム / マイクロ流体デバイス / 制御理論 / 計算理論 / ELSI / ケミカルAIの制御理論 / ケミカルAIの計算能 / 倫理的・法的・社会的影響（ELSI） / ケミカルAIの制御 / ミニマル人工脳の制御 / ミニマル人工脳の計算能 |
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| Outline of Research at the Start |
「分子サイバネティクス」においてミニマル人工脳を構築するため，感覚・回路・展開の機能をもつ3種のリポソーム（人工細胞と呼ぶ）を特定の順序に並べた配列（SPAユニットと呼ぶ）を多数つくり，それらに様々な分子刺激を印加して応答を自動記録できる実験システムを開発する．さらに，理論・シミュレーション研究として，SPAユニットのモデルを構築し，それを多数結合した大規模な人工脳のもつ学習能力の数理的検討を行う．そして，ミニマル人工脳創成の倫理的・法的・社会的影響（ELSI）についての科学技術社会論的研究に取り組む．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，「分子サイバネティクス」においてケミカルAIを実装できる実験システムおよび理論モデルを開発し，科学技術社会論からみた意義を探究し，責任のある科学・イノベーション（RRI）を実践する。
（１）実験システムとして，ケミカルAIの基盤となるリポソームをマイクロ流体デバイス内で3個連結し，その動態を自動記録できる基盤技術の確立を研究目的としている．また，東北大学にインテグレーション拠点を構築する．本年度内に，３個のリポソームを隣接させるマイクロ流体デバイス内で，アクチュエータ人工細胞の形態変化を誘導する方法論を確立できた。また，その動態を自動記録し，遠隔操作可能なシステムのインターフェースを開発した。
（２）理論モデルについては，感覚・回路・展開の機能をもつ3種のリポソームを特定の順序に並べた配列のモデル（SPAユニットと呼ぶ）を構築し，それをさらに多数結合して大規模な分子システムの学習能力の数理的検討を行うことを目標としている．本年度では，SPAユニットが結合することによる計算能について，独自に確立した木構造の計算アルゴリズムを拡張して計算能力を評価したり，ブラウン運動と代謝をカップリングさせた計算システムが計算万能性を有することを導いたりした。
（３）科学技術社会論的研究では，「分子サイバネティクス」が最先端の化学技術におけるRRIのロールモデルの一つとなるための提言を行うことを研究目的としている．本年度では，Journalist-in-Residenceとして３名のジャーナリストが長期の取材を経て具体的な情報を発信し，メディアを通じて社会での受け止められ方を観測することを開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（１）実験システム開発：３連隣接リポソームをマイクロ流体デバイス内で形成し，さらにアクチュエータの形態変化を多数誘導し統計的に解析する方法論を確立できた。インテグレーション拠点の主要な実験装置をもちいて，遠隔操作型の双方向自動観測実験プラットフォームを構築できた。
（２）理論モデル構築：SPAユニットを演算素子とした場合の木構造が計算能をもつことを理論的に提示し，それを拡張して木構造以外のネットワークにも適用することができた。さらに，ブーリアンネットワークと呼ばれる化学反応系の数理モデルを利用して，その可制御性解析を効率よく行う方法を開発した。また，一部が代謝される計算モデルの計算万能性を示めすことができた。
（３）科学技術社会論的研究： Journalist-in-Residenceとして３名のジャーナリストと連携し，分子サイバネティクス研究の具体的な先端情報を発信し，社会がどのように受け止めたかをメディアで観測する活動を開始した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験システム：豊田と村田は，昨年度，リポソームを粒径選別し3個を同一空間に捕捉・観察できるマイクロ流体デバイスを開発し，計画班や公募班との共同研究で，捕捉したアクチュエータの形態変化を誘導できた。今年度は，順序制御した3個隣接リポソームの動態を統計解析でき，さらにリポソームネットワーク構造へ成長させる実験条件を精査する。また，このデバイスに基づく遠隔操作型の双方向自動観測実験プラットフォームを構築できたことから，本年度は共同研究ユーザーが遠隔操作するためのソフトウェアを開発する。
理論モデル：回路（Processing）機能をもつリポソームについて，主に学習班（C01班）と議論して，リポソーム内での記憶および計算に関するモデルのパラメーターから，ミニマル人工脳全体の機能を議論する理論的基盤を引き続き整備する。特に，東は，昨年度構築した木構造の計算アルゴリズムを基盤に，豊田と村田が構築する3連接リポソームのシステムを数理的に表現するための理論モデルの検討を行う。礒川は，粗視化の立場から，昨年度構築した代謝型の計算システムを改良するとともに，リポソームの配列と変形の自己組織化における計算能力の検討を行う。
科学技術社会論的研究：田中は，市民の最先端科学技術への関心の動向について，引き続き調査を行う。特に，３年目となるJournalist-in-Residenceを活用しつつ，研究者とジャーナリストの相互理解を深める。また，分子サイバネティクス分野はまだ社会との接点が希薄なためメディア反応も弱いことが明らかになったため，参考となりうる社会実装が進んで論争の渦中にある萌芽的科学技術の社会議論事例について，メディア分析を通して解析する。
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