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【速報】ソフトバンクと東京大、脳オルガノイドで「人工脳細胞のプロセッサ」を共同研究、世界初の成果を発表「脳細胞が次世代コンピュータになる」

2025年1月17日 By 神崎洋治

2025年1月17日、ソフトバンクは「ソフトバンクが取り組む次世代コンピューティング研究に関する説明会」を報道関係者向けに開催した。その内容は、同社が東京大学生産技術研究所と研究している「脳オルガノイド」をコンピュータ分野で活用する未来についての研究内容と成果について、そしてコンピュータに人工的に作られた脳細胞そのものを活用する「Brain Processing Unit（BPU）」の研究開発について。

説明会に登壇し、概要を説明するソフトバンク株式会社　先端技術研究所　先端5G高度化推進室　室長　朝倉慶介氏「脳オルガノイドは、今のAI機械学習の比べて学習の速度が圧倒的に速い。20分の学習で、実際に1.5倍程度も精度の向上がはかれています」

コンピュータ分野に実際の細胞を接続して活用するというコンセプトには驚いたが、世界初の成果として「脳オルガノイドは1個で学習した時より、2個、3個と接続して使うことで正答率が向上する」というスケーラビリティ性が実験で実証できたという発表にも驚かされた。

■ Research Trailer | Brain Processing Unit – 生命とコンピューターが融合する未来 –

脳オルガノイドとは

ここでいう「脳オルガノイド」(Brain Organoid)は、iPS細胞を使い、ヒトの脳の活動を模倣するように作られた三次元的な細胞の集合体。簡単に言えば、iPS細胞から生まれた脳のように考える細胞のこと。

現在の研究環境では「脳オルガノイド」はひとつ約1cmの大きさだ。人間の脳のサイズと比較してほんの一片の大きさに過ぎない。研究の伸びしろは大きく、可能性は大きく拡がっている

ソフトバンクは東京大学生産技術研究所池内研究室池内与志穂准教授と連携して研究。池内准教授は分子細胞工学を専門としている。小さな「脳オルガノイド」を「軸索（神経線維のこと:神経細胞から伸びる突起)」でつなぎ、脳の領野間結合を再現した神経回路モデルを開発、共同研究をおこなっている。

ソフトバンクはこれを、従来の「CPU」、AIやグラフィック処理などに活用されている「GPU」、今後の進化と実用化が期待されている「量子(QPU)」に次いで、将来のコンピュータ技術に「Brain Processing Unit（BPU）」コンセプトの研究を進めていく。

ソフトバンクは東京大学の池内准教授と連携し、次世代コンピューティングの可能性を探る、超先端技術のとして「BPU」を研究。ただ、実用化は40～50年後と予測。まさに未来の技術で、BPUの旅は始まったばかりだ。なお、「BPU」は「CPU」や「GPU」と排他的なものではなく、得意分野で共存していくものを想定している

今回の研究の成果発表について詳細を説明するソフトバンク株式会社　先端技術研究所先端5G高度化推進室企画推進課　研究員　杉村聡太氏「例えば、未知の事態や環境に出くわした時にどう適応していくのか、それを的確に迅速に判断することについては、今までの経験から学んで対応できる人工の脳組織が最も適しているのではないかと期待しています」

世界初の成果「人工の脳組織「脳オルガノイド」を連結、高度な情報処理が可能」

ソフトバンクは世界初の研究成果として、人工の脳組織「脳オルガノイド」を連結させると、より人間の脳の構造に近い、複雑な神経回路を構築することができ、単体よりも高度な情報処理ができることを実証した、と発表した。

人工の脳組織「脳オルガノイド」を軸索で連結させることで、単体よりも2個、2個よりも3個を連結した方が精度が高まることを実証した(世界初)

ディープラーニングのような機械学習では通常、AIが正しいおこない(成功)をしたときに「報酬」を与え、間違ったとき(失敗)には「ペナルティー」を与えることで、AIが正しいおこない(成功と失敗)を判別できるようになる。
今回の「脳オルガノイド」でも、外部の電極デバイスを使って細胞に活動電位(電気刺激)を与えることによって「報酬(うれしい)」と「ペナルティー(嫌がる)」を与えることができる。まずは細胞が活性化する活動電位(報酬)と、ノイズ的な活動電位(ペナルティー)を特定した。その電位を使い分けて電極デバイスから活動電位を与えることで、細胞に対しても成功と失敗を学習させることができる。

現在のAIでの黎明期もプロック崩しゲームで学習させたことが知られているが、今回もゲートを通過するゲームを使用して、細胞にゲームをさせて、成功と失敗を学習させた。

電気刺激で成功と失敗を教えることで、細胞はゲームが上達していった

人間の脳は大きくていろいろな能力を担当する部位があり、その複雑な回路は複雑に絡み合っている。池内准教授によれば、脳オルガノイドはひとつひとつが小さいものの、いろいろな能力を持つ複数の脳オルガノイドが連結することで、将来的には人間の脳ができる領域に少しでも近づける可能性を示唆した。

説明会に登壇し、詳細を解説する東京大学生産技術研究所　池内研究室　准教授　池内与志穂氏

それを裏付けるためには、複数の脳オルガノイドを連結することで能力が高まるか否かを実証することが重要になる。

そのため、脳オルガノイドが単体のとき(ソロ)、2つの脳オルガノイドを連結した時(デュオ)、3つの脳オルガノイドを連結した時(トリオ)の正答率が向上するかどうかをテスト(活動データの取得)した。その結果、正答率の向上が確認できた。これは世界初の成果となる。

サポートベクターマシン(AIの分類や回帰に用いられる教師あり学習の機械学習モデルのひとつ)とCNN(畳み込みニューラルネットワーク)を使って正答率を検証。3つ連結のトリオの正答率が最も高かった

「BPU」実現までの長い旅はまだ始まったばかりだが、これらの研究が進めば、現在のAIよりも更に高精度で、応用力があり、広い思考を持った汎用的な人工の脳が実現できるかもしれない、そんな可能性が抱ける発表となっていた。

今後の展開

AIが、人間の脳神経細胞を模倣したコンピュータ技術である人工ニューロンを要素技術のひとつとし、あたかも人間がするような学習によって、今までコンピュータではできなかった知能的なことが次々と実現され始めていることは広く知られている。

AIでは、演算能力が高いハードウェアとして「GPU」の存在が重要だが、今回の発表では、脳オルガノイド(細胞)を「BPU」として活用すると、現在のAI機械学習より圧倒的に高速で学習できる見込みがあるという。また最近では、AIの学習･推論による電力問題が取り沙汰されているが、脳オルガノイドは省電力、消費電力については圧倒的なアドバンテージがある。

また、人間の脳は過去の経験から、未知の出来事に対処したり、比較的短時間で対応することができるが、「BPU」も細胞を使うことで、同様に対応能力が高い知能を持つことが期待できる。人間の脳を模倣する電子デバイスと併用して、人工の脳細胞を使った学習と推論が展開される未来図を描く。

今回の共同研究により、軸索で結合させた脳オルガノイドが、単独の脳オルガノイドに比べて高精度に情報処理ができることが実証された。これにより、培養技術の進歩に伴って、培養神経組織の情報処理能力が一層高まる可能性を示唆している。将来的なコンピューティング応用への可能性を示す重要な成果といえるだろう。

ソフトバンク × 真鍋大度 × 東京大学特別展を開催

今回の「脳オルガノイド」発表に伴い、AIにはない新しい可能性を持つ「脳オルガノイド」の最新研究の成果として、真鍋大度氏(ライゾマティクス)による作品を初公開する展示イベント「Brain Processing Unit-生命とコンピューターが融合する未来-」が、2025年2月1日(土)～2月9日(日)に開催される。
脳科学やAIの研究者をはじめて、新しい技術に興味がある開発者やビジネスマンなど、幅広い層の人が楽しめて、学んで体験できるイベントとなるようだ(関連記事「ソフトバンク人工脳細胞プロセッサ「脳オルガノイド」の将来ビジョンが体感できるイベント開催へ　トークイベントも　Brain Processing Unit」)。

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神崎洋治

神崎洋治（こうざきようじ） TRISEC International,Inc.代表「Pepperの衝撃! パーソナルロボットが変える社会とビジネス」(日経BP社)や「人工知能がよ～くわかる本」(秀和システム)の著者。デジタルカメラ、ロボット、AI、インターネット、セキュリティなどに詳しいテクニカルライター兼コンサルタント。教員免許所有。PC周辺機器メーカーで商品企画、広告、販促、イベント等の責任者を担当。インターネット黎明期に独立してシリコンバレーに渡米。アスキー特派員として海外のベンチャー企業や新製品、各種イベントを取材。日経パソコンや日経ベストPC、月刊アスキー等で連載を執筆したほか、新聞等にも数多く寄稿。IT関連の著書多数(アマゾンの著者ページ)。