全ゲノム解析で明らかになる日本人の遺伝的起源と特徴
理化学研究所（理研）生命医科学研究センター ゲノム解析応用研究チームの寺尾 知可史 チームリーダー（静岡県立総合病院 臨床研究部 免疫研究部長、静岡県立大学 薬学部ゲノム病態解析講座 特任教授）、劉 暁渓 上級研究員（研究当時：ゲノム解析応用研究チーム 研究員; 静岡県立総合病院 臨床研究部 研究員）、東京大学医科学研究所附属ヒトゲノム解析センター シークエンス技術開発分野の松田 浩一 特任教授らの共同研究グループは、大規模な日本人の全ゲノムシークエンス（WGS）[1]情報を分析し、日本人集団の遺伝的構造、ネアンデルタール人[2]およびデニソワ人[3]由来のDNAと病気の関連性、そしてゲノムの自然選択が影響を及ぼしている領域を複数発見しました。 本研究成果は、日本人集団の遺伝的特徴や起源の理解、さらには個別化医療[4]や創薬研究への貢献が期待されます。 今回、共同研究グループは、バイオバン
カマキリを操るハリガネムシ遺伝子の驚くべき由来
理化学研究所（理研）生命機能科学研究センター 染色体分配研究チームの三品 達平 基礎科学特別研究員（研究当時、現 客員研究員）、京都大学 生態学研究センターの佐藤 拓哉 准教授、国立台湾大学の邱 名鍾 助教、大阪医科薬科大学 医学部の橋口 康之 講師（研究当時）、神戸大学 理学研究科の佐倉 緑 准教授、岡田 龍一 学術研究員、東京農業大学 農学部の佐々木 剛 教授、福井県立大学 海洋生物資源学部の武島 弘彦 客員研究員らの国際共同研究グループは、ハリガネムシのゲノムにカマキリ由来と考えられる大量の遺伝子を発見し、この大規模な遺伝子水平伝播[1]がハリガネムシによるカマキリの行動改変（宿主操作[2]）の成立に関与している可能性を示しました。 本研究成果は、寄生生物が系統的に大きく異なる宿主の行動をなぜ操作できるのかという謎を分子レベルで解明することに貢献すると期待されます。 自然界では、寄生
国宝油滴天目茶碗の曜変（光彩）の秘密を探る
理化学研究所（理研）光量子工学研究センター 先端光学素子開発チームの海老塚 昇 研究員と開拓研究本部 石橋極微デバイス工学研究室の岡本 隆之 専任研究員（研究当時）の研究チームは、国宝油滴天目（ゆてきてんもく）茶碗[1]の青紫色の光彩、いわゆる曜変（ようへん）の発色を油滴（油の滴に似た斑点）の反射と釉薬（ゆうやく、うわぐすり）の2次元回折格子[2]構造によって説明しました。 本研究成果は油滴天目茶碗や曜変天目（ようへんてんもく）茶碗の鑑賞のために最適な照明を提案できる上、釉薬の配合や焼成（焼き締め、焼結）方法を解明する糸口になると期待されます。 曜変とは漆黒の釉薬が厚くかかった建盞（けんさん。中国の宋時代の10～13世紀に建窯（けんよう。中国福建省にあった名窯）において焼成された、鉄質黒釉（こくゆう）の天目茶碗）の内面に大小さまざまな斑点が浮かび、その周りが暈（かさ）のように青く輝き、その
培養神経回路において自由エネルギー原理を実証
理化学研究所（理研）脳神経科学研究センター 脳型知能理論研究ユニットの磯村 拓哉 ユニットリーダーらの国際共同研究グループは、近年注目される脳理論「自由エネルギー原理[1]」により培養神経回路の自己組織化[2]を予測できることを明らかにし、自由エネルギー原理に予測的妥当性があることを実証しました。 本研究成果は、神経回路の自己組織化原理の解明、ならびに生物の脳の自己組織化を予測するデジタル脳[3]開発に向けた重要なステップであると言えます。将来的には、薬品が知覚に影響を及ぼすメカニズムの理解や、自律的に学習するニューロモルフィックデバイス[4]の創出に貢献すると期待できます。 自由エネルギー原理はさまざまな脳機能を説明できる仮説ですが、検証不可能なものであると見なす専門家も多く、自由エネルギー原理が神経回路レベルにおいて正しいかどうかは、これまで本格的に検証されていませんでした。 今回、国
神経回路は潜在的な統計学者
理化学研究所（理研）脳神経科学研究センターの磯村拓哉ユニットリーダーらの国際共同研究グループは、どのような神経回路も「自由エネルギー原理[1]」と呼ばれる近年注目される脳理論に従っており、潜在的に統計学的な推論[2]を行っていることを数理解析により明らかにしました。 本研究成果は、自由エネルギー原理の神経基盤への理解を進め、将来的には精神疾患の早期診断・治療への応用や、ヒトのように学習する脳型コンピュータ・人工知能の開発に貢献すると期待できます。 私たちは目や耳から受けた感覚入力が背後の原因からつくられる仕組みを推論することで、将来を予測し適切に行動できます。自由エネルギー原理は、それらを統一的に説明できる脳の理論です。しかし、脳の基本単位である神経細胞やシナプス結合[3]がどのように自由エネルギー原理を実装しているかは未解明です。 今回、国際共同研究グループは、神経活動の方程式から神経生
スーパーコンピュータ「富岳」政策対応枠における大規模言語モデル分散並列学習手法の開発について | 理化学研究所
国立大学法人東京工業大学（注1）（以下、東京工業大学）、国立大学法人東北大学（注2）（以下、東北大学）、富士通株式会社（注3）（以下、富士通）、国立研究開発法人理化学研究所（注4）（以下、理化学研究所）は、「富岳」政策対応枠において、スーパーコンピュータ「富岳」を活用した大規模言語モデル（Large Language Model, LLM）（注5）の分散並列学習手法の研究開発を2023年5月から実施します。 大規模言語モデルは、ChatGPT（注6）をはじめとする生成AIの中核として使用されている深層学習のAIモデルであり、4者は今後今回の研究開発の成果物を公開することで、アカデミアや企業が幅広く使える大規模言語モデルの構築環境を整え、国内におけるAIの研究力向上に貢献し、学術および産業の両面で「富岳」の活用価値を高めることを目指します。 背景 ChatGPTに代表される大規模深層学習モデ
グラフが論理的思考力を高める
図1 リンクの種類（意味的関係） 文と文の間の関係などはISO（国際標準化機構）の国際標準になっており、図の意味的関係の集合はそれらの国際標準を参考にして策定したもの。こうした関係の集合は言語に依存しないと考えられる。 従って、テキストの代わりにグラフを正式の文書として作成・編集・活用すれば、教育や業務、研究における文書処理（文書の作成・編集・活用）の効率が高まるはずです。さらに、グラフ作成者の批判的思考力が高まるため、文書処理に限らないさまざまな場面で知的生産性が向上すると考えられます。 テキストよりもグラフの方が文書処理の効率が高いのも、グラフを作成すると批判的思考力が高まるのも、グラフが論理的な構造を明示的に表現し、操作を容易にしているからだと考えられます。セマンティックエディタは、論理的な構造の操作をさらに容易にすることで、グラフのこのようなメリットを増大させると期待されます。 し
量子コンピュータを利用できる「量子計算クラウドサービス」開始
理化学研究所（理研）量子コンピュータ研究センターの中村 泰信 センター長、産業技術総合研究所 3D集積システムグループの菊地 克弥 研究グループ長、情報通信研究機構 超伝導ICT研究室の寺井 弘高 室長、大阪大学 量子情報・量子生命研究センターの北川 勝浩 センター長（大学院基礎工学研究科 教授）、藤井 啓祐 副センター長（大学院基礎工学研究科 教授、理研 量子計算理論研究チーム チームリーダー）、富士通株式会社 量子研究所の佐藤 信太郎 所長、日本電信電話株式会社 コンピュータ＆データサイエンス研究所の徳永 裕己 特別研究員らの共同研究グループは、2023年3月27日に量子コンピュータ[1]をクラウド公開し、外部からの利用を開始します。 本研究成果は、国内の量子計算プラットフォームの利用拡大に貢献します。 量子力学の基本原理を計算・通信・計測といった情報科学・情報処理技術にも適用するため
量子コンピュータ研究センター | 理化学研究所
20世紀初頭に誕生した量子力学は、物理学の基礎理論として科学の広汎な分野の発展に貢献してきました。現在の情報社会に不可欠なコンピュータやインターネットの技術もすべて量子力学の恩恵を受けているといっても過言ではありません。しかし20世紀の終わりから急速に発展してきた量子情報科学の観点では、人類はまだ量子力学を完全に使いこなしていないということが明らかになってきました。量子コンピュータ研究センターでは、量子力学の原理に基づく革新的な情報処理技術としての量子コンピュータの実現を目指して、ハードウェアからソフトウェアまで、また基礎科学から応用まで一貫した研究開発に取り組み、量子技術の可能性を拡げていきます。 副センター長： 古澤 明（Ph.D.）、萬 伸一（Ph.D.） 研究主分野 総合理工 研究関連分野 工学 情報学 複合領域 数物系科学 計算科学 原子・分子・量子エレクトロニクス 応用物理学一
4個の中性子だけでできた原子核を観測
理化学研究所（理研）仁科加速器科学研究センター多種粒子測定装置開発チームの大津秀暁チームリーダー、スピン・アイソスピン研究室のバレリー・パニン特別研究員（研究当時、現客員研究員）、ダルムシュタット工科大学のメイテル・デュア研究員、ステファノス・パシャリス研究員（研究当時）、トーマス・オウマン教授、東京大学大学院理学系研究科附属原子核科学研究センターの下浦享教授（研究当時）、東京工業大学理学院物理学系の中村隆司教授、近藤洋介助教らの国際共同研究グループは、理研の重イオン[1]加速器施設「RIビームファクトリー（RIBF）[2]」の多種粒子測定装置「SAMURAIスペクトロメータ[3]」を用いて、4個の中性子だけでできた原子核「テトラ中性子核」の観測に成功し、陽子を含まない複数個の中性子が原子核を構成して存在できる新たな証拠を得ました。 本研究成果は、陽子を1個も含まない、いわば「原子番号ゼロ
蒸発するブラックホールの内部を理論的に記述
理化学研究所（理研）数理創造プログラムの横倉祐貴上級研究員らの共同研究チームは、量子力学[1]と一般相対性理論[2]を用いて、蒸発するブラックホールの内部を理論的に記述しました。 本研究成果は、ブラックホールの正体に迫るものであり、遠い未来、情報[1]を蓄えるデバイスとしてブラックホールを活用する「ブラックホール工学」の基礎理論になると期待できます。 近年の観測により、ブラックホールの周辺のことについては徐々に分かってきましたが、その内部については、極めて強い重力によって信号が外にほとんど出てこられないため、何も分かっていません。また、ブラックホールは「ホーキング輻射[3]」によって蒸発することが理論的に示されており、内部にあった物質の持つ情報が蒸発後にどうなってしまうのかは、現代物理学における大きな未解決問題の一つです。 今回、共同研究チームは、ブラックホールの形成段階から蒸発の効果を直
発達期の脂肪酸不足が統合失調症発症に関連 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合研究センター分子精神科学研究チームの吉川武男チームリーダー、前川素子研究員らの共同研究グループ※は、マウスを用いた研究により、脳発達期の脂肪酸[1]の摂取不良が統合失調症発症リスクに関与する可能性があることを示しました。 統合失調症は、幻覚、妄想、認知機能異常など、さまざまな症状が現れる精神疾患です。その生涯罹患率は人口の約1％と高く注1,2）、一旦発症すると、完全な回復は困難であることが少なくないため、より効果的な治療法や予防法の開発が望まれています。統合失調症は主に思春期以降に発症しますが、発症しやすさには遺伝要因に加えて環境要因が関わることが知られています。オランダと中国における独立した二つの大飢饉の期間に妊娠期を迎えた母親から生まれた子どもは、将来の統合失調症発症率が約2倍なったという疫学的知見注3,4)をもとに、「妊娠期の一時的な栄養不良」が環
熟練の研究者の「勘と経験」を誰でも簡単に再現 | 理化学研究所
JST戦略的創造研究推進事業において、JSTの星野 学 さきがけ専任研究者（理化学研究所 創発物性科学研究センター 物質評価支援チーム 研究員）らは、数時間から数日かけて得る単結晶構造解析結果を、数分で計測した予備的なデータから事前評価ができる技術を開発しました。 単結晶構造解析は、単結晶試料にＸ線を照射して数千から数万個のデータを計測して、それらをコンピューターで処理しながら行います。そのため、時間をかけてデータを計測、解析してからでないと、選別した試料が研究の目的に相応しいのか、精度の良い解析結果が得られたのかを確認することができません。 現状における試料の選別やデータ計測の条件設定は、数分で行う予備計測の結果に基づいて熟練した研究者が「勘と経験」で行なっています。 本研究グループは、熟練の研究者による「勘と経験」を統計解析に置き換える技術を開発し、経験が少ない研究者でも単結晶構造解析
自閉症の局所的な神経情報処理特性 | 理化学研究所
理化学研究所（理研）脳神経科学研究センター高次認知機能動態研究チームの渡部喬光副チームリーダーらの国際共同研究チーム※は、高機能自閉症スペクトラム（ASD）[1]当事者の症状が、脳内の「感覚関連脳領域」や「尾状核[2]」における局所的な神経情報処理特性と関連していることを発見しました。 本研究成果は、ASDの多様な症状の統一的理解の発展に貢献し、将来的にはASDの早期診断・早期介入の手がかりになると期待できます。 ASDは、コミュニケーションの困難さやこだわりの強さなどを特徴とする発達障がい[3]の一つです。これらASDの症状と脳内の情報処理に関わる神経ダイナミクスの関係について、これまで脳全体では研究されていましたが、局所的な脳領域ではほとんど調べられていませんでした。 今回、国際共同研究チームは、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）[4]を用いて、「神経活動の時間スケール[5]」をヒトの脳
革新知能統合研究センター | 理化学研究所
革新知能統合研究センターは、革新的な人工知能基盤技術を開発し、それらを応用することにより、科学研究の進歩や実社会における課題解決に貢献することを目指しています。加えて、人工知能技術の普及に伴って生じる倫理的・法的・社会的問題に関する研究を行っています。具体的には、(1) 汎用基盤技術研究グループにおいて、深層学習の仕組みの解明や、新しい原理に基づく次世代人工知能技術の創出を目指し、(2) 目的指向基盤技術研究グループにおいて、再生医療・材料開発・ものづくりなど日本が高い国際競争力を持つ分野の強化、および高齢者ヘルスケア・防災減災・インフラ管理といった社会的課題への取り組み等を進めています。また、(3) 社会における人工知能研究グループでは、データ流通やプライバシー保護に関する技術開発や、法整備を含めた人と人工知能の関わり方について研究しています。さらに、様々な企業・大学・研究所・プロジェク
脳の基本単位回路を発見 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合研究センター局所神経回路研究チームの細谷俊彦チームリーダー、丸岡久人研究員らの研究チーム※は、哺乳類の大脳皮質[1]が単純な機能単位回路の繰り返しからなる六方格子状の構造を持つことを発見しました。 大脳はさまざまな皮質領野[2]に分かれており、それぞれ感覚処理、運動制御、言語、思考など異なる機能をつかさどっています。大脳は極めて複雑な組織なため、その回路の構造には不明な点が多く残っています。特に、単一の回路が繰り返した構造が存在するか否かは不明でした。 今回、研究チームは、大脳皮質に6層ある細胞層の一つである第5層をマウス脳を用いて解析し、大部分の神経細胞が細胞タイプ特異的なカラム状の小さなクラスター（マイクロカラム）を形成していることを発見しました。マイクロカラムは六方格子状の規則的な配置をとっており、機能の異なるさまざまな大脳皮質領野に共通に存在して
タバコを吸いたい気持ちを自己制御する2つの脳部位を発見 | 理化学研究所
ポイント 大脳前頭前野の2つの部位の連携が、喫煙欲求を形成する 喫煙可能性の状況判断は背外側前頭前野が、喫煙欲求そのものは眼窩前頭皮質が形成 2つの部位の連携強化が薬物依存症に関わる可能性があり、新治療法の開発に期待 要旨 理化学研究所（野依良治理事長）は、タバコを吸いたいという欲求（喫煙欲求）が大脳の前頭前野[1]腹内側部（眼窩(がんか)前頭皮質）の活動により形成されており、さらに前頭前野の背外側面（背外側前頭前野）が喫煙に関わる状況に応じて喫煙欲求を促進していることを、機能的MRI法（fMRI）[2]および経頭蓋磁気刺激法(TMS)[3]の2つの先端技術を組み合わせた手法で明らかにしました。これは、理研分子イメージング科学研究センター（渡辺恭良センター長）分子プローブ機能評価研究チーム（尾上浩隆チームリーダー）林拓也副チームリーダーと、カナダ マギル大学モントリオール神経研究所のアラン
海馬から大脳皮質への記憶の転送の新しい仕組みの発見 | 理化学研究所
海馬から大脳皮質への記憶の転送の新しい仕組みの発見 －記憶痕跡（エングラム）がサイレントからアクティブな状態またはその逆に移行することが重要－ 要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合研究センター理研-MIT神経回路遺伝学研究センターの利根川進センター長と北村貴司研究員、小川幸恵研究員、ディラージ・ロイ大学院生らの研究チーム※は、日常の出来事の記憶（エピソード記憶）が、マウスの脳の中で時間経過とともに、どのようにして海馬から大脳新皮質へ転送され、固定化されるのかに関する神経回路メカニズムを発見しました。 海馬は、エピソード記憶の形成や想起に重要な脳領域です。先行研究により、覚えた記憶は、時間経過とともに、海馬から大脳皮質に徐々に転送され、最終的には大脳皮質に貯蔵されるのではないかとのアイデアがありますが、大脳皮質への記憶の転送に関して、神経回路メカニズムの詳細はほとんど分かっていませんでした。
式が書ければ「京」が使える | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）計算科学研究機構コデザイン推進チームの村主崇行特別研究員らと、千葉大学の堀田英之特任助教、神戸大学の牧野淳一郎教授、京都大学の細野七月特任助教、富士通株式会社の井上晃マネージャーらの共同研究グループ※は、スーパーコンピュータ「京（けい）」[1]を用いて、数式のような簡潔な指示を書くだけでスーパーコンピュータでの計算に必要となる高度なプログラムを自動生成できるプログラミング言語「Formura」を開発しました。 スーパーコンピュータでの計算に必要となるプログラムはときに数十万行にも及び、作成やチューニングは大変困難です。一方で、原理的にはシミュレーションしたい自然現象とその離散化法[2]を指定すれば、プログラムは機械的に生成できます。しかし、プログラミングはシミュレーションとコンピュータ双方に深い知識が必要となる非常に高度な作業であり、多数の計算機を協調して動作させ
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