脳のしわは神経活動の伝播に影響するか？ 非線形物理学で挑む
目標金額を達成しました！
ご支援＆拡散いただいたみなさま
みなさまのご助力のおかげで、予想以上の速さ（公開から7日）で目標金額30万円を達成することができました！！加えてみなさまから大変ありがたい応援メッセージを多数頂戴しました。心より感謝申し上げます。まだ一部お返事できていないものがありますが、追ってご返信させていただきます。1つずつご返信することで、多くの方からご支援いただけていることを実感しています！感謝するとともに、その期待に応えらるようより一層の努力をしていきたいと思います！
ご支援いただいたお金は、所定の計画通り、2019年6月にサンタフェ研究所で行われるサマースクールの参加費として活用させていただきます。
ただサマースクールの参加費は50万円であり、それに加え往復の渡航費10万円が必要であるため、まだ十分な資金調達には至っていません。そこで残りのチャレンジ期間では、参加費の不足分と渡航費を合わせた60万円をセカンドゴールに設定し引き続きご支援をお願いしています。チャレンジ終了までどうぞよろしくお願いいたします！！
academist スタッフからの一言
複雑系科学のメッカ「サンタフェ研究所」で学びたい
田中奈穂美
生物の形の謎に迫る
私は昆虫採集や磯遊びに夢中で取り組む生物好きの少年時代を過ごし、その生物のおもしろさをもっと学びたいという思いから、大学では理学部生物科学科に進学しました。授業では、主にDNAやタンパク質など小さな生体分子を対象とする分子生物学について学び、この生体分子が精巧につくられているため、私たちを含めた生物が成り立っていることを知りました。
一方で、この生体内分子が描き出す世界と子供のころに夢中になっていた実際の生物の形や行動は、すごく遠くにあると感じるようになりました。そこで、生物の行動に関する研究に取り組みたいと考え、博士前期課程では人間情報工学講座で、心理学やバーチャルリアリティ、神経回路網の手法を用いてヒトの行動計測とその数理モデル化を行いました。ここではヒトの行動をモデル化するおもしろさと難しさを学びましたが、それと同時に、自分の興味の対象がヒトの行動ではなく、生物の形にあることに気づきました。身近にいるアリや魚、ハトはどうしてこんな形をとり、どうしてこのような行動をするのか？ さらに、同様の機能を持つ生命をつくるにはどうしたらいいだろうか？ という素朴な問いを解明することこそ、自分の興味の中心なのだということがわかったのです。
そこで博士後期課程からは理学研究科に戻り、生物の形とその行動がどのように実現したかについての研究を行っています。特に現在は主に脳の形づくりに着目し、その基本原理に迫ろうと考えています。
脳の形は神経細胞の活動に影響を与えるのか
大人の脳にはしわがたくさんありますが、受精後間もない胚子の脳には、まったくしわがなく、成長するにつれてしわの数が増えます。胚子の脳に最初にできる数か所のしわの位置は、その後のしわの位置を決定すると考えられているため、この位置決定メカニズムを解明することが脳の形づくりを理解するために重要です。
脳のしわは、主に細胞増殖に伴って形成されます。近年、脳表面上での神経細胞の活動量と細胞増殖率に相関を示す実験結果が得られ、神経細胞の活動（電気信号）がしわの形成に関係し得ることがわかってきました。さらにこの電気信号が脳のどの位置で頻繁に生じるかは、その脳表面の形状に依存することを示唆する実験も報告されています。そこで仮説として、脳表面の形が神経細胞の活動、つまりは電気信号の伝搬経路を決めるのではないかと考え、その伝搬経路をさまざまな形状でコンピュータシミュレーションを行い調べています。
具体的には、実際のヒトの脳表面の計測データから得た曲面上で、非線形物理の手法のひとつである反応拡散方程式を用いて、神経活動の電気信号を模した進行波がどのように伝わるかを調べます。今のところ、波は曲面の形状に従い、その進行方向を変化させることがわかっています。加えて、この曲面による進行方向変化は曲面の形のみから予測できることが幾何的な解析から明らかになっています。これは曲面の形状と波の伝搬経路を直接結びつける結果です。
今後は、この表面形状とその成長に関わる波の進行方向の相互作用による形づくりの理論を、脳以外の生物の形、そして生物と同様に形を自発的に変えていくような人工生命にも応用したいと考えています。
複雑系科学のメッカ「サンタフェ研究所」で非線形物理学を学びたい
生物の形づくりの原理を解明し、その原理を用いて人工生命の設計をすることが私の研究の最終目標です。その目標に向けて研究をさらに進めるためには、非線形物理の手法をより深く学ぶ必要があると感じるようになりました。そこで非線形物理を含む複雑系科学のメッカであり、私の憧れの研究所でもあるサンタフェ研究所で2019年6月〜7月に開催されるサマースクールに応募することにしました。
サンタフェ研究所は、1984年にアメリカ合衆国ニューメキシコ州サンタフェに複雑系科学を推進するために設立されました。そして現在私が興味を持っている「人工生命」と呼ばれる学問が誕生したのも、このサンタフェ研究所なのです。
サンタフェ研究所のサマースクールは、過去30回のグループワークのプロジェクトの約7割が共同研究に発展し、約3割が論文出版に至っています。この数値は他のサマースクールと比べて極めて高く、サマースクール終了後も海外の優秀な研究者と交流を継続できることを示しています。講義内容は非線形物理、ゲーム理論、学習理論、確率過程、ネットワーク科学、計算機科学、人工知能、情報理論と幅広く、それぞれの分野の第一線で研究を行っている専門家が世界中からサンタフェに集結します。これらの専門家の講義を一度に受けられる機会はこのサンタフェ研究所でのサマースクール以外にはありません。広い分野を短期間で集中的に学ぶことで、複雑系科学を俯瞰して学び、自分の研究の指針をより正確に立てることができるようになります。
研究費サポートのお願い
そんな憧れのサンタフェ研究所のサマースクールに応募したところ、世界中から優秀な博士後期課程の学生、若手研究者が参加する高倍率の選考を見事突破し、参加許可をいただくことができました。しかし参加費は高額であり、支給はされません。
所属研究科で募集している奨学金や民間企業の奨学金に応募しましたが、結果はことごとくだめでした。サマースクールの参加費は支援対象外といわれ門前払いをされることもありました。それでもなんとかして憧れのサンタフェ研究所に行きたいという思いは日に日に増し、今回、クラウドファンディングに挑戦することにしました。ご支援いただいた研究費はサマースクールの参加費と渡航費として利用させていただきます。
今回のサマースクール参加は「生物はどうしてこんな形をしていて、どうしてこのような行動をするのだろうか？ 生物と同様の人工生命をつくれないだろうか？」という問いに答える私の大きなプロジェクトの重要な一部です。自分の知識の幅を短期間でさらに広げるチャンスだと考えていますので、ご支援のほどどうぞよろしくお願いいたします。
挑戦者の自己紹介
堀部和也
今回の活動はtwitterやFacebookでも積極的に発信していきます。
研究計画
| 時期 | 計画 |
|---|---|
| 2019年4月 | クラウドファンディング挑戦 |
| 2019年6月 | サマースクール参加 |
| 2019年7月 | 帰国、サイエンスカフェ（予定） |
| 2019年9月 | バーモント大学にて研究留学（予定） |
| 2020年4月 | 帰国（予定） |
| 2020年6月 | ALIFE 2020 Montrealにて成果報告（予定） |
リターンの説明
サンタフェ研究所の様子や、現地での活動内容が伝わるオリジナル画像をお送りします。またダウンタウンはネイティブアメリカンの長い歴史、文化に加え、17世紀初頭から始まる統治国のスペイン文化、それに続くメキシコ文化が交じり合った独特の街並みをしています。映える写真をお届けしたいと思います！
現地で撮影したオリジナル画像（10枚）
4人のサポーターが支援しています （数量制限なし）
サンタフェ研究所の様子やサマースクールの活動内容などをレポートにまとめてお送りします。応援よろしくお願いいたします！
サマースクール参加報告レポート（PDF） / 現地で撮影したオリジナル画像（10枚）
5人のサポーターが支援しています （数量制限なし）
サイエンスカフェにご招待いたします。開催日は2019年7月13日で、場所は大阪を予定しています。当日はサマースクールの内容と取り組んでいる研究についてお話させていただきますので、ご参加をお待ちしています！
（※当日ご参加いただけない場合には、後日資料を共有させていただきます。また、会場までの交通費はご負担をお願いいたします。）
（プランA）サイエンスカフェ参加権 / サマースクール参加報告レポート（PDF） / 現地で撮影したオリジナル画像（10枚）
2人のサポーターが支援しています （数量制限なし）
サマースクールで私がとった講義ノートをもとに技術書を書き、お送りします。内容は学部教養課程の数学（微積分、線形代数、確率）が前提にあれば理解できるようなものです。これを読めばサマースクールで実際どんなことを教えているかを知ることができます。
また、ビジネスチャットであるSlack上の「複雑系科学・人工生命オンラインコミュニティ」に招待致します。雑談から面白い記事の共有、さらには共同研究・プロダクトに発展するかもしれないタネを育てる場所をみなさんと一緒につくりたいです。複雑系科学・人工生命に関する技術に興味がある方、そして周りに議論する人が見当たらずくすぶっているコアなファンの方お待ちしております！
（プランB）サマースクールの講義内容に即した技術書（PDF）と「複雑系科学・人工生命オンラインコミュニティ」への招待券 / サマースクール参加報告レポート（PDF） / 現地で撮影したオリジナル画像（10枚）
14人のサポーターが支援しています （数量制限なし）
本研究に関して学会発表をする際、謝辞にお名前を掲載し、当日の発表資料（電子）を送付致します。また学術雑誌に発表する際、論文の謝辞にお名前を掲載させていただき、論文のPDFを送付します。
※研究成果をまとめられるよう努力いたしますが、論文の掲載に至らない可能性もございますこと、ご承知おきいただけますと幸いです。
学会発表の発表資料の謝辞と論文謝辞にお名前掲載 / （プランB）サマースクールの講義内容に即した技術書（PDF）と「複雑系科学・人工生命オンラインコミュニティ」への招待券 / （プランA）サイエンスカフェ参加権 / サマースクール参加報告レポート（PDF） / 現地で撮影したオリジナル画像（10枚）
7人のサポーターが支援しています （数量制限なし）
今回のサマースクールをきっかけに、人工生命の分野全体を現在の視点から俯瞰する冊子をつくろうと考えています。ブーム期（1980年代）の教科書は何冊かありますが、ブーム期から現在の研究動向を解説した資料が日本語ではいまだ実現されていません。ただし分野全体を1人で書ききるのは大変です。そこでみなさんと一緒に人工生命の冊子を書きたい！共同執筆を希望されない方は、製作した冊子にお名前を掲載させていただきます。
現代版人工生命に関する冊子の共同執筆権 / 学会発表の発表資料の謝辞と論文謝辞にお名前掲載 / （プランB）サマースクールの講義内容に即した技術書（PDF）と「複雑系科学・人工生命オンラインコミュニティ」への招待券 / （プランA）サイエンスカフェ参加権 / サマースクール参加報告レポート（PDF） / 現地で撮影したオリジナル画像（10枚）
0人のサポーターが支援しています （数量制限なし）
脳表面を模した曲面上で、進行波をシミュレーションするためのソースコードを共有し、テレビ会議等でソースコードの解説を行います。ソースコードの解説だけではなく、フリーディスカッションにも対応いたします。
曲面上で進行波をシミュレーションするためのソースコードの共有と解説（フリーディスカッションも可） / 現代版人工生命に関する冊子の共同執筆権 / 学会発表の発表資料の謝辞と論文謝辞にお名前掲載 / （プランB）サマースクールの講義内容に即した技術書（PDF）と「複雑系科学・人工生命オンラインコミュニティ」への招待券 / （プランA）サイエンスカフェ参加権 / サマースクール参加報告レポート（PDF） / 現地で撮影したオリジナル画像（10枚）
4人のサポーターが支援しています （数量制限なし）
サンタフェ研究所のサマースクールの様子をレポート記事としてまとめ、掲載できる権利です。記事内容の詳細や記事公開のスケジュールは、個別に相談させていただきます。
レポート記事の掲載権 / 曲面上で進行波をシミュレーションするためのソースコードの共有と解説（フリーディスカッションも可） / 現代版人工生命に関する冊子の共同執筆権 / 学会発表の発表資料の謝辞と論文謝辞にお名前掲載 / （プランB）サマースクールの講義内容に即した技術書（PDF）と「複雑系科学・人工生命オンラインコミュニティ」への招待券 / （プランA）サイエンスカフェ参加権 / サマースクール参加報告レポート（PDF） / 現地で撮影したオリジナル画像（10枚）
0人のサポーターが支援しています （数量制限なし）
帰国後、サマースクールでの体験談などについて、ご指定の場所で講演を行います。講演内容の詳細や日程は個別に相談し、決定します。
※遠方の場合には、旅費・宿泊費等は別途頂戴いたしますのでご留意ください。
イベントへの登壇権 / レポート記事の掲載権 / 曲面上で進行波をシミュレーションするためのソースコードの共有と解説（フリーディスカッションも可） / 現代版人工生命に関する冊子の共同執筆権 / 学会発表の発表資料の謝辞と論文謝辞にお名前掲載 / （プランB）サマースクールの講義内容に即した技術書（PDF）と「複雑系科学・人工生命オンラインコミュニティ」への招待券 / （プランA）サイエンスカフェ参加権 / サマースクール参加報告レポート（PDF） / 現地で撮影したオリジナル画像（10枚）
0人のサポーターが支援しています （数量制限なし）
当サイトは SSL 暗号化通信に対応しております。入力した情報は安全に送信されます。
現地で撮影したオリジナル画像（10枚）
4
人
が支援しています。
（数量制限なし）
サマースクール参加報告レポート（PDF） 他
5
人
が支援しています。
（数量制限なし）
（プランA）サイエンスカフェ参加権 他
2
人
が支援しています。
（数量制限なし）
（プランB）サマースクールの講義内容に即した技術書（PDF）と「複雑系科学・人工生命オンラインコミュニティ」への招待券 他
14
人
が支援しています。
（数量制限なし）
学会発表の発表資料の謝辞と論文謝辞にお名前掲載 他
7
人
が支援しています。
（数量制限なし）
現代版人工生命に関する冊子の共同執筆権 他
0
人
が支援しています。
（数量制限なし）
曲面上で進行波をシミュレーションするためのソースコードの共有と解説（フリーディスカッションも可） 他
4
人
が支援しています。
（数量制限なし）
レポート記事の掲載権 他
0
人
が支援しています。
（数量制限なし）
イベントへの登壇権 他
0
人
が支援しています。
（数量制限なし）
academist Prize 2nd 採択
