本研究領域では、人工知能（ＡＩ）を用いて脳の新たな能力を開拓し、「脳の潜在能力はどれほどか」を問います。

人類はこれまでに文字や電話などさまざまなツールを開発してきました。もちろん脳はこうしたツールの存在を前提に進化してきたわけではありませんが、環境の変化によって新たに能力を発揮し、巧みに適応・活用しています。これは未来においても同様で、脳は将来出合うであろう未知の環境にも適応する能力をすでに持っていると考えられます。

このような背景の下、本研究領域では、研究総括が際立った実績を挙げてきた実験動物における脳研究と、ＡＩを用いた脳の潜在能力開拓の研究をさらに融合・発展させ、現在はまだ引き出されていない脳の能力をＡＩとの融合によって顕在化、有効活用することを目指します。具体的には、生命倫理に十分に配慮しつつ、ネズミを中心とした動物における実験と、その結果のヒトにおける検証・応用を通じ、次に挙げる４つのアプローチを基調とした研究を展開します。

【アプローチ１】ネズミの脳を情報センサー内蔵チップに接続することで、地磁気や血圧の変化などの本来感知できない環境や身体の情報を脳にフィードバックします。新たな知覚を得ることで、脳の能力や行動パターンがどのように変化するかを調べます。

【アプローチ２】脳が実際に感じているにもかかわらず、個体としては活用できていない情報を、ＡＩを用いて活用し、脳の機能を拡張します。わずかな音の高低やメロディーの違いなど、意識することのできない潜在的な脳内情報をＡＩで解読して脳にフィードバックすることで、本来ならば獲得できないはずの能力を習得できることを証明します。

【アプローチ３】脳をインターネットや電子機器と連携させ、ウェブ検索や家電操作ができるといったシームレスな脳と環境の接続を実現します。

【アプローチ４】複数の脳の情報をＡＩ技術で連結し、個体間で情報を共有します。言葉や仕草などの古典的なコミュニケーション手段を超えた対話のあり方を模索します。

以上のアプローチを用いて、本研究領域では、ＡＩと脳を融合する基盤技術を構築し、神経・精神疾患治療のみならず、健常な脳の潜在能力の開拓、脳にとってストレスの少ないツール開発などを通じて、人類全体の健康や幸福に貢献することを目指します。

またこうした研究を通じて、脳回路に潜む新たな動作原理や学習則を解明し、脳と機械の学習のルールを直接比較することで、脳の原理を利用したＡＩの開発などに寄与すると期待されます。

自閉スペクトラム症、うつ病、認知症などの神経・精神疾患は、近年国内はもとより世界中で増加の一途をたどっており、総合科学的な立場から見ても現代社会の大きな課題です。これらの鍵を握る神経細胞ネットワークやたんぱく質分子構造に関する研究は、近年大きく発展しつつありますが、それぞれの分子の機能と細胞間ネットワークや神経活動との関係は未解明のままであり、創薬へ展開するには、いまだ大きなギャップが存在します。これを埋め、緊密な分子レベルの相関と議論を可能にする革新的な分子技術の創成が必要とされています。

このような背景の下、本研究領域では、研究総括がこれまでに世界に先駆けて開拓した生細胞有機化学を発展させ、有機化学と神経科学の分野融合を主軸としたアプローチによって、神経系や脳内の情報伝達や細胞間ネットワーク形成において重要な役割を担うシナプス（神経細胞間相互作用のハブ（連結部））を中心に、個々のたんぱく質の分子レベルでの機能やダイナミクスを精密に解明するための神経ケミカルバイオロジー分子技術を確立します。

具体的には、たんぱく質をそれが存在する生細胞環境で狙い通りに修飾できる生細胞有機化学的手法を新しく開発するとともに、標的たんぱく質の機能を自在に制御できる独自の化学的および光化学的手法（化学遺伝学および光化学遺伝学）を開発します。そしてこれらの化学的方法論を、モデル細胞だけでなく、より複雑な培養神経細胞や脳組織、生物個体でも適用できるレベルまで格段に発展させることにより、記憶や神経・精神疾患と直接関連する神経伝達物質受容体やその相互作用たんぱく質の選択的なイメージングや動態解析、あるいは機能制御による神経細胞間相互作用ネットワークの分子レベルでの解析などを実現します。

本研究領域を通じて、ニューロ分子技術とも呼ぶべき新たな基盤技術を確立することにより、記憶などの高次脳機能の分子レベルでの理解など神経科学分野への展開だけでなく、神経・精神疾患といったこれからの人類が克服すべき多くの疾病の診断や治療法開発へとつながることが期待されます。