２０２３年
１２月

技術士みえ No.２３（１０１）2023 年度 第１回見学会 参加者集合写真（2023.11.9）
東海環状自動車道養老トンネル北工事

公益社団法人 日本技術士会
中部本部

三重県支部

技術士みえ Ｎｏ．２３（１０１）
コーナー
巻頭言

タイトル
下水処理場に対するニーズの変化と施設の管理

第53回みえテクノロジーカフェ （夏休み親子理科教室）水から水素を作ってみよう！

筆者

ページ

奥野 徹

1

山口昇吾

4

〜水素の歴史とその利用〜
２０２３年度第３回セミナー

会員講演

生成系ＡＩの概要と実演

石川英司

10

２０２３年度第３回セミナー

特別講演

コンピュータと脳神経系とをつなぐ次世代のライフサポート 林田祐樹

15

今後の行事予定など

18

公益社団法人 日本技術士会 中部本部 三重県支部 ２０２３年 12 月 1 日発行
三重県支部長池田No23（101）
和人〒510-0034
三重県四日市市滝川町 16-2-501
池田和人技術士事務所

巻頭言TEL：090-9890-4559

E-mail：spuk3vz9@outlook.com

この時、規制項目として COD が設定さ下水処理場に対するニーズれました。窒素やりんが総量規制項目となるのは、平成 13 年からです。このよの変化と施設の管理

うに、下水道は、①生活環境の改善（汚三重県支部 幹事

水の排除、トイレの水洗化）②浸水の防奥野 徹 技術士（上下水道、総合技術監理）

除（雨水を速やかに排除し、浸水を防ぐ）及び③公共用水域の水質保全（海、「きれいな」水環境を目指して湖沼等をきれいにする）を目的に進んできました。

昭和 45 年に下水道法が改正され、旧下水道法（昭和 33 年公｢きれいから｣から｢ゆたかな｣水環境に布）で、下水道が従来の水質規制を中心とした水環境行「都市の健全な発達政の大きな転換点を図る契機として、令及び公衆衛生の向上

和 3 年に瀬戸内海環境保全特別措置法がに寄与する」ことを目的にしていたもの改正され、「栄養塩類管理制度」が創設に「公共用水域の水質保全」が加えられされるなど、生物多様性の確保及び水産ました。これは高度経済成長期に公共用資源の持続的な利用の確保の観点から水域の水質汚濁が顕在化したことを受け「きれいな」だけでなく、「ゆたかな」てのことでした。これ以降、汚水処理施水環境を求めるニーズの高まりに応えて設の普及や高度処理施設の整備が進めらいくという方針転換が行われました。

れてきました。

同法の「栄養塩類管理制度」とは、瀬そして、昭和 53 年に水質汚濁防止法に戸内海における関係府県知事が策定する基づく排水基準（濃度基準）のみによっ

計画に基づき、計画区域水質の目標値及ては、COD 等の環境基準達成が困難な、び栄養塩類供給の実施方法を定めること

人口・産業が集中する広域的な閉鎖性海で、特定の海域への栄養塩類の供給を可域を対象として、内陸府県を含め海域に能とするものです。

流入する汚濁負荷を総合的に削減する、

そして、令和 4 年 10 月には、「栄養塩水質総量削減制度が創設されています。

類管理制度」に基づき、兵庫県栄養塩類-1-

管理計画が初めて策定され、窒素とりんを対象物質として、対象海域の水質目標値及び栄養塩類増加措置の対象が設定されました。また、栄養塩類増加措置実施者として 28 か所の下水処理場が、栄養塩類を供給するため季節別に能動的運転管理を実施することとなりました。
ここで能動的運転管理とは、年間のあ能動的運転管理を行う下水処理場

る一定期間または通年で栄養塩類の放流濃度を従来の運転よりも増加させるために行う、きめ細やかな運転管理をいいま

三重県内の流域下水道では、能動的運す。

転管理のテストを令和２年の冬から開始

三重県においても、水質汚濁防止法にし、令和 4 年 11 月の本番に向け、下水基づき、第 9 次水質総量削減計画（令和処理場ごとに運転方法や操作基準を確立

4 年 11 月 1 日）で、従来の水質総量削減していきました。この 2 年間で課題をす制度は維持しつつ、これまで、削減一辺べて解決出来たわけではないですが、あ倒であった海域への窒素及びりんの汚濁とは、実際に能動的運転管理を行いなが負荷量について、海域の生物（海苔・わら、課題を解決していくことになると思かめ）生産性を考慮して、三重県としています。

は初めて増加させる見直しが行われまし

現在、下水道が持つ目的として、上た。その取り組みの一つとして、下水処述しました他に④下水道資源等の有効利

理場の能動的運転管理が試行されること用（汚泥を肥料や建設資材や燃料としになりました。て、汚水はエネルギー源としての有効利

これにより、冬場の汚濁負荷量（（窒用）⑤水循環・水環境の創出（憩いと潤素、りん濃度）×放流流量）を上げる運いをもたらす水辺空間の創出）が追加さ転が始まりました。今までできるだけ汚れています。

濁負荷量を下げることを目標としてきた

そして、下水道では有効利用という積運転を、法規制の範囲内で、できるだけ極的な変化と、下水道施設の老朽化、下高く運転する技術が、要求されるように水道職員の減少、使用料収入の減少、そなりました。

してゲリラ豪雨などの自然災害への対応という課題解決としての変化が、起こっています。
これらの行政の変化に追随できるよう会社として努力していくのは、当然のこととして、それらに加えて直面する人口減少（社員確保）、社員の技術力向上-2-

（技術継承や新技術の習得）、そしてPFI や指定管理者制度のような発注仕様の変更への対応は、当社にとって喫緊の課題となっております。
私自身微力ではありますが、これらの課題解決において、技術士として専門的なアドバイスを送るとともに、常に社会への貢献を念頭に、尽力していきたいと考えております。
−以上−（参考：国土交通省水管理・国土保全局下水道部編「栄養塩類の能動的運転管理の効果的実施に向けたガイドライン（案）」）-3-

のケーブルテレビ局 ＣＴＹ の取材があり、第５３回実験終了後に参加した子供達へのインタビ
ュー取材もありました。開催した水素に関みえテクノロジーカフェする講演や、水素を実際に発生させる理科実験の様子、そしてインタビューなどを上

水から水素を作ってみよう！

手く纏めてケーブルテレビで放映して戴き、地域の皆さんへの技術士会三重支部の活動〜水素の歴史とその利用〜がＰＲされた事と思います。

日 時：２０２３年７月２３日（日）
場 所： ＭＧ ＹＯＫＫＡＩＣＨＩ２、水素に関する知識：その歴史とその利用

ゲスト

講演では、先ずは最初に 水素 が今注目さ山口昇吾 技術士（機械、CPD 認定）れており、それは何故か？との、問題投げ掛けでスタートしました。地球温暖化の原因の一つとして大気中の CO２増加がありその排出低減のためのエネルギー源としての水素利用。将来的に化石燃料の枯渇問題があり、環境破壊防止とあわせて「再生可能エネルギーの活用」で水素を製造してエネルギー源とする事や、新素材合成の重要原料である事などを紹介しました。
そもそも水素って何なのか？水素原子の発見は１７７６年と２４７年ほど前であり、１、はじめに原子番号が「１」のものです。名前は聞くけ

２０１９年末から始まったコロナ禍も漸ど何処にあるかわかりません。宇宙の始まく第５類になり色々な制約が緩和されて、りに話を遡らせて、１３７億年前にビッグみえテクノロジーカフェも４年ぶりに対面

バーンが起こり最初に出来たのが 水素 ででミニ実験を行いながらの開催が出来るよ

すが、宇宙全体でダークエネルギーとダーうになりました。開催のタイミングも、丁度クマターが９５％を占め、存在する各種物

夏休みと重なり「夏休み親子理科教室」とな体（元素）は高々 約５％です。そして驚くりました。テーマは、今、世界的に話題の事にその内 約９０％が水素であり、圧倒的「地球温暖化防止／CO２排出低減」に結びに多い物質が 水素 です。

つけて次世代のエネルギー源として注目されている 水素 に目を向けた標記のものとして参加者を募りました。当日参加戴いたのは５家族でそのお子さん達７名（５歳〜１４歳）を含む全１８名でした。そして地元-4-

球コアに大量の水素が存在していると言われています。地球上の水は約１４億 kｍ３あり、海水が９７．５％で最も多く、それ以外は地下水、氷河、地表の淡水です。
新エネルギーとして注目される 水素 の地球表面での存在はほとんどありませんが、地表にある水から色々な方法で製造する事が出来、その一つが水の電気分解です。

３、さあ〜これから 水素 を作ろう！
先ず最初に予め準備した実験装置の紹介です。最初は市販のプラスチック製のホフマン電解装置を紹介。次に手作りの電解装置で、市販の タレ用小型容器（醤油など調味料入れ）にゼムクリップを伸ばして差し込んで電極にしたもの各種準備しました。

ビッグバーン直後に 素粒子 が生まれ、約３分後に水素とヘリウムの原子核が誕生しそれから約７億年後の１３０億年前に銀河系が誕生して、そして銀河系誕生の８４億年後、太陽系は今から４６億年前に誕生しました。
太陽系の中心である太陽は、太陽系の全質量の 99.86％を占めます。そして太陽は75％が水素で出来ています。太陽系の惑星の一つである地球の元素重量組成は、酸素、ケイ素、アルミ、鉄、カルシウム、カリュー
ム、マグネシューム、水素の順です。水素元
素は地球の全重量の０．８７％ですが多くは水の形で存在しており、水は地球重量の十数％を占めます。そして近年の研究で地-5-レビン２個の双子型電解装置（２個のタレビンの貼合せ部分に穴が開けてあり電気イオンが通るような構造）も準備しました。
次は電気分解の電源の供給装置です。手作りの分電盤を用意しました。大元の電源はAC100V で、家庭で使っている LED ランプの読書灯への電気供給用ＡＣ／ＤＣ変換器で出力はＤＣ２４Ｖのものです。このＤＣ電源を分電盤のＤＣ―ＤＣ電圧変換器を介して、複数の電解装置にＤＣ電気の電圧を０〜２４Ｖに可変供給が出来ます。電圧と電流測定をする接続端子も付けて、複数の電解装置を同時に実験可能な分電盤です。

更に、電源として乾電池を使って実験した
い場合用として、市販の単３電池を最多８個使って、１．５Ｖ〜１２Ｖを取出して実験する方法も準備しました。

タレビンに、電極（陽極／陰極）をそれぞれ１本のゼムクリップを刺したモノ、片方を１本ともう一つを２本にしたモノ。更に両方とも２本にしたモノを準備しました。
また、陽極と陰極の違いを調べる目的でタ-6-

ホフマン電解装置と双子型電解装置の電気分解ではプラス電極に 酸素 が溜り、マイナス電極に 水素 が溜まります。その生成量は容積比で１：２である事が可視化できました。

実験を始める前に 安全 に関する説明を行い、電解液を準備して実験開始です。最初
は、単なる水道水を電解装置に入れて、ＤＣ（直流）電圧をかけてみます。電圧を上げていっても水の電気分解は発生しません。そそして双子型電解装置の電解液に ＢＴＢこで ミョウバン を加えて少しずつ電圧を水溶液 を入れて電気分解をしてみます。電上げていくと電極のまわりから微細な気泡気分解が進むと、プラス電極側で酸素が生が発生して電気分解が始まります。

成する方の電解液は薄緑色から黄色に、マイナス電極側で水素が発生する方の電解液は薄緑色から青色に変化して電解液のｐHが変化するのを観察しました。

今回参加戴いた子供達やご家族の皆さん
は、実際に電解装置を使って手探りながらも、色々な条件（電圧を変えたり、電極数の違いを比較したり、酸素と水素の発生量の違いを観察など）で実験・実体験して戴きました。そして最後に、小さい方（内容積６ｍ-7-ｌ）のタレビンを使った電解装置で発生したガス（酸素１：水素 2 の混合ガス）を溜めて、ビンのねじ栓外し、ライターの火をビン口に近づけます。すると大きな音がして、ビンの中に火炎が走り、爆発するのを見る事が出来ます。この実験は安全上、ゲストの私がやって見せ、水素爆発の怖さを知ってもらいました。

現時点の水素生成はコスト高で本格的生成はまだ先ですが、既に将来に向けて色々なパイロット設備があり、研究も沢山行わ４、実験を終えての纏めれております。それらの中で、自然エネルギ小さな実験でしたが、自分達で実際に実験ー（太陽光／風力など）を使った電力で水のの体験をした後に、水素（H2）の各種生成電気分解で水素を生成する方法は、大きく方法と、水素の各種利用の現状と将来につ期待されています。

いて豆知識についてお話しました。

具体的には、福島の水素エネルギー研究フィールドがあり、そして外洋での風力発電利用の水素製造の構想・計画もあります。

-8-最新情報では、宇宙で太陽光発電して無線送電（マイクロ波）のプロジェクト「ＳＳＰＰ」が本年１月から稼働開始しています。

短い２時間でお話と実験を行い、また場所の制約（水をこぼしたり汚さない）や、参加戴いた子供たちの年令が５歳〜１４歳と幅広くて中々難しいみえテクノロジーカフェでしたが、これから先さらなる 経験と工夫・改善の積重ね でより良いテクノロジーカフェになればと思います。
最後に、会場の準備を始め参加者の募集・広報など企画して戴いた運用幹事及び当日実験の手助けと支援戴いた技術士会の皆様に御礼申し上げます。
― 以上 ―-9-Cambridge

２０２３年度第３回セミナー

Dictionary[1] に よ ると 、 Generative は able to produce or
create something という意味となってい会員講演レジュメる。 Generative AI という言葉の意味から

日 時 10 月 8 日(日)生成 AI が何であるか説明すると「何かを生場 所 じばさん三重産または作成できる AI」となる。生成系 AI[講演題目]生成系ＡＩの概要と実演が生産または作成する「何か」は、文章、画[講師]石川 英司（情報工学）

像（写真・イラスト等）、音声、動画、プロ

１．はじめにグラムと多様であるが、現在提供されてい近年、
ChatGPT をはじめる生成系 AI サービスには得意とする分野がとする生成系 AI（生成 AIある。例えば、ChatGPT は主に文章、Stableと表現される場合もある）

Diﬀusion は画像の生成を得意としている。

が身近なものとなり、誰もが気軽に利用できるようになっている。生成系 AI が出力する文章や画像等は、従来の技術で自動生成されたものに比べ、質が高く、人が生成したものと区別がつかないレベルのものも登場している。生成系 AI は、報道等で取り上げられることも多く、技術者のみならず、一般にも広く認知されるよ

３．生成系 AI と従来の AI との違いうになった。しかし、実際に生成系 AI を利生成系 AI と従来の AI のいずれも、ニュー用したことのない人にとっては、どのようラルネットワークをアルゴリズムとして使なものであるか具体的にイメージしづらく、用している点は同じである。何かを生成す

従来の AI との違いについてもよく分からなる場合に、従来の AI を使うことも可能であいのが現状である。本講演は生成系 AI とはる。しかし、従来の AI は、分類や予測を行どういったものであるか、従来の AI との違うためにデータや文章を学習する仕組みといは何かについて簡単に述べた後、生成系なっているため、新しいものを生成するこAI について具体的なイメージをつかんでいとには不向きである。一方、生成系 AI は、ただくために、Web ブラウザで利用できる、はじめから何かを生成するために学習するいくつかの生成系 AI の実演を行う。

仕組みが組み込まれている。ここ数年、この２．生成系 AI とは仕組みについて、新しい工夫が発見されて生成系 AI という言葉に厳密な定義は存在いることが、生成系 AI が飛躍的に進化してしないが、「文章や画像等のさまざまなコンいる理由の一つである。

テンツを出力できる AI」という意味で使わ

４．生成系 AI の仕組み

れ る こ と が 多 い 。英 語 で は 、 生 成 系 AI

生成系 AI の仕組みには様々なものがあるを Generative AI と 呼 ん で お り 、が、今回は視覚的に理解しやすいことから、-10-画像生成系の仕組みの一つである、この一段階分のノイズ除去を何段階も行DDPM(Denoising Diffusion Probabilistic

うことで、AI がノイズから元画像を生成でModels) [2]を取り上げる。これは、画像生。
きるようになる（図 4）

成 AI である Stable Diﬀusion に使用されている仕組みであり、日本語では「ノイズ除去拡散確率モデル」と呼ばれているものである。数学的な表現を避けて簡潔に説明する

図 4 ノイズから犬の画像を生成と、このモデルは「ノイズから画像を生成でAI が「悲しそう」などの言葉（プロンプト）。
きるようにする仕組み」である（図 1）と画像を関連づけられるようにするため、「悲しそう」というテキストと悲しそうな画像を用いて AI を学習させる。言葉が画像に及ぼす影響を得られるよう、ノイズ除去だけを行った画像とテキストを追加してノ

図 1 ノイズから犬の画像を生成

イズを除去した画像の２つの画像の差分をノイズから画像を生成できるよう AI を学学習に反映する（図 5）。

習させるために、事前に画像（例えば犬の画像）とそれにノイズを少しずつ加えた複数。の画像を用意する（図 2）

ノイズ除去だけ

ノイズ除去前ノイズ除去＋

図 2 元画像にノイズを少しずつ加えた複数の画像「悲しそう」

用意した画像を用いて、ノイズを含んだ画図 5 テキストの影響を得るための AI の学習像からノイズが一段階薄い画像を推定でき画像とテキストといった種類の異なるデるよう、AI を学習させる。学習は、AI がノータを混合して扱えるようにするため、事イズを除去した画像とノイズを加える前の前に、これらを特徴量とよばれるものに変画像を比較し、差が小さくなるように行う。
換しておく（図 6）

（図 5）
。

特徴量
AI差が小さくなるよう

「犬」

■■■■■

「猫」

■■■■■

学習させる

AI がノイズをノイズを加える除去した画像前の画像■■■■■
図 6 特徴量への変換

図 3 ノイズを除去する AI の学習-11-画像・テキストから特徴量への変換（エンコード）と、特徴量から画像・テキストへの変換（デコード）は双方向で行うことがで① Midjourney：構図の似ている画像を出力できる点などが便利。
② Stable Diﬀusion：照明などの調整ができ、汎用性に優れる。

き、異なる種類への変換も可能である（図③ DALL・E2：写真・アニメ風・絵画風の7）。

画像を生成可能。

デコード

エンコード「犬」

■■■■■

「猫」

■■■■■

④ Bing Image Creator：Microsoft アカ
ウントを持っていれば利用可能。

■■■■■⑤ Adobe Fireﬂy：著作権に問題のない学
習データを使っているため、著作権の「猫」不安なく利用することが可能。
⑥ Stable Studio：Stable Diﬀusion の無図 7 エンコード・デコード料版(オープンソース)。
５．主な生成系 AI⑦ Visual ChatGPT：チャットに画像を表

ここでは、現在利用可能な生成系 AI を分示する。
⑧ Sketch Rendering：ラフスケッチから野別に、いくつかリストアップする。

画像を生成、プロンプトも使用可能。
テキスト生成 AI① ChatGPT：高度な自然言語処理モデル
により、様々なコンテンツを柔軟に生音声生成 AI① CoeFont：テキストから生成。実在するナレーター、声優の声で生成可能。

成可能。
② Bard：一般文書の他に、詩・歌・エッ自分の声をリアルタイムに別の声に変換するボイスチェンジャー機能有。

セイなども生成可能。
③ Catchy：マーケティング分野に特化し、② Murf AI：多言語に対応。ピッチやスピコピー・ニュースレターなどを生成可ード、息継ぎを編集可能。ボイスチェ能。

ンジャー機能有。

④ Jasper：マーケティングメールなど、長文の生成に向いている。

動画生成 AI⑤ ELYZA Pencil：東京大学の AI プロ集団 ELYZA が開発したもの。

① Flex Clip：日本語にも対応。ビデオテンプレートが豊富。

⑥ AI のべりすと：指定した単語に基づいて文章を生成する。

② Fliki：75 言語以上に対応。テキストから適切な動画を選択。Google, Meta な⑦ PlayAI(ぷれあい)：入力された冒頭の文をもとに記事を生成する。

ど 60 万人以上のクリエーターが使用している。

画像生成 AI-12-

６．生成系 AI 実演

スクリプト： contrail over mountains（山テキスト生成 AI、画像生成 AI、音声生成と飛行機雲）

AI、動画生成 AI の実演を行った。実演結果

ス ク リ プ ト ： Japanese professionalについては、著作権の問題が発生しないよengineers （日本の技術士）

う、ここには掲載しない。参考文献に記載してある各生成 AI の URL をブラウザで開き、次に、Bing Image Creator[7]に以下のス

ユーザ登録等を行った後、スクリプト等をクリプトを入力し、生成された画像を見る入力することで、実演を再現できる。ただ実演を行った。

し、生成 AI は日々アップデートされているスクリプト：「山と飛行機雲」

ため、実演当日と同じ応答・結果を得られるスクリプト：「日本の技術士」とは限らない。
音声生成 AI
テキスト生成 AI

CoeFont[8]に短い文章を入力し、有名人

Chat GPT[3]に以下の質問・会話を入力し、 の声で文章を読み上げる実演を行った。
応答を見る実演を行った。
質問「技術士は役に立つ資格ですか」

動画生成 AI

質問「手の届かない場所にあるバナナを取

Fliki[9]に BingAI の回答（
「2023 年の技術る方法を教えて」

士全国大会について教えてください。
」の回

会話「今日は良い天気ですね」

答）を入力してシーンを作成後、BGM およ

会話「私はもうだめです」

び各シーンの映像を選択し、技術士全国大依頼「技術士の歌を作ってください」

会を紹介する動画を生成し、上映する実演を行った。

次に、Bing-AI[4]に以下の質問を入力し、応答を見る実演を行った。

７．生成系 AI のリスクと問題点

質問「技術士は役に立つ資格ですか」

生成系 AI には様々なリスクや問題点があ質問「2023 年の技術士全国大会についてるが、今回は ZDNET の記事[10]に基づい教えてください。
」て、代表的なものを簡単に紹介する。
これから生成系 AI を利用する場合、これ画像生成 AI

らのリスクや問題点に注意しながら、適切Sketch Rendering[5]にマウスで書いた、に利用することが望ましい。

２枚の手書き画像（人の顔、ひよこ）を入力し、生成された画像を見る実演を行った。

① ハルシネーション：不正確な回答を生成する問題

次に、Stable Diﬀusion[6]に以下のスクリ② ディープフェイク：実在する人間を模プトを入力し、生成された画像を見る実演

倣した偽の動画・写真・音声を生成でを行った。

きる問題

-13-

③ データプライバシー：入力データが不正に収集され、情報漏えいにつながる可能性がある問題

参考文献[1]Cambridge Dictionary,https://dictionary.cambridge.org/④ サイバーセキュリティ：コーディング
AI が悪意あるコードの生成を容易にしてしまう問題

ja/dictionary/english/generative[2]Ho, Jonathan, Ajay Jain, andPieter Abbeel. "Denoising⑤ 著作権：生成 AI が学習に使用したデ

diffusion probabilistic models."ータなどの著作権を直接/間接的に侵Advances in neural information

害する問題

processing systems 33 (2020):
6840-6851.

８．さいごに[3]Chat GPT-3.5,

生成系 AI について、その概要と従来の AIとの違いについて述べた。生成系 AI の仕組

https://chat.openai.com/[4]Bing-AI,

みについては、理解のしやすさを優先して、

https://www.bing.com/search?q=Bin

可能な限り簡略化し、図を使った表現を用

g%20AI&showconv=1&form=MW00X7

いて概説した。次に、現在利用可能な生成系
AI を紹介した後、テキスト生成 AI、画像生
成 AI、音声生成 AI、動画生成 AI、それぞれ[5]Sketch Rendering,https://www.promeai.com/blender/[6]Stable Diffusion,の実演を行った。生成系 AI のリスクや問題

https://stablediffusionweb.com/#d

点についても代表的なものを紹介した。

emo[7]Bing Image Creator,
https://www.bing.com/create/[8]CoeFont,
https://coefont.cloud/tts/ja/[9]Fliki, https://app.fliki.ai/[10]ZDNET,「生成系AIに潜む5つの重大なリスク--ハルシネーション、著作権問題など」,
https://japan.zdnet.com/article/35203156/-14-そしてこの 繋ぐ技術 を確立するには、生

２０２３年度第３回セミナー

体生理工学的な手法による観測・計測および刺激・制御の技術向上、生物物理学や情報特別講演レジュメ理論などに基づく定量解析と数理モデリン

日 時 10 月 8 日(日)グ、さらに人工神経回路ハードウェアや生場 所 じばさん三重（およびオンライン）

体模倣デバイスといった特定の高度演算を[講演題目] コンピュータと脳神経系とを行う組込みコンピュータの研究開発などがつなぐ次世代のライフサポート重要です。今回の講演では、脳神経系と人工[講師] 三重大学大学院工学研究科

システムとを 繋ぐ技術 の具体例として、情報工学専攻教授 林田 祐樹

脳刺激型の視覚補綴（人工視覚）を挙げ、そ情報工学の分野が、の実現に向けた情報工学と医用生体工学の年々とその領域を広げ融合技術について説明させて頂きました。ているなか、医療や保ヒトを含む脊椎動物の視覚は、眼底に存健への応用においては、在する膜状の網膜神経組織に始まります。

次世代に向けたライフ

網膜神経組織は、レンズを通して投影されサポートの知能化が注る外界像の光学的な信号を電気化学的な信目されています。その号に変換するだけではなく、その動物種に一例として、ヒトの臓器の活動についてとって重要な意味を持つ情報を、内部の神様々な観測や計測を個人毎に行い、そこか経回路によって実時間並列的に加工・抽出ら得られるデータや情報に基づく機械学習し、それらを神経スパイクと呼ばれる二値や解釈等を通じて、それら臓器の活動に何の電気信号の時間系列へ符号化します。そらかの不全がある場合には、これを人工的して、符号化された情報は、網膜から延びるな刺激や制御によって補助・代行するとい100 万本前後の並列な信号線（視神経繊維ったことが考えられます（図１）。そのため束）を通り脳へ送られます（図２）。したがには、ヒトの心と体を支える神経系・筋骨格って脳は、それら二値信号の時空間的な系系・循環器系を知的な情報システムとして列を元に、さらなる分析・加工等を行って外捉え、コンピュータを含む人工システムと界像を再構成し 視覚 を実現しています。

それらとを繋ぐ技術が不可欠となります。

図２. 視覚の始まり〜網膜神経回路

図１. 知能化ライフサポートの例-15-近年の神経科学の研究によって、網膜内脳刺激型の人工視覚に関する過去の臨床の神経回路が、単純なノイズ除去やコント研究では、失明者の方の後頭部付近に存在ラスト強調などの処理だけでなく、 図と地する脳の 第 1 次視覚領野 と呼ばれる部位の分離 （視野中の対象物体の領域と背景のに、直径数十マイクロメートルの針状の電領域の分離）のような比較的高度な処理も、極が刺入埋植され、それらを通じた微小電複数並列して実行することが明らかになっ流の通電刺激が与えられました。失明後 20てきました。また、その神経回路を構成する年以上経っていたにも関わらず、その患者個々のニューロンが、動的かつ非線形な電の方の視野上には、刺激に応じて点状の光気的特性と、それらに基づくミリ秒精度のの知覚（光覚）が誘発され、しかもそれら光信号処理特性を持つことも分かっています。

覚の視野上の位置は、脳内の電極の位置にもちろん網膜組織に内在する無数の分子の対応することが示されました。このことは、確率的挙動の影響はあるものの、外界から生来の視覚における外界像の再構成には及の入力に対する神経回路の出力は、決定論ばないながら、外界像を点状光覚の時空間的な数理モデルでほぼ説明できることが、パターンで代用しようとする人工的な視覚私たちの研究でも示されています。の再建可能性を示すものでした。

網膜神経回路の構造と機能については、こうした結果を受けて欧州、米国、豪州を未だ部分的しか解明されていませんが、私はじめとする海外では、現在も研究開発がたちの研究グループは、それらの知見を集進められています。その多くは脳刺激シス約し、神経回路の数理モデルをアナログ-デテムの開発や臨床研究に関わるものです。

ジタル混在の集積電子回路システムに実装私達の研究グループでも、世界最多の数千することで、いわゆる生体模倣型の網膜回電極を駆動可能な脳刺激システムの試作開路エミュレータを開発してきました。この発を行い、さらに、これまでに前例のない網エミュレータは、実験動物から計測される膜回路エミュレータと脳刺激システムの統神経スパイクの時間系列を精度よく再現す合システム開発も進めています。これらのることが可能です。したがって、自律ロボッ試作開発は、将来的な臨床応用にも対応す

トの視覚フロントエンドとしての利用はもるものですが、しかし現時点では、動物実験とより、バイオニック医療の人工視覚のシを含む研究用ツールとしての有用性に主眼ステムにも応用可能と考えています（図３）。 を置いています。それは、主に以下の理由によるものです。
今までのヒト臨床研究においても、脳への微小刺激のパラメータと、これに誘発される光覚との関係が調査されました。しかしながら、誘発される光覚については、当然ながら当該患者さんの口頭による報告のみ
図 3. 脳刺激型視覚補綴システムであるため、その定量性には限界があります。また臨床研究の性質から、試験可能な刺-16-

激パラメータにも厳密な制限があります。
そこで私たちは、げっ歯類動物を用いた実験研究をとおして、脳内微小刺激のパラメータと、これに誘発される脳内神経細胞群の活動応答との間の定量的な関係を調査しています。今までの結果から、動物実験ながら、ヒト臨床研究で明らかとなっている光覚誘発に必要な刺激の閾値について、これを定量的に説明する実験データが得られています。さらに、刺激のパラメータを調整することによって、光覚誘発に要する刺激強度を低減できる可能性も示されました。このことは、脳神経組織が持つ特有の非線形性を巧妙に利用することで、複雑ながらも刺激パラメータの最適設計が可能なことを示唆しており、将来的なヒト臨床応用おける安全性と精度の向上において、極めて重要と考えています。
脳刺激型人工視覚の実用化には、他にも複数の技術的な課題が存在しています。しかしそれらを確実に解決していくことが、失明のような重度障害の軽減につながると信じています。そのために、人工視覚を一つのパラダイムとし、脳神経系とをコンピュータとをつなぐ次世代のバイオニック医療、そしてライフサポートの知能化に貢献した
いと考えます。

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今後の行事予定など★中部本部行事★

★セミナー★

[日時] 来年 3 月 2 日（土）午後

１）２０２３年度 第４回セミナー[場所] ツドイコ名駅東 ルーム C

日程：２０２４年１月６日（土）PM技術士講師を募集中（12/31 まで）。

場所：アスト津 会議室１（津市）

詳しくは、三重県支部 池田和人まで。

会員講演

メール：spuk3vz9@outlook.com『中部本部 技術士研究･業績発表会』

池田 和人 技術士（化学、総合技術監理）「人と技術は世を変える 〜オランダの農業と二酸化炭素の循環を題材に〜」

公益社団法人 日本技術士会 中部本部 三重県支部「技術士みえ」発行及び責任者

特別講演

池田和人 技術士（化学、総合技術監理）

三重大学大学院 工学研究科〒510-0034 三重県四日市滝川町 16-2-501

機械工学専攻 准教授

池田和人技術士事務所

川上 博士 様TEL 090-9890-4559
E-mail: spuk3vz9@outlook.com★みえテクノロジーカフェ★

広報委員

第５５回みえテクノロジーカフェ

西方伸広 技術士（機械）

日程：２０２３年１２月１０日（日）井上正喜 技術士（機械、総合技術監理）

１０：００〜１２：００
ゲスト：
井上 正喜 技術士（機械、総合技術監理）
場所 ：ＭＧ ＹＯＫＫＡＩＣＨＩ
参加費：５００円 お菓子・ドリンク付-18-