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ネットジャーナル30

脳の機能の解明と、失われた脳情報を補償する画期的な技術
研究と開発の両面から神経科学分野のブレイクスルーを目指す

写真:博士(工学)西川 淳 教授

情報科学研究科 生命人間情報科学専攻 
バイオエンジニアリング講座 神経制御工学研究室・准教授
博士(工学) 西川 淳

プロフィール

1999年、北海道大学 工学部 応用物理学科卒業。2004年3月、同大学院工学研究科 量子物理工学専攻 博士後期課程修了、博士(工学)。2004年4月、独立行政法人理化学研究所 脳科学総合研究センター 生物言語研究チーム 研究員。2009年4月、同研究所 基礎科学特別研究員。2011年7月、大阪大学 大学院生命機能研究科 マイクロシステム神経工学研究室 特任助教を経て、同12月、北海道大学 大学院情報科学研究科 生命人間情報科学専攻 生体計測工学研究室 特任講師。2013年11月より准教授。主な研究分野は神経工学、聴覚生理学、計算論的神経科学、動物行動学,生体医工学。日本神経科学学会、日本神経回路学会、日本動物行動学会、Society for Neuroscienceなどに所属。

脳の音情報処理の解明と刺激/計測デバイスの開発

――神経制御工学研究室ではどのような研究をおこなっているのですか。

西川 生体における情報処理の司令塔である脳の働きを理解するための基礎研究と、失われた脳の情報を電子機械から伝送することで脳本来の情報を補償する基盤技術の開発を行っています。具体的には、脳に多点電極を刺入して聴覚皮質における神経活動を計測する実験や、微細加工技術を活用した聴覚補償用マイクロデバイスの開発です。

聴覚を補助する技術のひとつに人工内耳があります。人工内耳は内耳の蝸牛に電極を挿入し、音の周波数に応じて蝸牛内の特定の場所を電気刺激するという技術ですが、我々の研究は、内耳ではなく脳の大脳皮質の聴覚を司る部分を電極で直接刺激することにより聴覚を補償しようというものです。この方法が確立できれば、蝸牛以降の聴覚神経系にダメージを受けてしまった患者を救うことも可能となるはずです。ただし、内耳に比べて音処理のための神経活動が非常に複雑なうえ、解明されていない部分も多く、まずは聴覚皮質の神経細胞の活動に、音の特徴がどのように表現されているかを詳細に調べなくてはなりません。そのため、私たちは技術開発と並行して聴覚皮質の神経生理学的な基礎研究も行っています。

聴覚皮質には膨大な数の神経細胞がさまざまなネットワークを形成し、音に関する情報処理を行っています。また、活動や経験によって少ずつ反応の仕方が変わる機能もあり、それは脳における学習の生物学的実体だと考えられています。聴覚皮質への電気刺激で音を感じられるようにするには、経験や学習の度合いに合わせて刺激の仕方を瞬時に調整していかなくてはなりません。そのために、私たちの研究室では聴覚皮質の神経活動をリアルタイムで計測し、その都度計算して刺激を調整する次世代脳神経インタフェースを開発しています。それを実現するために、複数の電極を持ったデバイスを脳に埋め込み、計測と刺激をほぼ同時に行う技術の開発と、動物実験による機能評価に取り組んでいます。

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