脳機能計測


人間の脳の働きを調べる機械の総称。人間の脳は地球の生命が約40億年架けて開発したバイオ・コンピュータであり、それぞれの神経細胞の情報伝送は電気信号で、神経細胞同士いろいろな化学物質を介して、情報をやりとりしていることから、脳を知ることが21世紀に向かう大きなテーマであり、人間の脳の働く様子を透視できる装置の開発が盛んに行われるようになってきた。1972年にX線CTが開発され、同時に欧米で微弱な磁場から脳神経の活動を探る脳磁計やPET(陽電子コンピュータ断層装置)の研究が盛んになった。脳機能計測でもっとも古い脳波の技術を応用して、1982年ころから脳波を多点で測量し、脳内の活動場所を推定する技術の開発を東京工業大学の武者俊充教授が開始している。1986年に北海道大学などが近赤外線で脳の活動を調べる光CTを発明し、1987年には日本の電子技術総合研究所が、現在使われている脳磁計を世界で初めて試作した。1992年に米国AT&Tベル研究所(AT&T Bell Laboratories/現在のルーセント・テクノロジーベル研究所/Lucent Technologies Bell Laboratories)の小川誠二博士が超高速高精度の磁気共鳴断層撮影装置であるMRI(Magnetic Resonance Imaging/磁気共鳴映像法)を開発した。人間の脳内の電流や、化学物質、酸素や糖の変動を探り、同時にコンピュータの模擬実験や動物実験、分子生物学的な脳神経の微細機構の研究が行われている。こうした脳機能計測技術の成果をもとに、科学技術庁科学技術政策研究所は2010年頃に、脳の機能をモデルにした新しい理論構造でニューロ・コンピュータやニューラル・ネットワーク、ブレインウェアなどの開発が可能になると予測している。エルゴソフトは、健康・予防医学的見地に立って財団法人河野臨床医学研究所附属北品川病院の築山節院長監修による脳機能活性化のための「脳力リフレッシュ for Windows95/98/NT4.0」を1998年9月25日に発売した。電子技術総合研究所彙報の情報はURL(http://www.etl.go.jp/jp/results/bulletin/index.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。日立製作所中央研究所と、国立循環器病センターは共同で、慢性的なめまい感に関連する脳内神経活動を画像化した状態観察に、世界で初めて成功したと、2002年11月19日に発表した。また、めまいの原因が聴覚等の末梢神経の変調によるとの説に基づき、脳内神経活動の状態を観察する国立循環器病センタが提案し慢性めまいの検査手法として、耳から1kHzの弱い信号音を聞かせた時に被験者の側頭部を計測したところ、健常者では脳内の聴覚野と呼ばれる部位のうち1箇所に電流分布が認められたのに対し、めまい感を持つ患者では脳内に広がったうずまき状の電流分布となることを初めて発見した。さらに、めまい感を持たない11人の電流量の積和は約1.59±0.46であるのに対して、めまい感を持つ患者27人の場合には3.53±1.34となり、二つのグループで統計処理に有意な差が得られる定量化手法を用い、慢性めまい感を持つ方と、めまい感を持たない方と ローカル・ナビゲーシの間に有意な差があることが明らかになった。詳細情報はURL(http://www.hitachi.co.jp/New/cnews-m/2002/1119b/index.html)で知ることができる。NASAは2003年5月6日に、「Explorers: Balancing Brains」として、人間がバランスを保持するための脳を分析し、宇宙で作業をする人の脳を研究し、無重力の宇宙で身体的バランスを保持するための研究成果「Liftoff to Space Exploration」を発表している。詳細情報はURL(http://liftoff.msfc.nasa.gov/news/2003/news-balance.asp?list22849-151)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。newscientistは2006年6月27日に、新しい研究によると、母国語が脳でどのように数学の難問を解決するかを決定するかもしれないと報告した。脳キャンは、数を比較して合計するとき、中国語を話す人が英語を話す人より視覚領域を当てにするのを明らかにした。研究者は、私たちの母国語が私たちの脳の問題解決サーキットが展開する方法に影響を及ぼすかもしれないことを提案した。しかし、彼らは、文化、または遺伝子によって異なった教授法や方程式が異なって解決するために中国人と英語を話す人の脳を比較してしまったかもしれないと言い足している。しかし、調査結果は、教育者が若い学生に数学を教える最も良い方法を特定することを助けることができるかもしれない。 ただし、北米の工業学校と技術会社のリーダーは、中国と日本の子供と比較してコンピュータ能力で遅れることを心配している。この研究は2001年に出版されたJournal of Experimental Psychology, vol 130, p 299で最初の研究を知ることができ、最新の研究では、中国の大連工業大学でYiyuan Tangの指導で、20代男女12人の中国語を母国語とする地元大学生と、米国、オーストラリア、カナダ、およびイギリスから英語を母国語とする20代男女12人を募集し、最初にアラビア数字2つを提示し、その合計が3番目のケタで提示された数字と同じかどうかを英語でテストし、その反応をMRI (Magnetic Resonance Imaging)でスキャンしてテストした結果を紹介し、アリゾナ州フェニックスのBanner Good Samaritan Medical Centerに所属するEric Reimanは、「英語を母国語とする人は単語の意味にかかわる追加脳の周辺をさらに当てにしているが、中国語を母国語として話す人は視覚外観と数の物理的な操作にかかわる追加脳の周辺をさらに当てにして答えていた」と報告している。明確に、中国語を話す人はvisuo-premotor協会ネットワークと呼ばれる視覚的、そして、空間的な脳のセンターにより多くの活動を持っていました。 英語を母国語とする人は脳の左の半分のperisylvian皮質として知られている言語ネットワークで、より多くの活動を示しました。明確に、中国語を話す人はvisuo-premotor association networkと呼ばれる視覚的、そして、空間的な脳の中央部より多くの活動をし、英語を母国語とする人は脳の左の半分のperisylvian皮質として知られている言語ネットワークで、より多くの活動を示していたと報告した。詳細情報はURL(http://www.newscientist.com/article/dn9422?DCMP=NLC-nletter&nsref=dn9422)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。疲れたコンピュータ・ユーザーのために、いつやめるかを指示してくれる「はちまき」をInformationWeekが2007年10月12日に紹介してきた。詳細情報はURL(http://www.informationweek.com/news/showArticle.jhtml?articleID=202401723&subSection=News)で知ることができる。タフツ大学(Tufts University)のコンピュータ・サイエンスロバート・ヤコブ(Robert Jacob)教授と医用生体工学セルジオ・ファンティニ(Sergio Fantini)教授チームは脳の感情的な状態を測定するため、近赤外分光法センサーを使用して、脳で血液酸素処理レベルをモニターするハイテク鉢巻きを開発した。タフツ大学(Tufts University)チームが開発した「はちまき」を利用することで、パソコンを使っている人のストレス尺度を測定し、ひどく疲れているか、意識散漫になり始めているか、まだ明確に反応できるかを示してくれ、この研究は「 ACM Symposium on User Interface Software and Technology」として、NSF(National Science Foundation/米国科学財団)からUS$445,000の交付金を受けて開発された。この技術は、脳の感情的な状態に関するリアルタイムの洞察を獲得するためにMRIのような「はちまき」の使用が伴い。この技術は、研究の長期目標として、普通のコンピュータ・ユーザーのためにユーザー・インタフェースを改良することで、コンピュータ・ユーザーだけではなく、もちろん航空管制官、軍事作戦本部、パイロットなどにも利用できるかもしれない。技術解説は、URL(http://www.cs.tufts.edu/~jacob/papers/uist07.poster.pdf)で知ることができる。チームは、機能的な近赤外分光法(fNIRS)を使用して、技術が安全で、携帯用の非観血であると言っている。「はちまき」の上のセンサは追跡されるために額への赤外光、そして、可能な酸素処理を送るレーザー・ダイオードが取り付けられている。


1986年のノーベル物理学賞受賞者紹介のページ
世界で初めてナノの世界を視覚化したエルンスト・ルスカと電子顕微鏡
脳機能計測技術の背景と展望
電子顕微鏡の細胞(撮影:広島大学医学部工田昌也/画像処理:井原潤)-1
電子顕微鏡の細胞(撮影:広島大学医学部工田昌也/画像処理:井原潤)-2
電子顕微鏡の細胞(撮影:広島大学医学部工田昌也/画像処理:井原潤)-3
電子顕微鏡の細胞(撮影:広島大学医学部工田昌也/画像処理:井原潤)-4
電子顕微鏡の細胞(撮影:広島大学医学部工田昌也/画像処理:井原潤)-5
電子顕微鏡の細胞(撮影:広島大学医学部工田昌也/画像処理:井原潤)-6
Polaroido社のDigital Microscope Camera
Polaroido社のDigital Microscope Cameraで撮影された画像GIFアニメーション
日立が開発した透過電子顕微鏡と高感度TVカメラシステム
日立が開発した走査電子顕微鏡S-3500N
液晶の分子配列の模型
1877年10月6日にScience Americaで発表されたBell's New Telephone
BMDOとVIGILANTE projectが開発した3DANNプロセッサ
Illustrirte Zeitung1850年2月16日に掲載された測量機器-1
Illustrirte Zeitung1850年2月16日に掲載された測量機器-2
Illustrirte Zeitung1850年2月23日に掲載された測量機器-1
Illustrirte Zeitung1850年2月23日に掲載された測量機器-2
Illustrirte Zeitung1850年2月23日に掲載された測量機器-3
Illustrirte Zeitung1850年2月23日に掲載された測量機器-4
Illustrirte Zeitung1850年2月23日に掲載された測量機器-5
Illustrirte Zeitung1850年2月23日に掲載された測量機器-6
Illustrirte Zeitung1850年2月23日に掲載された測量機器-7
Illustrirte Zeitung1850年2月23日に掲載された測量機器-8
Illustrirte Zeitung1850年9月7日に掲載された測量風景
Illustrirte Zeitung1850年9月7日に掲載された測量幾何学棒-1
Illustrirte Zeitung1850年9月7日に掲載された測量幾何学棒-2景
Illustrirte Zeitung1850年9月7日に掲載された測量幾何学棒-3
Illustrirte Zeitung1856年1月26日に掲載された化学者Justus von Liebig
ミュンヘンのJustus von Liebig研究所
Justus von Liebigの階段教室
「脳」の疲れを測定する「はちまき」の技術解説