コストが100倍下がりました！非営利団体 E11 Bio の新たな結果は、脳内の数百万の細胞間の接続をマッピングする
人間の脳は、既知の宇宙で最も複雑な構造の 1 つです。約 1,000 億個のニューロンで構成されており、それぞれが数千のシナプスを介して他のニューロンに接続され、想像を絶する複雑なネットワークを形成しています。このネットワークは私たちの身体を制御するだけでなく、私たちの思考、感情、意識も形成します。単純な反射から深い哲学的考察まで、脳のあらゆる機能はその並外れた複雑さを示しています。
何十年にもわたって脳について集中的に研究が行われてきたにもかかわらず、その謎に対する人類の理解は依然として初歩的です。 2021年、『サイエンス』誌が発行する世界の最先端の科学問題 125 件のうち、16 件は脳科学と密接に関連しています。これらの疑問は核心に迫るものです。脳の構造と機能はどのように連携しているのでしょうか?複雑なニューラル ネットワークはどのように行動と認知を形成するのでしょうか?これらの未解決の謎は、脳科学研究の深い課題を明らかにするだけでなく、脳の作動メカニズムを探求したいという人類の切実な願望を反映しています。
同時に、脳関連疾患は世界的な課題となっています。うつ病、アルツハイマー病、パーキンソン病などの脳疾患がもたらす社会的負担は年々増大しています。しかし、これらの病気の現在の予防と治療の選択肢はまだ限られています。この限界があるため、科学界は、より正確で効率的な治療選択肢を患者に提供するために、脳疾患の発生と発症のメカニズムを深く分析するための投資を増やすことが求められています。
このような背景のもと、2022年にE11 Bioが誕生しました。初の非営利集中研究機関 (FRO) として、E11 Bio は、フルスタックの脳構造マッピング技術の構築に取り組んでいます。脳の複雑な構造と機能を解明するための強力なツールを科学者や医学研究者に提供します。
E11バイオ公式サイト：
https://e11.bio/
E11 Bio: 科学を利用して脳の謎を解明する最先端のチーム
画期的な科学技術の発展を支援し、社会の重大な問題を解決するために、2017 年に、Google の元 CEO エリック シュミットと妻のウェンディ シュミットは、慈善活動である Schmidt Futures を設立しました。このプログラムは、最先端の研究に資金を提供し支援することで、世界の科学技術における最先端のブレークスルーを促進することを目的としています。
Schmidt Futures が成長を続けるにつれて、そのビジョンはより焦点を絞ったものになります。 2021 年に、Convergent Research という新しい組織が独立し、FRO の創設とサポートに焦点を当てた独立した非営利団体になりました。これらの FRO は、科学研究コミュニティにおける新興企業のようなものです。CEO が率いる特定の目標に焦点を当てたチームで構成され、研究資金や商業化のプレッシャーを心配することなく研究に専念します。
バイオテクノロジー企業 E11 Bio は、2022 年に設立され、カリフォルニア州アラメダに本社を置く初の FRO です。共同創設者兼 CEO は Andrew Payne です。彼は空間的および分子的手法の最前線で豊富な経験を持ち、彼は、超解像顕微鏡法と、ゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクスに関する空間分解研究を特に得意としています。
アンドリュー・ペイン氏は、トロント大学で工学物理学を学んだ後、マサチューセッツ工科大学（MIT）のエド・ボイデン氏のチームに加わり、哺乳類の脳スケールに適した神経回路アーキテクチャマッピング技術の開発に焦点を当てて博士号取得を目指しました。博士課程の頃、彼は、顕微鏡イメージングを元の 4 色から 40 億のデジタル色に拡張する、破壊的な空間解像度の分子顕微鏡技術を開発しました。この技術は、脳構造の正確なマッピングに新たな視点を提供する関連論文は、「In situ genome Sequencing Resolves DNA sequence and Structure in intact生物学的サンプル」と題され、Science誌に掲載されました。
用紙のアドレス:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aay3446
E11 Bio チームは、Andrew Payne に加えて、神経解剖学の主任研究者 Johan Winnubst、オプティカル コネクトミクスの専門家 Julia Michalska と Hugo Damstra、機械学習科学者の Arlo Sheridan など、数多くのトップ科学者で構成されています。
チームの運営が最高執行責任者の Jun Axup によって強力にサポートされていることは言及する価値があります。 Jun Axup は、世界をリードするライフ サイエンス アクセラレータである IndieBio の最高科学責任者およびパートナーであり、スクリップス研究所でケミカル バイオロジーの博士号を取得しています。彼女は、免疫腫瘍学、タンパク質工学、検査自動ロボット工学、CRISPR、精密医療の分野で豊富な起業家としての経験を蓄積してきました。2 つのスタートアップを共同設立しました。彼女は人間の健康と長寿の向上、脳の謎の解明、そして気候変動という世界的な課題への取り組みに情熱を注いでいます。
E11 Bio の設立は、非営利研究モデルの新たな探求を示すだけでなく、主要な科学的問題を解決するための前例のない革新的な道を提供します。
PRISM テクノロジーのリリース: 全脳コネクトミクス革命を推進する新しいエンジン
E11 Bio は設立以来、私たちは、オープンでスケーラブルな単一細胞脳マッピング技術プラットフォームの確立に取り組んでいます。目標は、この技術を DNA 配列決定と同じくらい普及させ、すべての神経科学者が簡単に利用できるようにすることです。 2 年間にわたる継続的な努力の結果、E11 Bio は脳科学研究の分野で重要な進歩を遂げました。
12 月 3 日、E11 Bio は PRISM テクノロジーの発売を発表しました。この技術は、クリック研究所のサム・ロドリクス研究室、英国ケンブリッジのマックス・プランク研究所/LMBのヨルゲン・コーンフェルド研究室、MITのエド・ボイデン研究室、およびハワード・ヒューズ・メディカルと共同でE11 Bioによって開発されました。研究開発はHHMIと共同で完了しました。 PRISM の出現は、全脳コネクトミクスに向けた脳科学研究における新たなマイルストーンを示します。
PRISM テクノロジーの中核は、脳全体の何百万もの細胞の接続を非常に低コストでマッピングすることです。これにより、ショウジョウバエなどの小さな脳からマウスなどのより複雑な哺乳類の脳まで全脳コネクトミクス研究が拡大し、将来の人間の脳の探査の可能性がもたらされます。
具体的には、PRISM は、分子アノテーションの反復染色による光コネクトーム再構成を実行することにより、脳画像データの品質と解釈可能性を大幅に向上させます。研究者らは、細胞のアイデンティティ（バーコード）として機能するタンパク質の異なる組み合わせを生成するように各細胞に指示します。拡張された顕微鏡法と特殊な染色手順を使用して、これらのバーコードは画像データの正確な注釈を提供します。このアノテーションにより、人工知能に基づく「自己修正」画像セグメンテーション モデルの開発がさらに容易になり、手動修正の必要性が大幅に減り、約 95% のコスト削減に成功します。
同時に、PRISM は複数の技術的な最適化を通じて、従来のコネクトーム研究における主要なコスト課題も解決します。たとえば、ライトシート顕微鏡と拡張顕微鏡を組み合わせると、研究者は電子顕微鏡の 10 分の 1 のコストで同様の解像度とスループットを達成できます。さらに、局所形状記述子などの GPU 高速化セグメンテーション アルゴリズムを使用すると、さらに向上します。効率性を考慮すると、セグメンテーションのコストは Wellcome Trust の見積もりより 10 ～ 100 倍低くなります。この一連のイノベーションにより、全脳コネクトミクスの全体的なコストが少なくとも 100 分の 1 に削減されると期待されています。
*ウェルカム トラストは、イギリスのロンドンに本拠を置く生物医学研究慈善団体であり、人間と動物の健康を改善するための世界中の医学および生物学的研究に資金を提供するために 1936 年に設立されました。
PRISM テクノロジーは、脳研究の敷居を下げるだけでなく、人間に近い人工知能の開発、脳疾患の治療、人間の脳回路のシミュレーションにも重要なサポートを提供します。この技術の画期的な成果は、神経科学の最先端の進歩を大きく促進するでしょう。報告されているのは、PRISMの研究内容は論文として発表され、来年初めにはプレプリントが公開され、テスト版の手法も同時に公開される予定だ。
人間の脳の究極の謎を解明するため、世界的な脳科学コンテストが本格化する
脳の謎を完全に解明し、脳にヒントを得た知能技術の開発を促進し、脳疾患の診断と治療に新たな解決策を提供するために、各国が政府主導の大規模な科学研究プロジェクトを立ち上げている。
2005年、スイスの神経科学者ヘンリー・マークラム教授は、スイス連邦政府の支援を受けて、ローザンヌのスイス連邦工科大学で「ブルー・ブレイン・プロジェクト」を立ち上げた。
2013年、当時のオバマ大統領は、革新的なニューロテクノロジーに関する脳研究（BRAIN）イニシアチブを立ち上げました。国立衛生研究所（NIH）が主導。
2014年、日本の文部科学省と日本医療研究開発協議会から総額3億6,500万米ドルの資金援助を受けて、日本もまた、10年間にわたる「疾患研究のための統合神経技術の脳マッピング」プロジェクト（BRAIN/MINDS）を開始した。
同年、中国の脳科学研究者らは2016年の象山科学会議で中国の脳科学計画の目標、課題、実現可能性について議論した。我が国は、「第13次5カ年計画」において「脳科学と脳にインスピレーションを得た研究」を主要な国家科学技術革新・工学プロジェクトに挙げ、これにより「中国脳計画」が本格的にスタートした。 2021年に、我が国の「脳科学と脳にインスピレーションを得た研究」計画が正式にスタートします。
我が国の頭脳プロジェクトは遅れてスタートしましたが、研究力の強さが爆発してきました。たとえば、中国科学院の脳科学およびインテリジェントテクノロジー優秀センターは、脳ネットワークと神経疾患の研究、特に霊長類モデルの確立に長年取り組んでおり、国際的なリーダーです。
清華大学、北京大学、復旦大学、山東大学などの大学は、ニューラルネットワークモデリング、脳疾患のメカニズム、脳をヒントにした人工知能などの分野に重点を置いた専門の脳科学研究センターを設立しています。また、上海脳科学・脳インスピレーション研究センターは、中国初の総合脳科学研究機関として、大規模な脳マッピングと脳疾患研究に重点を置き、この分野を強力にサポートしている。
世界的な脳科学研究が本格化し、AI テクノロジーが深く統合されている状況において、将来の脳科学研究が脳のようなコンピューティング、脳疾患の治療、インテリジェント技術革新において革命的なブレークスルーを達成すると信じる理由があります。社会の進歩と人類の幸福の向上に重要な貢献をします。
参考文献:
1.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9568407/
2.https://www.fastcompany.com/90684882/these-focused-research-organizations-are-taking-on-gaps-in-scientific-discovery
3.https://indiebio.co/team/jun-axup/
4.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/ar