ニューロ・コンピューティング

人間の脳細胞の働きを模倣してコンピュータを作ること、または作られたコンピュータの総称。ニューロン(nuron)とは神経細胞のことで、人間の神経回路ではシナプスという結合でニューロンが複雑にネットワーク(neural network)を作っている。この仕組みをまねた並列回路網をもとにつくられたのがニューロ・チップ(neuro chip)である。1990年4月にリコーから発表された、世界初の学習機能をもつとされるニューロ・チップは、スーパー・コンピュータの4〜5倍の処理能力を実現している。脳の情報処理機能をモデル化したニューロ・コンピュータ(neural computer)では、従来のコンピュータが苦手としていた画像処理・音声認識・パターン認識・運動制御などの分野に有利なシステムを設計することができる。一方、有機物分子を素子としたバイオ・コンピュータ(bio computer)の研究もある。また1990年2月には、日本IBM社が人間の脳中枢にある海馬の働きをモデル化して設計した脳波を出すコンピュータ・システムを米国のコロンビア大学と共同で発表している。1995年10月、東京工業大学の石原宏(Hirosi Isihara)教授のグループは、電荷を大量に蓄積できる強誘電体の薄膜をトランジスタにしたニューロ・トランジスタを試作し、脳の中でニューロン(脳神経細胞)が結び付いたシナプスという結合部が刺激に応じて結合を強めるという学習の基本的現象を再現した。NTTは1996年5月、ニューロ・コンピューティングを活用して、2.5km四方の地域を絞り込んだ短期気象予測の手法を開発した。このシステムは、5分間隔で予測と現実のずれを補正し、その結果をもとに学習機能を高め、最大3時間先までの雨量を予測している。インターネット上にはNeuroanatomy ResourcesというURL(http://freud.tau.ac.il/~shakhar/neuro/brain.html)もある。
米国のマサチューセッツ工科大学(MIT/Massachusetts Institute of Technology)のRichard H. R. Hahnloser、Rahul Sarpeshkar、H. Sebastian Seungなどを含む知覚研究、コンピュータ、ニューロコンピュータの専門家による混合研究グループは、スイスのInstitute of NeuroinformaticsのRodney Douglasや故Misha A. Mahowaldの協力のもととに、人工シナプスを介してそれぞれが情報がやりとりできる人工ニューロンで、人間の脳の活動を模倣する大脳皮質のニューロン・ネットワークと同様の電子回路を米国のルーセント・テクノロジー・ベル研究所(Lucent Technologies Bell Laboratories/旧AT&Tベル研究所/AT&T Bell Laboratories/)で開発し、イギリスのMacmillan Publishers Ltd. 発行の科学雑誌「Nature」2000年6月22日号のComputers on the brainという特集で発表した。この人工ニューロンには抑制ニューロン(inhibitory neuron)と興奮ニューロン(excitatory neuron)があり、このロジカル・レベルを「0」と「1」に設定し、inhibitory neuronが16個のexcitatory neuronから信号を受け取ると、excitatory neuronに対してinhibitory信号を返す。また同時にinhibitory neuronとexcitatory neuronの両方に刺激があった場合は、1つの刺激にのみ応じるように設計されている。NASAのJPL研究所(Jet Propulsion Laboratory)は、将来のためにBMDO(Ballistic Missile Defense Organization)とVIGILANTE projectが開発した3次元仮想ニューラル・ネットワークを構築できる3DANN(3-Dimensional Artificia Neural Network) Processor Deviceをすでに公開している。詳細情報はURL(http://www.jpl.nasa.gov/technology/images_videos/iv_pages/D2000_0906_B3.html)で知ることができる。
その他、JPLが開発しているマイクロチップの画像はURL(http://www.jpl.nasa.gov/technology/images_videos/microchips/micro_index.html)にある。
米国のルーセント・テクノロジー社のベル研究所(Lucent Technologies Bell Labs)に所属するヘンドリック・シェーン(Hendrik Schon)、ゼナン・バオ(Zhenan Bao)、ホン・メン(Hong Meng)の3人は、チャネル長が1つの分子ほどしかない極小の有機トランジスタを開発する方法を発見したことがイギリスの科学雑誌Natureの2001年10月18日号に掲載された。詳細情報はURL(http://www.nature.com/nlink/v413/n6857/abs/413713a0_fs.html)または、URL(http://www.bell-labs.com/news/2001/october/17/1.html)で知ることができる。
また、インターネット上には脳について知ることができるBrain Explorerもある。詳細情報はURL(http://www.brainexplorer.org/)で知ることができる。理化学研究所は2004年2月27日に、理研ニュース別冊として、「なるほど！脳の中身が見えてきた！」のPDF版を公開した。詳細情報はURL(http://www.riken.go.jp/r-world/info/release/news/special/pdf/0402.pdf)で知ることができる。
Fox News/Live Scienceは2006年3月28日に、イタリアのパドゥア大学(University of Padua)の研究者が生きている脳細胞とシリコンサーキットを連結する「ニューロチップ」を開発したと報告した。神経障害などの治療に役立てる目的で、この研究は、Max Plank Instituteの研究として推進され、生きているニューロンを使用して、1mm角に1万6000個以上の電子トランジスタと何100個ものコンデンサを搭載した有機的なコンピュータを開発したと報告し、特殊なプロテインを使用することで脳内に埋め込むことができる「ニューロチップ」は、「neurons」と命名している。詳細情報はURL(http://www.foxnews.com/story/0,2933,189323,00.html)または、URL(http://www.physorg.com/news12135.html)または、URL(http://www.newscientistspace.com/article/dn8902-chip-ramps-up-neurontocomputer-communication.htmll)または、URL(http://www.biochem.mpg.de/mnphys/europroject/project.html)で、Max Plank InstituteについてはURL(http://www.mpi-sb.mpg.de/)または、URL(http://www.mpg.de/)で知ることができる。
フランスのAlcatel社と米国のルーセント・テクノロジー(Lucent Technologies)社は2006年11月30日に合併が正式に完了したと発表し、2006年12月1日から社名を「Alcatel-Lucent」とし、合併後の従業員数は7万9000人で、うち2万3000人は米国のニュージャージー州を拠点とするBell Labsを含む施設で、研究開発に従事することになった。詳細情報はURL(http://www1.alcatel-lucent.com/conferences/day1/)で知ることができる。
New Scientistは2008年10月23日に、Nature PhysicsでイスラエルのWeizmann Institute of Scienceの技術者が、人間の脳細胞を使ったコンピュータ回路を達成し、エレクトロニクスにおける信頼できるデジタル論理ゲートを建設していると報告した。
しかし、そのすべての洗練とパワーにおいて、人間の脳は頼り無いコンポーネントから建てられ、1つのニューロンが別のものに40%だけの割合で首尾よく信号を引き起こすことができる。
効率のこの不足がエレクトロニクスに接続するために脳細胞のネットワークを造ろうとするニューロ・エンジニア(neuroengineers)をだめにするか、または修理は神経系を損なっていた。
脳は、それら40%の信頼性をはるかに超えて信頼できる全体と結合させるために大いに接続されたグループにニューロンを結合している。
これをElisha Mosesと彼の学生であるOfer FeinermanとAssaf Rotemを中心とするイスラエルの技術者は、ワイヤよりむしろニューロンを使用する信頼できるサーキットを造るためにニューロンの成長パターンを制御する方法を開発して達成した。
つまり、自然のシステムのように40%の信頼できるコンポーネントの収集から、95%の信頼性を獲得して、装置は単一のニューロンの性能を超える。
研究者は、脳細胞論理回路がコンピュータと神経系の間の仲介者として機能できたと考えている。 詳細情報はURL(http://technology.newscientist.com/article/dn15019-computer-circuit-built-from-brain-cells.html)または、URL(http://www.weizmann.ac.il/home/fnmoses/home.html)または、URL(http://cbio.mskcc.org/people/info/ofer_feinerman.html)または、URL(http://www.weizmann.ac.il/physics/idcards/AssafRotem2710.html)または、URL(http://www.weizmann.ac.il/complex/EMoses/projects/1DonMEA/index.html)で知ることができる。