■切れ端から再生　根絶難しく

　特定外来生物の水草が九州で猛威を振るっている。強い繁殖力で福岡県や佐賀県の河川で繁茂。わずかな切れ端から再生するため根絶が難しく、行政が対応に苦慮している。ここ数年、九州では集中豪雨で河川の氾濫が頻発。水草があふれた水の流れに乗り、水田に入り込んだ事例もある。また、農業用水路の通水障害を引き起こすなど、さまざまな影響を及ぼしている。（金子祥也）

■冬でも大量　初期防除が鍵

　九州で拡大している水草は「ブラジルチドメグサ」「オオフサモ」など。いずれも南米原産の水草だ。切れ端から増殖してしまうほど繁殖力が強く、一度広がれば根絶が難しい。

　ブラジルチドメグサが農業用水路で繁殖する佐賀市は、２０１５年度に１４１７万円の予算を確保し、手作業で除去作業を敢行。しかし、取りきれなかった切れ端から翌年も再生してしまった。以降、３年連続で数百万円の予算を確保。群落が大きくならないうちに処理できるよう、通年で巡回して被害軽減に努めるが「抜本的な解決策にならない」（環境政策課）と頭を抱える。

　九州農政局農村環境課も、外来水草の繁殖を問題視している。九州北部豪雨や西日本豪雨など、集中豪雨による河川の氾濫が増えており、拡大のリスクが一層高まっているからだ。「定着させないためには初期防除が何より重要だ」と警鐘を鳴らす。

　福岡県久留米市では、地域の若者が初期防除に奔走する。生き物好きの学生が川の生態系を維持するため、川沿いのパトロールや除去作業などを自主的に担う。

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超強力なスーパーコンピューターの処理能力をはるかに凌ぎ、産業界全体に変革をもたらす可能性があるとして、量子コンピューターの研究・開発に多額の資金が投入されている。日々報じられる関連ニュースを読み解くために押さえておきたい基礎知識を説明する。

子コンピューターは、ほとんど神秘的といえる量子力学の現象を利用して、処理能力を飛躍的に向上させる。現在、そして将来のもっとも高性能なスーパー・コンピューターの処理能力さえもはるかに凌ぐことが期待されている。

量子コンピューターは従来のコンピューター（古典的コンピューター）を完全に置き換えるものではない。古典的コンピューターは今後も、ほとんどの問題に対処するためのもっとも簡単で経済的な解決策として使われ続けるだろう。だが、量子コンピューターは、材料科学から医薬品研究に至るまで、さまざまな分野に胸躍る進歩をもたらすことが期待されている。すでに、量子コンピューターを用いて、電気自動車用のより軽く強力な電池を開発しようとしたり、新薬開発に役立てたりしようとしている企業もある。

量子コンピューターが持つ力の秘密は、量子ビット（キュービット）を生成し、操作する能力にある。

■「キュービット」とは何か？

現在のコンピューターは、1か0を表す一連の電気パルスまたは光パルスであるビットを用いて演算をする。ツイッターのツイートからメール、iTunesの楽曲、YouTubeの動画に至るまで、さまざまなものが本質的にはこの2進数の長い文字列でできている。

一方、量子コンピューターは演算の単位として通常、電子や光子といった素粒子である「キュービット」を用いる。キュービットを生成し、操作することは科学的・工学的に困難な課題となっている。IBM、グーグル、リゲッティ・コンピューティング（Rigetti Computing）といったいくつかの企業は、深宇宙よりも低温に冷却された超伝導回路を用いている。イオンQ（IonQ）などの他の企業は、超高真空チャンバー内のシリコンチップ上の電磁場に個々の原子を閉じ込める手法を用いている。どちらの場合も、制御された量子状態にあるキュービットを、外部環境から隔絶することを目指している。

キュービットは、いくつかの奇妙な量子的性質を持つ。その結果、相互につながった一連のキュービットは、同数のバイナリー・ビットよりはるかに強力な処理能力を持つことになる。キュービットの不可思議な量子的性質には、「重ね合わせ」として知られる性質や「量子もつれ」と呼ばれる性質がある。

■「重ね合わせ」とは何か？

キュービットは、1と0の数多くの取り得る組み合わせを同時に表せる。このような、同時に複数の状態で存在できる能力を「重ね合わせ」と呼ぶ。研究者は、精密レーザーやマイクロ波ビームを用いてキュービットを操作し、キュービットを重ね合わせ状態にする。

直感に反するこの現象により、重ね合わせ状態にあるいくつかのキュービットを備えた量子コンピューターは、膨大な数の起こり得る結果を同時に並列して処理できる。最終的な計算結果は、キュービットを測定して初めて得られる。測定するとキュービットの量子状態は直ちに1または0に「崩壊」する。

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■「量子もつれ」とは何か？ 

研究者は、「もつれ合った」キュービットの対を生成できる。対を成す2つのキュービットが同一の量子状態で存在することを「量子もつれ」という。もつれ合ったキュービットの一方の量子状態を変化させると、もう一方の量子状態も予測可能な形で即座に変化する。キュービット同士が距離的に非常に離れていたとしても同じ現象が起こる。

量子もつれが起こる理由や仕組みについてはよく分かっていない。この現象はアインシュタインすらも困惑させた。アインシュタインが量子もつれのことを「不気味な遠隔作用」と表現したのは有名だ。だが、量子もつれこそ、量子コンピューターの能力の鍵となる現象だ。従来のコンピューターでは、ビット数が倍になれば、処理能力も倍になる。一方、量子もつれのおかげで、量子コンピューターにキュービットを追加すると、演算処理能力は指数関数的に増加する。

量子コンピューターは、量子の数珠つなぎのような、もつれ合ったキュービットを利用することで魔法のような能力を発揮する。特別に設計された量子アルゴリズムを用いて計算速度を向上できる量子コンピューターの能力こそ、量子コンピューターの可能性が大きな注目を集めている理由となっている。

以上が、量子コンピューターのプラス面だ。マイナス面は、「デコヒーレンス」により量子コンピューターが従来のコンピューターよりはるかにエラーを起こしやすいことだ。

■「デコヒーレンス」とは何か？

キュービットが外部環境と相互作用してキュービットの量子的な状態が衰退し、最終的に失われることを「デコヒーレンス」と呼ぶ。

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誰も脳の配線図を理解していなかったが、コネクトームと呼ばれる脳の構造を代数的位相幾何学で理解できることが判明した。

人間のコネクトーム（白質の構造で基本的には脳の配線図といってよい）は、脳の異なる部分間をつなぐリンクのネットワークだ。リンクは、灰白質を構成する神経細胞体を接続する神経細胞「軸索」の突起の束である脳の白質によって図式化する。

脳に関する従来の見解では、灰白質が主に情報処理や認知に関与し、白質は脳の異なる部分間で情報を送信している、とされてきた。

白質の構造はあまり理解されてないが、いくつかの高度なプロジェクトによる研究で、コネクトームは当初考えられていたよりもずっと複雑だとわかってきた。人間の脳には、1014のシナプス結合で接続された1010ものニューロンがある。リンク同士の接続を図式化するのはもともと難しい上に、ネットワーク構造が画像解像度に依存するので、さらに難しくなっている。

構造を研究することで、白質は学習や脳の活動調整で重要な役割を果たしている証拠も出てきた。しかし、この役割が構造にどう結び付いているかは正確にはわからない。
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したがって、白質の構造をさまざまなスケールで理解することは神経科学の大きな課題である一方、適切な数学的ツールの欠如が、研究の進展を妨げていた。

しかし今日、この状況は代数的位相幾何学のおかげで変わろうとしている。神経学の研究者が徐々にだが初めて、代数的位相幾何学の価値を理解し始めている。従来、代数的位相幾何学は、空間や形状を分類するための「数学的な探求」だったが、ペンシルベニア大学のアン・サイズモア研究員（準計算機生物学者）などによるチームは、代数的位相幾何学がどのようにコネクトームの理解に革命をもたらすかを示した。

学問的探求において、代数的位相幾何学者は、異なるスケールで位相空間での対称性を見つけるという、試練を設定する。

数学において、対称性とは、視点を変更しても不変であることだ。たとえば正方形は90度回転しても形状が変わらない。これが対称性のひとつのタイプだ。

中でも、コネクトームを理解する上では、さまざまなスケールでも対称性を保つ数学的構造「永続的な相同性」の探求が重要だとわかってきた。

神経学者は、特定の認知機能は、脳全体に分散されているさまざまな神経ノードを利用することにずっと気付いていた。コネクトームプロジェクトの中心的な疑問の1つは、これらのノードが白質でどう接続されているかだ。

神経学者が白質繊維を研究する方法は、繊維の長さに沿って、どう水を拡散するかを観察することだ。拡散経路は、「拡散スペクトルイメージング」によって明らかにでき、白質の構造を理解できる。

詳細に調べるため、サイズモア研究員は8人の健康な成人の脳を測定した。これにより、すべての脳に同じ構造を探せた。チームは特に、聴覚系や視覚系、接触、圧力、疼痛に関する体性感覚システムなど、認知システムに関わる脳の83の異なる領域間のリンクを観察した。

こうして配線図を構築したサイズモア研究者のチームは、構造の研究に代数的位相幾何学の手法を適用することで、いくつかの重要な洞察が生まれた。

まず特定のノードのグループは、グループ内の各ノードが他のすべてのノードに接続された「すべての対全接続している」状態でクリークと呼ばれる構造を形成していることが明らかになった。認知システムのすべては、異なる数のノードを含むのクリークで構成されている。

しかし、分析により、もうひとつの重要な位相構造のグループが明らかになった。この位相構造は「サイクル」と呼ばれる閉じたループで、最初のノードが次のノードに接続し、その次のノードがまた次のノードに接続していき、最後のノードは最初のノードに接続してサイクルが閉じている。

続きはソースで

https://www.technologyreview.jp/s/6971/how-the-mathematics-of-algebraic-topology-is-revolutionizing-brain-science/

まだ生きている状態の人間の脳に化学処理を施し、何百年も保管できるようにするサービスを計画しているスタートアップ企業がある。将来の科学の進歩により保存した脳から情報を復元できるようになれば、コンピューター・シミュレーションとして蘇ることができるという触れ込みだ。

スタートアップ養成企業であるYコンビネーター（Y Combinator）主催の超冒険的・野心的な企業を支援する3カ月間のブート・キャンプが人気だ。

だが、ネクトーム（Nectome）のような企業は、これまでにはなかった。

ネクトームの共同創業者でマサチューセッツ工科大学（MIT）の卒業生であるロバート・マッキンタイヤーCEO（最高経営責任者）は、3月21日に開催されたYコンビネーターのデモ・デイ（日本版記事）で、ハイテク死体防腐処理加工をして巧妙に脳を保存するテクノロジーについて説明した。そこでマッキンタイヤーCEOは、自身のビジネスに対する意気込みを語ったはずだ。ネクトームのWebサイトで問いかけているように「あなたの心をバックアップできるとしたらどうしますか？」と（日本版注：現時点ではその後の報道に対する声明が掲載されている）。

そう、ネクトームは「脳を保存してアップロードする」企業なのだ。ネクトームの化学溶液を用いれば、数百年、もしかすると数千年間、肉体を傷つけずに凍結したガラス像として保存できる。未来の科学者がいつの日か、レンガのように硬くなった脳をスキャンして、コンピューター・シミュレーションとして脳を蘇らせるというアイデアだ。そうなれば、非常に似ているが厳密には異なる人物が、どこかのデータ・サーバーの中でもう一度花の匂いを嗅いだりするようになるだろう。

だが、この話には身の毛のよだつような落ちがある。ネクトームの処置が効果を発揮するには、脳は新鮮でなくてはならないのだ。ネクトームは、末期症状の患者がまだ生きている間に（ただし麻酔をかけられた状態で）人工心肺に接続し、頸動脈にさまざまな防腐剤を調合した薬剤を投与する計画だという。

カリフォルニア州では2年前に、末期症状の患者に対する医師による自◯ほう助を容認する法律「終末期選択法（End of Life Option Act）」が制定された。ネクトームはこの法律に詳しい弁護士に相談して、自社のサービスは合法であろうと信じるに至った。同社の手法を用いれば「間違いなく死にます」とマッキンタイヤーCEOはいう。「Yコンビネーターが投資する企業の中でも、ネクトームが特異な位置にいるのはそのためです」。

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脳のアップロードは、レイ・カーツワイルなどのフューチャリストの文献を読んだことがある人なら馴染みがあるだろう。コンピューター・プログラムとしての不死は今後間違いなく現実のものになっていくとすでに確信している人もいるかもしれない。あるいは、こういった考えの総称である「超人間主義（トランスヒューマニズム）」は、死に対する人間の恐れにつけ込むハイテク宗教に過ぎないと思う人もいるかもしれない。

いずれにしろ、ネクトームには注目しておくべきだ。ネクトームは多額の連邦政府補助金を獲得し、MITで最も優秀な神経科学者であるエドワード・ボイデン教授と共同研究しているのだから。ネクトームは、同社の手法を使ったブタの脳の保存状態が極めて良好であり、すべてのシナプスを電子顕微鏡で観察できたことを評価されて、賞金8万ドルの科学賞を受賞したばかりだ。

コンピューター科学者のマッキンタイヤーCEOと共同創業者のマイケル・マッカナは、異常なまでの熱心さでYコンビネーターの教えに従っている。「ユーザーが体験することは、医師のほう助による自◯と同じでしょう。このサービスが市場に受け入れられるかどうかは、この方法がうまくいくと人々が信じるかどうかにかかっています」（マッキンタイヤーCEO）。

ネクトームの保存サービスはまだ提供されておらず、今後数年は無理かもしれない。死んだ組織の中に記憶を見つけられる保証もない。

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https://www.technologyreview.jp/s/78899/a-startup-is-pitching-a-mind-uploading-service-that-is-100-percent-fatal/