科学機器

産 学 官との 連 携

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科学の峰々

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東京大学 生産技術研究所 教授
あ い は ら合原

か ず ゆ き一幸 先生 に聞く

数学と 脳・複雑系・
カオス理論 の研究 上
聞き手：柴田眞利 日本科学機器協会 広報副委員長
同広報委員
山口美奈子
同専務理事
藏満 邦弘
同事務局長
岡田 康弘

取材日：2014年7月16日
日本科学機器協会会議室（取材・撮影・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱安井久雄）

合原 一幸先生のプロフィール
1977年
1982年
1982年
1983年
1986年
1988年
1993年
1998年
1999年
2003年
現 在

東京大学工学部電気工学科卒業
東京大学大学院工学系研究科電子工学専攻 博士課程修了
日本学術振興会奨励研究員(東京大学工学部計数工学科)
東京電機大学工学部 助手
東京電機大学工学部 専任講師
東京電機大学工学部 助教授
東京大学工学部計数工学科 助教授
東京大学大学院工学系研究科計数工学専攻 教授
東京大学大学院新領域創成科学研究科複雑理工学専攻 教授
東京大学生産技術研究所 教授
東京大学生産技術研究所 最先端数理モデル連携研究センター長(兼任)東京大学大学院情報理工学系研究科数理情報工学専攻 教授(兼任)東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻 教授(兼任)〈研究テーマ〉「複雑現象の数理解析」
複雑系数理モデル学、カオス工学、複雑系ビッグデータ解析（経済データ、地震データ、感染症伝播データ、風況・日射量データなど）、カオス計算論「脳情報システム理論」

神経回路網の数理、脳・神経時空間データの非線形解析、脳の学習・自己組織化理論、量子ニューラルネットワーク論「疾病の数理モデルと治療への応用」

ガンや HIV などの難病の数理モデル構築とその数理モデルに基づくテーラーメードな最適化治療手法や分岐理論解析に基づく動的ネットワークバイオマーカー
（DNB）
を用いた
複雑疾病の未病（疾病前）状態の超早期診断手法「複雑ネットワークの工学・産業応用」

社会インフラシステム、スマートグリッド、コミュニケーションネットワーク、交通流などの工学分野の複雑ネットワークの数理モデル化とその工学・産業応用

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ニューロエソロジーとは、日子どもの頃の思い出をもう1

本語では神経行動学と訳され、つ話すと、僕らの世代には昆虫生物の脳を調べることによって、少年が多かったのですが、僕もその行動を理解しようという学─ 合原先生は数学を用いて、昆虫採集に夢中で、将来の夢は問です。興味深いテーマだった脳、複雑系、カオスなどの諸問昆虫学者になることでした。たこともあり、その会議にも出席

題の研究に取り組まれているとだし、僕が普通の人とちょっとしてみることにしました。

伺っています。そこでまず、数違うのは、50歳を過ぎてもまだ驚いたことに、その会議には学を専門とされるようになった

昆虫学者になることを本気で夢現代の昆虫学者たちが出席して経緯やきっかけなどから、お聞見ていた点です。しかし、2007いて、ニューロエソロジーにつかせください。

年にカナダのバンクーバーで開いて議論していました。

少年時代からの夢は昆虫学者になることかれたある国際会議を契機に状合原

出身は福岡県の北九州市況が変わりました。

昆虫学者というと、未開のジャングルに行き、珍しい虫を捕です。実家の隣が浄土真宗のお僕の取り組んでいる研究分野

まえて、標本箱を飾るというの寺で、そのお寺が経営する幼稚のメインテーマの一つは、脳のがそれまでの僕のイメージでし園に通っていました。幼稚園が働きの数理モデリングです。そた。ところが、その会議で出会隣にあるとけっこう便利なのものほかガン、免疫、感染症、経った昆虫学者たちは、そんなこので、家の風呂場のドアを開け済、地震、電力システム、環境とは全くしていませんでした。

ると、そこに幼稚園の廊下の窓問題など、複雑系といわれる彼らは昆虫の脳を研究することがあり、雨の日などは濡れるこ様々な現象の数理モデルを作り、によって、昆虫の行動を理解しとなく、そこから幼稚園に行っそれによって個々の現象を理解ようという研究をしていたのでていました。

したり、問題を解決したり、最す。

子供にとって、隣のおじさんやおばさんというのは生まれて適化・制御・予測しようというものです。

つまり、現代の昆虫学者は脳の数理モデルを作っている今の初めて出会う他人だと思います

その一環として、カナダのブ自分とよく似たことを研究してが、そのおじさんとおばさんがリティッシュコロンビア大学のいたのです。僕の昆虫学者のイ幼稚園の園長さんと副園長さん

医学部の先生たちと共同研究をメージが古くて現実と違っていだったわけです。こういう環境行ってきました。具体的には前たので気がつかなかっただけで、のために先生というものが身近立腺ガンの患者さんの数理モデ

僕の子どもの頃からの夢が知らな存在だったこともあり、こうルを作り、テーラーメイド医療ないうちに叶っていたわけです。

して今教員という仕事に就いてと呼ばれる、その患者さんにとそれ以来、若い学生たちには、いるのも、そんな幼少期の経験って治療を最適化しようという「子供の頃の夢はいろいろな事が少なからず影響しているのか研究です。

情で叶わないことはあるが、諦なと思っています。

その研究のために、しばしばめなければ、僕のように思わぬ仏教系の幼稚園だったことかバンクーバーのブリティッシュ

形で叶うこともあるから夢は捨ら、子どもの頃から自然と仏教コロンビア大学を訪ねていましてない方がいい！」と言うようには親しんでいましたが、大人た。2007年に訪問した際、ちょになりました。になってから仏教の本を熱心にうど運よくニューロエソロジー読むようになりました。僕は仏の国際会議が開かれていました。

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教オタクでもあるのです(笑)。

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産 学 官との 連 携た。ここが、僕にとって人生の家業を継ぐつもりで大学は工学部電気工学科へ大きな分かれ道でした。大学卒
業後すぐに家業を継いでいた方が、今よりもっとずっとリッチ─ そんな昆虫少年が、なぜ、な生活がおくれたんじゃないか

大学では工学部へ進まれたのでと思います(笑)。

しょうか。
合原

実は、僕の実家は九州でヤリイカを使った実験で「カオス現象」を発見

太さ1mmと10μmの違い

電気設備業の会社をやっていて、工場やプラントなどの大規模な─ 大学院ではどのような研究電気工事などを主な仕事としていに取り組まれていたのでしょうか。

ません（1ミクロンは1000分の１ｍｍ）。

ます。僕は本来ならその三代目になるはずでした。そのため小さ合原

い頃は、酔っ払った電気工事士

生物を工学的に研究する分野がいるため実験がしやすく、当時、のおじさんたちから「三代目！」あり、その研究室に入りました。

世界中でヤリイカの神経を使っと呼ばれたりしていました。

そこで、生物の脳と数学を結びた実験が行われていました。

僕自身もやがては家業を継ぎ、当時、生体工学という、ヤリイカは太い神経を持ってつける研究を始めました。その三代目になるのだと自覚していとき実験に使ったのがヤリイカ

─ ヤリイカを使うことによって、たので、大学は東大の工学部電です。

脳のメカニズムはどのくらい解明されているのでしょうか。

気工学科に進みました。そこでヤリイカは地球上の生物の中4年間勉強し、卒業後は家業をで最も図太い神経を持っていて、継ぐはずだったのですが、たまその太さは1ｍｍ近くあります。

合原

たま試験を受けずに推薦で大学

しかも、その巨大な神経を2本しては、かなり解明されていま院に進学できるということもあも持っています。それに対し、す。

り、5年間だけ好きな研究をや

人間の脳の神経の太さは、数ミ研究の歩みをお話しすると、ろうと思って大学院に入りましクロン〜数十ミクロンしかあり

1952年にイギリスのケンブリッ

高校の友人たちと（左から3番目）

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ヤリイカの巨大神経に関

昆虫採集に熱中していた高校時代（右側）科学機器

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ように各分野の先生方と自由にリー博士が、ヤリイカの神経の研究ができたことは、僕にとってデータを使って、その数理モデはとても幸せな環境でした。

ルを作りました。この研究で2人は1963年にノーベル生理学医学賞を受賞しています。その数太い神経を持つヤリイカは人工飼育が難しいに習熟されました。

No.

─ ヤリイカの人工飼育は、どのような点が難しいのでしょうか。
合原

ヤリイカは最終的に酸欠によって死んでしまいます。そ理モデルは微分方程式なのですが、微分方程式でノーベル生理─ ヤリイカの人工飼育というこで海水中の酸素濃度を上げて学医学賞をもらったのは、おそのは、難しいものなのでしょうか。

みても、やはり死んでしまう。
松本先生は研究を続けていくう

らく彼らだけだと思います。
合原松本元先生は、世界中でちに、ヤリイカは代謝が活発でて、生物と数学を結びつけると誰もできなかったヤリイカの人

大量のアンモニアや二酸化炭素いう、僕の研究がスタートしま工飼育に初めて成功し、輝かしを出していて、これらがある程した。

い業績を残されました。

度のレベルに達すると、エラかそうした研究がベースになっ大学院の博士課程でヤリイカ

ヤリイカを実験に使うとき、の神経を研究しているとき、規漁師さんに頼んで取ってきても則に従って不規則な現象が生みらっています。しかし、取ってそこで松本先生は、アンモニ出される「カオス現象」を神経きたヤリイカを水槽に入れておアと二酸化炭素を除去する装置から発見したことで、次の研究

くと、2、3日の間に、次々と死を作ることで、人工飼育を可能へとつながっていったのです。

んでしまいます。にしました。3年半かかった研そのため、世界中のヤリイカら酸素を取り込めなくなってしまうことを発見しました。

究です。

─ 合原先生の研究は、工学部

巨大神経の研究者は海のそばでこれは本当にすごい業績で、というより、医学や生物学とい実験を行っていたらしいです。

成功した当時、世界中の研究者う印象を受けます。

アメリカではウッズホール、イたちが見学に訪れたほどです。

ギリスではプリマスに有名な海

今では世界中で松本方式によるそれはたいへんポイント

洋研究所が海のそばにあり、東ヤリイカの人工飼育が行われてをついています。大学院時代の大も神奈川県の油壷に海洋実験います。

工学部の指導教官からは「君は所を持っています。

合原

ヤリイカの人工飼育の先駆者

─ 合原先生はヤリイカの研究である松本先生は、内陸でも実をいつごろまで続けておられた大学院で入った研究室の教官

験を可能にするためにヤリイカのでしょうか。

だった宇都宮敏男先生は、とての人工飼育に取り組んでおられもおおらかな方で、僕のやりたいました。最初のうちは、失敗の合原ように研究をさせてくれました。

連続で、ヤリイカを次々と死なら、ポストドクターをしていた

そのため宇都宮研究室にいながせてしまったそうです。その反1年間、そして東京電機大学にら、実 験はヤリイカの飼育に世面、死んだヤリイカを使って神移った最初の頃までを合わせて、界で初めて成功した松本元先生

経を切り出す練習がたくさんで約10年取り組んでいました。に師事し、理論は甘利俊一先生

き、先生はゴッドハンドと呼ばに議論していただきました。このれるまでに神経切り出しの技術学部の選択を誤ったね」とよく言われました。

この研究は大学院の頃か

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ジ大学のホジキン博士とハクス

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産 学 官との 連 携実験で使ったヤリイカを酒の肴に論文を書く

─ ヤリイカの神経はとても太いるのではないかと思っていまいということですが、スルメイす。

カとか、昨今話題のダイオウイのでしょうか。

たくさんの神経が集まる
複雑な脳の数理モデルを作る

合原

スルメイカの神経はそれ

─ 合原先生が提唱しておられほど太くはないと思います。ダる「カオスニューラルネットワ

東京の近海では11〜5月頃まで

イオウイカについては、どうなーク」について、ご説明していです。ヤリイカの人工飼育がでっているのか、僕も見てみたいただけますか。

きるようになったとはいえ、実ですね。

カなどの神経も同じように太い─ ところで、実験を行った後、ヤリイカはどうするのでしょうか。
合原

ヤリイカが獲れる時期は、

合原

験をするのは基本的にこの時期

人間の脳は、1000億の神に限られるので、睡眠時間を削

─ 合原先生はヤリイカを実験経細胞からできています。1コって、ひたすら実験を行い、デに使われましたが、先生のお好の神経細胞については、ヤリイータを取っていました。

きな昆虫の脳については、どのカの実験でかなり解明されて、ような研究が行われているので神経細胞がカオス的振る舞いをしょうか。

することも分かりました。「カそして、神経を切り出したヤリイカを捨てるのはもったいな

オス現象」とは、ある規則に従いので、冷凍保存しておきます。
11〜5月以外はオフシーズンに合原

昆虫の脳に関しては、今って起こる、不規則な振る舞いなるので実験はせず、冷凍してでも次々と面白い発見がありまのことです。それは一見、ランおいたヤリイカを刺身や天ぷらす。ただ、脳の神経細胞数は高ダムに見えますが、ホジキン博にし、それを肴に酒を飲みなが等動物と比べるとたいへん少な士とハクスリー博士の提案したら、ひたすら論文を書くといういです。

微分方程式で説明することがでめり張りのきいた研究生活、そ

昆虫の脳の中では、たぶんかれが松本グループの研究スタイなりきちんと配線が遺伝的に決しかし、脳のように神経がたルでした(笑)。

まっていて、あまり学習はしなくさん集まっていると、そのネくても、高度な働きを実現してットワークを解析しなければい

大学院時代の共同研究者たちと（左から2番目）

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きます。

松本先生が切り出したヤリイカ巨大神経科学機器

産 学 官との 連 携います。
─ 先生はどのようなきっかけで、生産技術研究所に移られたのでしょうか。
合原8

僕は東大・本郷キャンパスの工学部で、日本発の応用数学である、計数工学科の数理工学の教授だったのですが、生産技術研究所の先輩方から「君は、東京大学生産技術研究所で開催された国際シンポジウム：International Symposium on Innovative Mathematical Modelling でJ.A. Yorke教授とディスカッションする合原教授

生産技術研究所に向いている」と誘われたのがきっかけです。
一度、研究所を経験してみたかったこともあり、生産技術研究けなくなります。ただし、1コ

合原の神経に関するホジキン博士とは戦時中の1942年までさかのぼ

ハクスリー博士の微分方程式でります。理系の学生が足りなくもたいへん複雑なもので、それなり、それを補うため、東大工─ 生産技術研究所に向いていをたくさんつなげると、数学的学部に第二工学部が創設された

ると言われたのは、どのようなに見通しの悪い研究になってしの が、はじまりです。終戦後点だったのでしょうか。

まいます。

1949年に第二工学部から生産技

そこで、ヤリイカの実験を通生産技術研究所の始まり術研究所へと変わりました。

所に移ることに決めました。移って約10年が経過しました。

合原

生産技術研究所は、研究して僕が発見した神経のカオス

最初は千葉にありましたが、に集中して1つの大きなプロジを説明する、なるべく単純な数

そこから六本木を経て、現在のェクトに取り組むことができる理モデルを作ることが、僕の次駒場に移転しました。初めに作環境があり、1つの研究にとこの研究テーマになりました。そられた場所は千葉大学の近くで、とん没頭する先生方がたくさんの研究の結果、ネットワークを今でも生産技術研究所の千葉実いらっしゃいます。僕もそうい解析する数理モデルができあが験所があります。

うタイプだと先輩方が私に感じりました。それが「カオスニュ生産技術研究所のファカルテーラルネットワーク」です。

ィースタッフは100人ちょっと工学のさまざまな分野の研究者が集まる組織ていたんでしょうね。

で、東大工学部のいろいろな学科から先生が来ています。ある意味、東大工学部のミニチュア版といった感じです。100人ほ─ 現在、合原先生が所属されてどの比較的小さな組織なので、いる東大生産技術研究所につい互いにどんな研究をしているのて、ご説明していただけますか。

かが分かるため、いろいろな分

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野を学ぶには良いところだと思

次号「科学の峰々」では合原一幸先生数学と“脳・複雑系・カオス理論”の研究（下）をひき続きお話しいただきます。

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