人間の脳は、既知の宇宙において最も複雑な構造の一つです。約1000億個のニューロンから構成され、それぞれが数千ものシナプスを介して他のニューロンと繋がり、想像を絶するほど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、思考、感情、そして意識を形作ります。単純な反射から深遠な哲学的思考に至るまで、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。

脳に関する研究は数十年にわたり深遠なものとなってきましたが、人類の脳の謎に対する理解は未だ浅薄です。2021年、 『サイエンス』誌は世界で最も先端的な科学的疑問を125件掲載しましたが、そのうち16件は脳科学と密接に関連していました。これらの疑問は、脳の構造と機能がどのように連携するのか、複雑な神経ネットワークがどのように行動や認知を形作るのかなど、問題の核心に迫るものです。これらの未解明の謎は、脳科学研究の深遠な課題を明らかにするだけでなく、脳機能のメカニズムを探求したいという人類の切実な願いを反映しています。

一方、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、パーキンソン病といった脳疾患による社会的負担は年々増大しています。しかしながら、これらの疾患の予防法や治療法は現状では限られています。そのため、脳疾患の発生と進行のメカニズムを深く理解し、より正確で効果的な治療法を患者に提供するために、科学界からのさらなる投資が求められています。

このような背景から、E11 Bioは2022年に設立されました。非営利のFocused Research Organization（FRO）として初めて、 E11 Bioはフルスタックの脳構造マッピング技術の構築に注力しており、科学者や医学研究者に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提供しています。

E11 Bio公式サイト:
https://e11.bio/

E11 バイオ: 科学を駆使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進歩を支援し、重要な社会的課題に対処するため、元Google CEOのエリック・シュミット氏と妻のウェンディ・シュミット氏は、2017年に慈善事業イニシアチブ「シュミット・フューチャーズ」を設立しました。このイニシアチブは、高度な研究に資金を提供し、支援することで、最先端の科学技術のブレークスルーを世界中で推進することを目指しています。

Schmidt Futuresは成長するにつれ、そのビジョンはより明確になっていきました。2021年には、Convergent Researchという新しい組織がSchmidt Futuresから分離し、FROの創出と支援に重点を置く独立した非営利団体となりました。これらのFROは、研究コミュニティにおけるスタートアップのような存在であり、特定の目標に焦点を絞ったチームで構成され、CEOのリーダーシップの下、研究資金や商業化のプレッシャーを受けることなく、研究に専念しています。

バイオテクノロジー企業であるE11 Bioは、世界初の非営利自由研究組織（FRO）です。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E11 Bioの共同創設者兼CEOは、アンドリュー・ペインです。彼は、最先端の空間・分子的手法、特に超解像顕微鏡法や、ゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクスにおける空間分解研究において豊富な経験を有しています。

アンドリュー・ペインはトロント大学で工学物理学の学士号を取得後、MITのエド・ボイデン教授のチームに加わり、博士号取得を目指しました。博士課程では、哺乳類の脳スケールにおける神経回路構造のマッピング技術の開発に注力しました。博士課程在籍中、ペインは革新的な空間分解分子顕微鏡技術を開発し、顕微鏡画像を当初の4色から40億色のデジタルカラーに拡張しました。この技術は脳構造の精密マッピングに全く新しい視点をもたらし、「in situゲノムシーケンシングにより、無傷の生物学的サンプルにおけるDNA配列と構造が解明される」と題された関連論文がScience誌に掲載されました。

論文の宛先:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aay3446

E11 Bioの共同創設者兼CEO、アンドリュー・ペイン氏

E11 Bio チームは、Andrew Payne 氏に加え、神経解剖学の主任科学者 Johan Winnubst 氏、光コネクトミクスの専門家 Julia Michalska 氏と Hugo Damstra 氏、機械学習科学者 Arlo Sheridan 氏など、数名のトップ科学者で構成されています。

E11 バイオチーム

チームの運営は、最高執行責任者（COO）のジュン・アクスアップ氏によって強力に支えられていることは特筆に値します。ジュン・アクスアップ氏は、世界有数のライフサイエンスアクセラレーターであるIndieBioで最高科学責任者（CSO）兼パートナーを務めた経歴を持ち、スクリプス研究所で化学生物学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、実験ロボット工学、CRISPR、精密医療の分野で豊富な起業経験を持ち、 2つのスタートアップ企業の共同設立者でもあります。彼女は、人々の健康と寿命の向上、脳の謎の解明、そして気候変動という地球規模の課題への取り組みに情熱を注いでいます。

E11 Bioの最高執行責任者、ジュン・アクスアップ氏

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筋も提供します。

PRISMテクノロジーの発表：全脳コネクトミクス革命を推進する新たなエンジン

E11 Bioは設立以来、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構築に尽力し、この技術をDNAシーケンシングと同様にアクセスしやすく、あらゆる神経科学者が容易に利用できるようにすることを目指してきました。2年間の継続的な努力を経て、E11 Bioは脳科学研究分野における画期的な進歩を達成しました。

12月3日、E11 BioはPRISM技術の導入を発表しました。この技術は、E11 Bio、クリック研究所のサム・ロドリゲス研究室、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、そしてハワード・ヒューズ医学研究所（HHMI）によって共同開発されました。PRISMの登場は、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となります。

PRISM テクノロジーの核心は、極めて低コストで脳全体の何百万もの細胞間の接続をマッピングすることにあります。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、将来的に人間の脳の探究の可能性が広がります。

具体的には、 PRISMは、分子アノテーションを用いた反復染色によって光学コネクトームを再構築することで、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。研究者は各細胞に、細胞識別子（バーコード）として機能する異なるタンパク質の組み合わせを生成するよう指示します。拡張顕微鏡技術と特殊な染色手順を用いることで、これらのバーコードは画像データに正確なアノテーションを提供します。このアノテーションは、AIベースの「自己修正型」画像セグメンテーションモデルの開発をさらに促進し、手作業による修正の必要性を大幅に削減し、コストを約95%削減することに成功しました。

同時に、PRISMは様々な技術的最適化を通じて、従来のコネクトミクス研究における主要なコスト課題に対処してきました。例えば、光シート顕微鏡法と拡張顕微鏡法を組み合わせることで、研究者は電子顕微鏡法の10分の1のコストで同等の解像度とスループットを実現できます。さらに、GPUアクセラレーションによるセグメンテーションアルゴリズム（局所形状記述子など）によって効率がさらに向上し、セグメンテーションコストはウェルカムトラストの推定値の10分の1から100分の1にまで低減されます。これらの一連のイノベーションにより、全脳コネクトミクス研究の全体的なコストは少なくとも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、1936 年に設立された英国を拠点とする生物医学研究慈善団体です。その使命は、世界中の医学および生物科学研究に資金を提供し、人間と動物の健康を改善することです。

PRISM方法論図、出典：Julia Khul

PRISM技術は、脳科学研究への参入障壁を下げるだけでなく、より人間に近い人工知能の開発、脳疾患の治療、そしてヒトの脳回路のシミュレーションに重要な支援を提供します。この画期的な成果は、神経科学の最前線を大きく前進させるでしょう。PRISM研究の詳細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る予定です。また、同時に手法のテストバージョンも公開される予定です。

人間の脳の究極の秘密を解き明かす：世界的な脳科学コンテストが本格化しています。

脳の謎を徹底的に解明し、脳のような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、世界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ます。

2005年、スイス連邦政府の支援を受けて、スイスの神経科学者ヘンリー・マークラム教授は、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ました。

2013年、当時のオバマ大統領は国立衛生研究所（NIH）が主導する脳革新神経技術（BRAIN）プログラムを立ち上げた。

2014年、日本は文部科学省と日本医療研究開発機構から総額3億6,500万ドルの資金提供を受け、10年間にわたる「統合神経技術を用いた疾患研究のための脳アトラス」（BRAIN/MINDS）プロジェクトも開始した。

同年、中国の脳科学研究者は、香山科学会議において、中国脳科学計画の目標、課題、実現可能性について具体的に議論しました。 2016年、中国は第13次五カ年計画において「脳科学及び脳型研究」を国家の主要科学技術イノベーション・エンジニアリングプロジェクトに位置付け、「中国脳計画」を本格的に始動させました。 2021年には、中国の「脳科学及び脳型研究」計画が正式に開始されました。

我が国の脳プロジェクトは比較的遅れて始まったものの、研究力において驚異的な強さを示してきました。例えば、中国科学院脳科学・知能技術卓越センターは、長年にわたり脳ネットワークと神経疾患の研究に注力しており、特に霊長類動物モデルの確立において国際的に主導的な地位を占めています。

清華大学、北京大学、復旦大学、山東大学などの大学は、神経ネットワークモデリング、脳疾患のメカニズム、脳に着想を得た人工知能といった分野に特化した脳科学研究センターを設立しています。さらに、中国初の総合的な脳科学研究機関である上海脳科学・脳に着想を得た人工知能研究センターは、大規模な脳マッピングと脳疾患研究に注力し、この分野を強力に支援しています。

世界中で脳科学研究が活発化し、AI技術が深く融合している現状を背景に、今後の脳科学研究は、脳型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の革新などの分野で革命的な進歩を遂げ、社会の進歩を促進し、人類の幸福を向上させることに大きく貢献すると確信しています。

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