光情報生命科学研究分野

研究室の概要

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私たちの研究のゴールは、最先端光技術・情報技術の創出を通じて生命科学に革命的な進展をもたらすことです。研究のキーワードは「光」「情報」「生命」です。光技術と情報技術を融合した独自技術を磨き、生命科学の様々な課題にアプローチしていきます。さらに、研究成果の実用化・事業化を狙い、社会に還元することも目指しています。

　上記ゴールを達成するために、メンバーひとりひとりが各分野のスペシャリストになり、さらに異分野のメンバーとの相乗効果を発揮することで、研究室（＋共同研究者）としての総合力で大きな成果を挙げるスタイルを目指しています。

研究内容の紹介

超高速3D蛍光顕微鏡

私たちは3D(空間)+1D(時間)の4次元の世界に生きているので、生命現象も4Dの世界で起きています。しかし、従来は技術的な制約のため、４Dの生命現象を光学顕微鏡等によって２Dで「切り取って」観察し、そこから４Dの世界の出来事を推定するしかありませんでした。最近になって、4Dの生命現象を4Dのままとらえることができる顕微鏡が登場しつつありますが、3Dの空間情報を高速に取得するのは技術的に難しく、どうしても１D(時間)の情報が犠牲になってしまいます。私たちは、得意のレーザー技術（ハードウエア）と深層学習（ソフトウエア）の合わせ技によってこの限界を突破し、毎秒1000回撮像可能な超高速3D蛍光顕微鏡を開発しています。

今後の展開

さらに、超高速3D蛍光顕微鏡の研究を起点として、多方面へ展開していきます。

• 光で神経細胞の活動を制御する技術（光遺伝学）と併用して、脳神経系を観察するのみならず、自在に制御する技術を創ります。
• 撮像速度の高速化に伴って爆発的に増大するデータ量を抑制する賢い撮像方法を備えた「スマートな」顕微鏡を開発します。AIをフル活用します。
• 開発技術（世界でここにしかない技術）を順次さまざまな生体試料に適用し、細胞内ダイナミクスから高等生物の脳などの大規模生体試料の観察まで、様々なスケールの生命現象を明らかにしていきます。
• 企業との連携や、スタートアップ（ベンチャー企業）設立を通して開発技術を実用化します。
• その他、様々な専門分野のメンバーによる自由な議論から生まれる全く新しいアイデアにも果敢にチャレンジします。

研究設備の例

深層学習向けワークステーション、各種レーザー光源（超短パルスレーザー、連続発振レーザー等）、空間光変調器、クリーンベンチ、インキュベータ、ディープフリーザ等

将来に役立つ知識や技術

光技術

• 光学顕微鏡の設計（メカ設計、光学設計）、構築、操作
• レーザー光学システムの設計（メカ設計、光学設計）、構築、操作
• 空間光変調器による光波制御

情報技術

• 深層学習による画像処理、解析
• FPGA等によるリアルタイムデータ処理
• 自作プログラム（LabVIEW, Python, MATLAB等）による実験データ解析

生体試料を扱う技術

• 培養細胞の取り扱い
• モデル生物（線虫、ゼブラフィッシュ等）の取り扱い
• 電気生理学的手法（パッチクランプ法等）

このようなキーワードに興味がある人は、ぜひ、研究室見学に来てください。

深層学習／レーザー顕微鏡／ホログラフィ／リアルタイムデータ処理／光遺伝学／脳神経ネットワーク／電気生理学／研究成果の実用化・事業化

所属教員

• 教授：三上 秀治
• 准教授：渋川 敦史

*他の研究室所属教員については研究室サイトをご覧ください

お問い合わせ

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〒001-0020　札幌市北区北20条西10丁目

北海道大学 電子科学研究所（創成科学研究棟 04-305）

三上 秀治　電話:011-706-9362, E-mail: hmikami_at_es.hokudai.ac.jp