理系にゅーす

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1: 2019/03/14(木) 00:19:51.90 ID:CAP_USER
四角柱がねじれたようにつながる「ペンローズの四角形」、永遠に登り続けるように見える「無限階段」──「不可能図形」と呼ばれる、現実にはありえないと思われていた図形を、数学の力で現実に作り出した研究者がいる。


※鏡に映すと形が変わる「変身立体」の一種
https://image.itmedia.co.jp/news/articles/1903/13/ki_1609376_sakushi01.jpg

 明治大学先端数理科学インスティテュート所長の杉原厚吉特任教授は、2009年に同大に着任して以来、無限階段のような「だまし絵」の立体化の他、鏡に写すと姿が変わる「変身立体」、180度回転させても逆方向を向かない「右を向きたがる矢印」など、現実にはありえないような「不可能立体」を生み出し、話題を呼んできた。


>>180度回転させても逆方向を向かない「右を向きたがる矢印」
Sugihara2016 https://youtu.be/Vwjkzl1G_vI



 杉原教授は3月に明治大を退官するに当たり、12日に最終講座を行った。10年間の錯視研究で、「タネ明かしをしても脳は錯覚を修正できないこと」と「両目で見ても錯覚は起こる場合があること」に衝撃を受け、その上で1つの疑問が浮かんだと話す。

■「非直角を直角に見せる」新たな立体トリックを考案

 ペンローズの四角形に見える立体を作ったのは、杉原教授が初めてではない。従来も、実際にはつながっていない四角柱をつながっているように見せかける「不連続のトリック」や、四角柱を曲げてつながった立体を作る「曲面のトリック」といった立体化があったが、杉原教授は「直角に見えるところに直角以外の角度を使う」という方法を取った。

 非直角のアプローチでは、四角柱は曲がらず、不連続にもならない。


※従来の「曲面のトリック」によるペンローズの四角形と、杉原教授考案の「非直角のトリック」によるペンローズの四角形
https://image.itmedia.co.jp/news/articles/1903/13/ki_1609376_sakushi03.jpg
https://image.itmedia.co.jp/news/articles/1903/13/ki_1609376_sakushi04.jpg

 教授は、不可能立体を作るために数学的な方程式を解いているという。「絵には奥行き情報がないから、絵と同じように見える立体はたくさんある」(同)。無数にあり得る立体の中から、人の脳は無意識のうちに「これだ」と決めつけ「現実には作れない」と考えるが、方程式に解があれば、その立体は作れるというのが杉原教授の理論だ。


※杉原教授は不可能立体を「方程式を解いて見つける」という
https://image.itmedia.co.jp/news/articles/1903/13/ki_1609376_sakushi05.jpg

※絵から導かれる無数の立体の中から、脳は直角の多い立体を探してしまう
https://image.itmedia.co.jp/news/articles/1903/13/ki_1609376_sakushi06.jpg

ITmedia NEWS
https://www.itmedia.co.jp/news/articles/1903/13/news109.html

続きはソースで


images

引用元: 【数学】四角が丸に、魚が蝶に──“不可能立体”研究10年、杉原教授が導き出した「錯視の方程式」[03/13]

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1: 2019/04/15(月) 19:22:04.00 ID:CAP_USER
頭部外傷、つまり頭に大きな衝撃が加えられることで起きるトラブルについては、これまで医学的に大きな問題になってきたが、最近の研究で自◯のリスクが2倍になることもわかった。
 スポーツには転倒やぶつかり合いなどで頭部のけがや脳震盪が日常茶飯事だが、これが将来重大な病気を引き起こす可能性が高い。アメフト人気が高い米国では、これが社会的大問題となり、2011年にはNFL(ナショナル・フットボール・リーグ)に所属する6000人の選手たちが、脳障害の補償を求める集団訴訟を起こし、二〇一五年には、この問題を扱った映画がアカデミー賞候補にノミネートされたこともある。
 アメフトの何人もの花形選手たちが、頭部外傷を受けてから数年~数十年後に認知症の症状が表れ、記憶障害や注意障害のほか、パーキンソン病のような手足の震え、うつ病や妄想などの症状、自◯のリスクが高いことなどが知られていた。

続きはソースで

http://www.elneos.co.jp/1904sc1.html
ダウンロード (1)


引用元: 【医学】スポーツ中の脳震盪が認知症や自殺の原因に

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1: 2019/04/10(水) 17:04:10.27 ID:CAP_USER
年を取るにつれて物忘れがひどくなっていくというのは仕方のないことのように思えますが、老人の頭部に電極を装着して電気刺激を与えることで、短い時間の間情報を保持して同時に処理するワーキングメモリ(作業記憶)が20代並みまで回復したという研究結果が科学誌のNature Neuroscience上で発表されています。

Working memory revived in older adults by synchronizing rhythmic brain circuits | Nature Neuroscience
https://www.nature.com/articles/s41593-019-0371-x
https://i.gzn.jp/img/2019/04/10/electrical-stimulation-fix-brain/00.jpg

Electrical jolts to brain restored memory of elderly to that of 20-year-old | Ars Technica
https://arstechnica.com/science/2019/04/brain-jolts-revive-memory-in-elderly-turning-clock-back-four-decades/
https://i.gzn.jp/img/2019/04/10/electrical-stimulation-fix-brain/snap0357_m.png

To Improve Memory, Tune It Like an Orchestra - The New York Times
https://www.nytimes.com/2019/04/08/health/aging-brain-memory.html

今回の研究を行ったのはボストン大学のロバート・ラインハルト助教授とジョン・グエン氏で、2人は高齢者の認知機能低下の主要因である「ワーキングメモリの欠損問題」に対するアプローチの1つとして、電気刺激を与えるとワーキングメモリにどのような影響があるかを測定する実験を行いました。電気刺激は前頭前野と側頭皮質の間の作用が効率化するように、被験者それぞれに合わせてカスタマイズされたものです。電気刺激は頭部に貼り付けられた電極から流れるタイプのもので、インプラントなどの手術を要しません。実験では、60歳から76歳の老人42人と比較対照群の20代の若者42人に、画像を見せた後すぐに次の画像を見せ、「2枚目の画像は1枚目の画像と同一なのか、異なっている部分があるのか」を答えるというワーキングメモリの能力を測る記憶テストを受けてもらいました。

続きはソースで

https://gigazine.net/news/20190410-electrical-stimulation-fix-brain/
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引用元: 脳に電気刺激を与えると高齢者のワーキングメモリが20代並みまで回復したという研究結果[04/10]

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1: 2019/03/01(金) 14:15:20.52 ID:CAP_USER
鳥やイルカなど、音声のやり取りを行う動物は多く存在しますが、人間のように即時的で複雑な会話を行う動物は限られています。そんな中、人間にように複雑な会話を行う「歌うマウス」を研究することで、人間の脳が会話をどのように処理しているのかというメカニズムが明かされる可能性が出てきています。
https://i.gzn.jp/img/2019/03/01/songs-of-singing-mice/00.jpg

Motor cortical control of vocal interaction in neotropical singing mice | Science
http://science.sciencemag.org/content/363/6430/983

This singing mouse’s brain could reveal keys to snappy conversation | Science | AAAS
https://www.sciencemag.org/news/2019/02/singing-mouse-s-brain-could-reveal-keys-snappy-conversation

The Songs of Singing Mice May Help Unlock How the Brain Processes Conversation | Technology Networks
https://www.technologynetworks.com/neuroscience/news/the-songs-of-singing-mice-may-help-unlock-how-the-brain-processes-conversation-316156

人間の脳は、他の人のスピーチに含まれる情報をエンコードし、それに対し即座に応答します。マーモセットというサルは、話者を順番に交代するスタイルの人間のようなコミュニケーションを取りますが、やり取りは人間よりもゆっくりとした速度です。

しかし、「Alston’s singing mouse」と呼ばれるマウスは速いスピードで複雑な会話が行えるとして、ニューヨーク大学メディカルセンターの研究者がその脳の働きを調査しました。Alston’s singing mouseのオスは敵を攻撃する時やメスのマウスを魅了する時に歌を歌いますが、この行動は他のマウスと大きく異なると論文の筆頭著者であるMichael Long准教授は語っています。一般的なラボのマウスは短く、無秩序な、超音波の音声を発しますが、Alston’s singing mouseは相手が発話者を特定できるような構造的なシグナルを発することができ、その音声はおよそ100の音色から生み出される比較的長いものとなっています。

Alston’s singing mouseの音声がどんなものなのかは、以下のムービーから確認できます。

Male Alston's singing mouse (S. teguina) singing to female in estrus - YouTube
https://youtu.be/Cwjjxj6ambY


続きはソースで

https://i.gzn.jp/img/2019/03/01/songs-of-singing-mice/02.jpg
https://i.gzn.jp/img/2019/03/01/songs-of-singing-mice/02.jpg

https://gigazine.net/news/20190301-songs-of-singing-mice/
ダウンロード


引用元: 【動物】「歌って会話するネズミ」が人の脳のメカニズム解明のカギとなる[03/01]

「歌って会話するネズミ」が人の脳のメカニズム解明のカギとなるの続きを読む

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1: 2019/02/23(土) 11:48:19.54 ID:CAP_USER
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。
https://www.technologyreview.jp/wp-content/uploads/sites/2/2016/08/neural-cycles.jpg

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
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引用元: 【数学/脳科学】コネクトーム:脳の構造を代数的位相幾何学で理解できることが判明

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1: 2019/03/17(日) 15:38:18.76 ID:CAP_USER
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」。

予約リスト

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。

続きはソースで

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https://www.technologyreview.jp/s/78899/a-startup-is-pitching-a-mind-uploading-service-that-is-100-percent-fatal/
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引用元: 【化学】「生きた脳」の永久保存で人類は不死を手に入れるのか

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