人間知性研究センター

人間知性研究センター

センター長 : 岡野 栄之(医学部教授)
活動拠点キャンパス : 信濃町

センター概要

  • 人間知性研究分野におけるわが国の拠点形成 および 世界的研究ネットワーク形成 医学部・文学部・理工学部・経済学部等から構成されている総合大学である慶應義塾大学と、我が国における脳科学研究の拠点である脳科学総合研究センターを擁する理化学研究所との間で2008年12月10日に締結された包括提携を基盤とし、双方から多彩な研究者が集って学際的なチームを形成し、我が国における人間知性研究および当該研究の世界的ネットワークの拠点形成を本センターは目指している。
  • 人間を人間たらしめている「知性」について、生物学的基礎から文化的背景、さらにその将来に至るまで、幅広い視点から世界的規模での研究を発展させる 知性研究には人文科学的研究の長い歴史があるが、近年の認知科学、神経科学、コンピュータサイエンスの発展は、この人類にとっての重要な課題に新たなアプローチの可能性を提供している。このような分野複合的な研究を推進し、研究交流のハブとして機能する総合的な研究組織が成熟していない我が国において、「人間知性研究センター」こそがその先導者となることを目指す。人間知性の「分子生物学・発生工学からの解明」・「比較認知科学からの解明」・「脳科学からの解明」・「ロボット工学からの解明」の4グループがそれぞれ研究を推進し、知識と成果を共有する体制をとっている。

キーワード・主な研究テーマ

認知科学 脳科学 ロボット 社会 文明

2019年度 事業計画

■2018年度より継続する活動内容について、継続する背景・根拠と目標

本センターでは、前年度に続いて人間知性の「分子生物学・発生工学からの解明」・「比較認知科学からの解明」・「脳科学からの解明」・「ロボット工学からの解明」という各グループが一致団結して協力し、自然科学分野にとどまらず人文・社会科学分野からのアプローチにより人間知性を分子レベルから行動レベルまで幅広く探求する。事業項目は以下の通りである。

  1. 環境・遺伝子・神経活動との相互作用によるヒト認知進化誘導についての研究においては、霊長類疾患モデルである遺伝子改変マーモセットを用いて精神・神経疾患に関連した行動学的な異常を早期から捉えるための行動解析および画像解析(MRI, PET)を引き続き実施する。
  2. ヒト疾患モデルマーモセットの開発では、ヒトの疾患原因遺伝子を強制発現させたアルツハイマー病モデルマーモセットを引き続き経時的に観察し、疾患に関連した変化を早期に捉える解析を実施する。
  3. ヒト特有の遺伝子導入マーモセットの開発では、ヒトに特異的な遺伝子を改変したマウスの脳を使ったPhenotype解析について、特に胎仔期を中心に今年度の解析を継続的に実施する。
  4. コミュニケーションによる社会的行動を司る神経基盤の解明では、新規自閉症モデルマーモセット作出のために、ホモでの作出が困難なことが考えられていることから、in vitroでのヘテロマーモセットの実効性検証結果に基づいて、引き続き個体作出に取り組む。
  5. 遺伝子改変霊長類動物の新規作成法の開発では、マーモセットのnaive型多能性幹細胞の詳細な解析と、ゲノム改変技術により直接遺伝子変異を行う遺伝子改変霊長類動物作成の基盤技術の確立を行う。
  6. 人間知性の特性を同定するための比較認知科学的研究では、実験動物の行動学的な解析をマーモセットの行動を定量的に評価する方法の構築を目指し、更に例数を重ねて手法を確立する。
  7. fMRIを用いたマーモセット脳機能マッピング技術の開発では、マーモセット遺伝子発現と機能的連関がある部位との関連を詳細に解析する。
  8. 電子顕微鏡を用いたマーモセット脳機能マッピング技術の開発では、世界最速のマルチビーム走査型電子顕微鏡にて野生型マーモセットのミクロ回路解析に連続的な撮影を広域で実施する。
  9. 蛍光カルシウムイメージング技術を用いてマーモセット脳の細胞種特異的長期間イメージングでは、1個2グラムという超小型蛍光顕微鏡nVistaが2017年度末までに複数導入されることから、霊長類の生きた脳の中で神経活動を蛍光プローブで複数の神経領野で可視化することを目指す。

■2019年度の新規活動目標と内容、実施の背景

  1. アルツハイマー病ヒト死後脳解析/認知症は社会的損失も大きい重要な精神神経疾患の一つである。アルツハイマー病は認知症を来す疾患の多くの割合を占める有名な神経変性疾患であり、患者数が非常に多い。アルツハイマー病のメカニズム解明のために、症状が進行する前のアルツハイマー病の脳内に起こる変化に研究者が注目している。
  2. 我々は次年度、
    9. 電子顕微鏡によるミクロコネクトーム解析の発展的なアプローチとして、11. アルツハイマー病ヒト死後脳解析を実施し、
  3. 前年までに、確立した蛍光と電顕によるコリレイティブ解析の技術をヒトの死後脳に応用することによって、世界最速のマルチビーム走査型電子顕微鏡を用いてアルツハイマー病患者における軸索変性像やアルツハイマー病の初期病変関連分子の局在に関しての解析を実施する方針である。
  4. ウナギの空間認知の神経機構をヒトと比較することにより、人間知性の特性を明らかにする。

2018年度 事業報告

■当該年度事業計画に対する実施内容、および研究成果と達成度

本年度の研究成果を研究項目ごとに記載する。

  1. 環境・遺伝子・神経活動との相互作用によるヒト認知進化誘導についての研究では、、霊長類動物モデルの遺伝子改変マーモセットを用いて精神・神経疾患に関連した行動学的な異常を早期から捉えるため睡眠行動などの行動学的な解析および画像解析(MRI, PET)を継続して実施している。また疾患モデル動物の基礎データとしての野生型マーモセットのMRIを用いた脳地図に関する論文を発表した。
  2. ヒト疾患モデルマーモセットの開発では、αシヌクレインの強制発現トランスジェニックマーモセットの解析を組織学的に行いパーキンソン病の発症初期の変化を継続的に解析し、疾患に関連した変化を早期に捉える解析によって疾患に特異的な障害を見出すことができ、論文化を進めている。
  3. ヒト特有の遺伝子導入マーモセットの開発では、ヒトに特異的な遺伝子を改変したマウスの脳を使ったPhenotype解析を実施している。特にヒトの脳で特異的に大きくなっている大脳皮質の厚さを定量的に解析した。また、ヒトに特異的な遺伝子を改変したマーモセットモデルに着手し、個体の作出に取り組んでいる。
  4. コミュニケーションによる社会的行動を司る神経基盤の解明では、新規自閉症モデルマーモセット作出のためのconstruct作成およびin vitroでの実効性検証結果に基づいて、マーモセット受精卵の胚移植を行ったが現在までのところ繰り返す流産のため産仔が得られていない。
  5. 遺伝子改変霊長類動物の新規作成法の開発では、新規ゲノム編集技術をマーモセットの遺伝子改変へ応用する取り組みをマーモセット受精卵を使って行い、樹立した遺伝子改変手法による遺伝子改変効率の解析を進めている。
  6. 人間知性の特性を同定するための比較認知科学的研究として、実験動物の行動学的な新規解析手法として、アクティウォッチを使ったマーモセット行動傾向について、定量的に評価する手法を活用して定量評価中。
  7. fMRIを用いた脳機能マッピング技術の開発では、覚醒状態で実施したfMRIによる脳機能マッピング技術を応用し、遺伝子改変動物のfMRI解析を実施している。
  8. 電子顕微鏡を用いたマーモセット脳機能マッピング技術の開発として、新規に導入された超広範囲を高速で撮影可能なマルチビーム走査型電子顕微鏡が稼動し、連続的に広大な面積の連続切片画像取得を実施。
  9. 蛍光カルシウムイメージング技術を用いてマーモセット脳の細胞種特異的長期間イメージングでは、近年新規開発された1個2グラムという超小型蛍光顕微鏡nVistaにてフリームービングのマーモセットにおいて神経活動を蛍光プローブで可視化に成功し、論文として成果を発表した。
  10. 蛍光と電顕によるコリレイティブ解析を本センターにて実施し、本年度は電顕・光顕で共用できるような組織標識法の技術を生かし、世界最速のマルチビーム走査型電子顕微鏡を用いたアルツハイマー病モデルマウスにおける特徴的な軸索変性像とアルツハイマー病の初期病変関連分子の局在に関しての解析を実施し成果を得た。「脳科学からの解明」としては、・ヒトを対象とした運動技能獲得メカニズムの研究では、バーチャルリアリティ・ゴーグルを使用して視覚運動座標に変換を与えることで、被験者の意識下で潜在的な運動学習を誘導することができることを明らかにし、論文として成果を発表した。またブレイン・マシン・インターフェースを用いた複数人同時学習系では、外向性性格が集団としての学習速度を規定していることが明らかになった。

公刊論文数(件数と主たる公刊誌名)、学会発表件数(国内・国際)、イベントなど社会貢献の実績(年月日、場所)

公刊論文数: 56本
01. Iwasawa C et al. Mol Brain. 2019 Jan 18;12(1):5. doi: 10.1186/s13041-019-0426-7.,
02. Miki F, et al. Biol Reprod. 2019doi: 10.1093/biolre/ioz004.,
03. Hosoya Met al. Regen Ther. 2018 doi: 10.1016/j.reth.2018.11.001.
04. Ito S et al. eNeuro. 2018, doi: 10.1523/ENEURO.0303-18.2018.
05. Okubo T et al. Stem Cell Reports. 2018 doi: 10.1016/j.stemcr.2018.10.022.,
06. Tsuji O et al. Stem Cells. 2018 doi: 10.1002/stem.2926.,
07. Hira K et al. Stroke. 2018 doi: 10.1161/STROKEAHA.118.021272.,
08. Tabata Y et al. Stem Cell Reports. 2018 doi: 10.1016/j.stemcr.2018.09.006.,
09. Majka P et al. Brain Struct Funct. 2018 doi:
10.1007/s00429-018-1764-4. 10. Hata J et al. JBMR Plus. 2018 doi: 10.1002/jbm4.10040.,
11. Matsubayashi K et al. Sci Rep. 2018 doi: 10.1038/s41598-018-32766-8.,
12. Nakamoto FK et al. Sci Rep. 2018 doi: 10.1038/s41598-018-32573-1.,
13. Tsujimura T et al. Epigenetics Chromatin. 2018 doi: 10.1186/s13072-018-0221-1.,
14. Kuwako KI et al. Cell Rep. 2018 doi: 10.1016/j.celrep.2018.08.029.,
15. Watarai A et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018 doi: 10.1073/pnas.1720530115.,
16. Kondo T et al. Cell Rep. 2018 doi: 10.1016/j.celrep.2018.07.057.,
17. Fujimori K et al. Nat Med. 2018 doi: 10.1038/s41591-018-0140-5.,
18. Hosonaga M et al. Int J Mol Sci. 2018 doi: 10.3390/ijms19082158.,
19. Arioka Y et al. Transl Psychiatry. 2018 doi: 10.1038/s41398-018-0177-8.,
20. Tanaka Y et al. Stem Cell Res. 2018 doi: 10.1016/j.scr.2018.06.008.,
21. Kimura H et al. Sci Rep. 2018 doi: 10.1038/s41598-018-27952-7.,
22. Takata N et al.Glia. 2018 doi: 10.1002/glia.23454.,
23. O’Day E et al. Biotechnol J. 2018 doi: 10.1002/biot.201800195.,
24. Tashiro S et al. J Neurotrauma. 2018 doi: 10.1089/neu.2017.5537.,
25. Imaizumi K et al. eNeuro. 2018 doi: 10.1523/ENEURO.0368-17.2018.,
26. de Lorenzo V et al. EMBO Rep. 2018doi: 10.15252/embr.201745658.
27. Ouchi T et al. J Dent Res. 2018 doi: 10.1177/0022034518759278.,
28. Suda Y et al. Mol Brain. 2018 doi: 10.1186/s13041-018-0349-8.,
29. Tanaka Y et al. Stem Cell Res. 2018 doi: 10.1016/j.scr.2018.01.036.
30. Nakatomi M et al. Histochem Cell Biol. 2018 doi: 10.1007/s00418-018-1651-3.,
31. Chai M et al. Genes Dev. 2018 doi: 10.1101/gad.301887.117.,
32. Ogawa Y et al. Sci Rep. 2018 doi: 10.1038/s41598-018-21130-5.,
33. Hata Y Front Neurosci. 2018 doi: 10.3389/fnins.2017.00751.,
34. Sipp D et al. Cell Stem Cell. 2018 doi: 10.1016/j.stem.2018.01.001.,
35. Takeda H et al. Sci Rep. 2018 doi: 10.1038/s41598-018-20277-5.,
36. Watanabe M,  et al. Mol Pain. 2018 doi: 10.1177/1744806918756406.
37. Matsuzaki S et al. Neurosci Lett. 2018 doi: 10.1016/j.neulet.2017.10.030.,
38. Cartelli D et al. Neurobiol Aging. 2018 doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2017.09.010.,
39. Kojima K et al. Stem Cells Transl Med. 2018, doi: 10.1002/sctm.18-0096.,
40. Nori S et al. Stem Cell Reports. 2018, doi: 10.1016/j.stemcr.2018.10.017.,
41. Matsuo K et al. Bone. 2018 doi: 10.1016/j.bone.2018.11.007.,
42. Suzuki N,  et al.  Am J Ophthalmol. 2018 doi: 10.1016/j.ajo.2018.10.008.,
43. Nagoshi N, et al. Stem Cells Transl Med. 2018 doi: 10.1002/sctm.17-0269.,
44. Kimura H, et al. Sci Rep. 2018 doi: 10.1038/s41598-018-27952-7.,
45. He J, et al. Cornea. 2018 doi: 10.1097/ICO.0000000000001487.
46. Yamanaka R, et al. Curr. Biol. 2018 doi: 10.1016/j.cub.2018.10.044.,
47. Yoshimizu T, et al. JEB 2018  doi: 10.1242/jeb.182790.,
48. Mizotani Y, et al. PNAS 2018 doi: 10.1073/pnas.1808756115.,
49. Ashida K and Oka K BBRC 2019 doi: 10.1016/j.bbrc.2018.11.115.,
50. Watanabe,S.2018 Intl Rev Neurobiol,140,109-129,
51. Watanabe S. et al 2018 Anim Learn Cog,5,201-208,
52. Watanabe,S. 2018 Behav Pharmacol,doi 10.1097/FRB, 
53. Simbo et al 2018 Behav Grain Res,336,156-165,
54. Simbo et al. 2018 Jap J Cog Neurosci, 20,44-51.
55. Fujisawa et al. Cogn Neurosci. 2019 doi: 10.1080/17588928.2018.1426564.,
56. Takemi et al. Neuroimage. 2018 doi: 10.1016/j.neuroimage.2018.08.070. 2018.

学会など招待講演件数(国内・国際) :(うち国内32件、国際25件)

・イベントなど社会貢献の実績:5年
2018年06月06日:
最新医学からみたいのち(東京)

2018年08月30日:
幹細胞技術を用いた神経系疾患の再生医療と病態研究(山形)

2018年11月04日:
世界最速の電顕で体内の探検(東京)

2018年12月16日:
中枢神経系の再生医療と疾患研究(大阪)

2019年01月25日:
中枢神経系の再生医療と疾患研究(東京)

センター活動を通じて特に成果を挙げた事柄

これまでに本センターでは、慶應義塾大学と理化学研究所との包括協定に基づき設置された本人間知性研究センターの研究者を中心として、2014年度からスタートしている国立研究開発法人日本医療研究開発機構(AMED)の「革新的技術による脳機能ネットワークの全容解明プロジェクト」において、慶應義塾大学が参画機関として支援している「中核機関」の一員として重要な成果を積み重ねたことが認められ、導入時点で世界でもまだ3台しか通常稼働していない世界最高速の広範囲撮影用の61本のビームを有するマルチビーム走査電子顕微鏡が慶應義塾大学に2016年に導入され、64個の検出器を備えた最先端の超高解像度顕微鏡蛍光顕微鏡が慶應義塾大学へ2017年度に設置された。
蛍光カルシウムイメージング技術を用いてマーモセット脳の細胞種特異的長期間イメージングの項目を実施するために、近年新規開発された1個2グラムという超小型蛍光顕微鏡nVistaおよび、光刺激も可能となるnVoke顕微鏡が2017,18年は、連続導入され、オートフォーカス機能を搭載するなどしたバージョンアップを2019年2月に実施し、齧歯類のみならず、霊長類の生きた脳の中で神経活動を蛍光プローブで可視したり、光刺激により神経活動を人工的に起こすことが可能となっている。

所員

所員(兼担)

岡野栄之 医学部 生理学 教授
柚崎通介 医学部 生理学 教授
仲嶋一範 医学部 解剖学 教授
入來篤史 医学部 医学部客員教授
古関明彦 医学部 医学部客員教授
小安重夫 医学部 客員教授(非常勤)
芝田晋介 医学部  電子顕微鏡研究室 専任講師
安藤寿康 文学部 人文人関系 教授
梅田聡 文学部 人文人関系 教授
山本淳一 文学部 人文人関系 教授
岡田光弘 文学部 人文哲学系 教授
伊澤栄一 文学部 人文人関系 准教授
川畑秀明 文学部 人文人関系 教授
皆川泰代 文学部 一般 教授
大垣昌夫 経済学部 専門 教授
岡浩太郎 理工学部 生命情報学科 教授
牛場潤一 理工学部 生命情報学科 准教授
前野隆司 システムデザイン・マネジメント研究科 教授
染谷芳明 先導研究センター 特任助教(有期)(研究)(非常勤) 
近藤崇弘 医学部 生理学 特任助教
小林玲央奈 医学部 生理学 特任助教

所員

下井利修 先導研究センター 共同研究員
増田早哉子 先導研究センター 共同研究員
渡辺茂 先導研究センター 共同研究員
山崎由美子 先導研究センター 共同研究員