ヴォイニッチの科学書 第708回 脳は4ビットで動いている

ニュージーランド・カンタベリー大学の研究者らが脳の判断はアナログではなく、デジタル処理らしいことを確認しました。  

音楽であればMP3はデジタル、レコードはアナログです。デジタルデータは複製しても劣化がほぼゼロといえますので、データを何度も複製しながら長期間保管する用途に向いています。  

遺伝情報は非常に重要で、親から子へ複製されるときに劣化すると困るので、遺伝子は塩基と呼ばれるアミノ酸分子を使ったデジタルデータとなっています。遺伝子がデジタル情報なので、何億年、何十億年も生物の体の基本設計は変化なく複製され子孫に伝えられています。  

脳も多くの情報を保存しています。神経信号はマイナス40mVからマイナス70mVの間を波のように変動するアナログ信号であるため、脳のデータはアナログデータだろうと長年考えられていました。 一方で、脳の機能を理論的に解析すると膨大な量の脳細胞がアナログで情報をやり取りするのは不可能に思えます。

脳の情報処理がアナログか、デジタルかを明らかにするためにニュージーランド・カンタベリー大学の研究者らは実験協力ボランティアに、確率を考えながら意思決定、それに基づいて行動をする思考実験に取り組んでもらいました。

実験の結果、意思決定の結果として現れる人の行動は、アナログ的に滑らかに変化するものではなく、判断は断続的で、不連続なデジタル的であることがわかりました。脳での情報処理はデジタル処理である可能性が非常に高いことを示しています。

そこで、得られたデータのビット数を疑似的に測定したところ、脳は4ビットで動作しているらしいこともわかりました。

ヴォイニッチの科学書 第708回 脳は4ビットで動いている
写真:カンタベリー大学校舎


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2018-06-30 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第707回 Vチューバーの身体感覚

あなたは、自分が透明人間になれるステッキが「魔法少女サイト」から送られてきたと思ってください(魔法少女サイトが何なのかはこの場合あまり関係ありません)。あなたはそのステッキを使って透明人間になりました。服を着ていると他の人から服だけが見えてしまうので、素っ裸になります。これで街に出るのは勇気がいりますよね。突然、透明人間の魔法が切れたら通報されますよね。ですので、その状態で手袋と靴下だけを身に着けます。そうすると、自分の手と足の先だけが見えるようになります。この時、あなたは身体の存在を的確に感じ取ることができるでしょうか? 

つまり、誰かに「お腹を触ってください」と言われたら透明な自分の身体のお腹の位置を透明な手で的確にさわれるでしょうか。

豊橋技術科学大学と東京大学、慶應義塾大学の共同研究チームは、目の前の手袋と靴下が自分の手足の運動と同期して動く画像を見ることで、そこに透明な身体が脳内補間され、まるで自分の身体があるかのように感じること(透明身体所有感の錯覚)を示しました。これは、視覚と触覚が脳内で受動的に統合されることによって、全身で錯覚が起きることを示しています。


現在、バーチャルリアリティ(VR)端末が普及過程にあり、VRを用いることで、見た目や大きさ、性別、年齢などが異なるさまざまな身体に所有感を感じる錯覚を作り出すことが可能になりました。Vチューバーもそこに含まれるかもしれません。

そこで、研究者らは、身体運動に注目して、透明な身体に所有感を感じる新しい方法を開発しました。研究ボランティアにヘッドマウントディスプレイを装着してもらい、2メートル前方に手袋と靴下だけを映し出しました。

ヴォイニッチの科学書 第707回 Vチューバーの身体感覚

ボランティアに、

 条件1:自分の身体の運動と同期して手袋と靴下が動いて見える
 条件2:自分の動きとは関係なく手袋と靴下が動く を体験してもらったのちに、聞き取り調査をしました。

その結果、多くの人は自分の動きと同期して動く手袋と靴下の間に透明な身体があるように感じ、それが自分の身体と感じられることがわかりました。つまり、自分の透明な身体が2メートル先にあるかのように感じ取られたのです。同時に、自分の居る場所が2メートル前方つまり、透明な自分のいる場所にずれて知覚されることが計測されました。

今とは違う身体や外見に変わってみたいという願望は誰にもあるものですが、VR は非常にリアルに、私たちが好きな身体を自由に手に入れることが可能であることを示唆しています。今後は、そのような仮想の身体を持った人間同士がコミュニケーションすることが普通になった場合、その社会においてコミュニケーションがどう変わるのかを研究する必要があると研究者らは述べていますが、MMORPGなどにはまっておられる方にとってはご存じのとおりです。


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2018-06-22 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第707回 パレイドリア現象

パレイドリア現象とは、日本語では顔らしさ認知といわれ、ヒトの顔ではない模様を顔のように認識してしまうことです。たとえば、心霊写真、火星の表面に顔の形の遺跡があるとか、かつて流行した人面魚とか、そういったたぐいです。

火星の人面クレーター?
ヴォイニッチの科学書 第707回 パレイドリア現象

私たちが何かを見てそれが何であるかを認識するまでには、網膜に映像が映るところから大脳での画像処理や記憶情報とのマッチングなど多くの段階がありますが、いろいろなものが顔に見える現象が視覚処理のどの段階で生じているかは明らかにされていませんでした。

豊橋技術科学大学の研究によると、顔らしさの認知は物体を見てから約100ミリ秒という視覚処理の初期段階で行われており、脳で物体を認識する前より既に顔かどうかの情報処理が行われていることが明らかになりました。ホモ・サピエンスの社会形成において、風景を認識するよりもまず顔の認識を優先するように画像処理が進化したのではないかと考えられます。


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2018-06-21 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第707回 巨大恐竜も巣作りをした

名古屋大学はカナダカルガリー大学などと共同で鳥に似た巨大な恐竜の巣作りを明らかにしました。

一部の恐竜は鳥のように、卵を温めていたことが明らかになっています。けれどこれまでは小型の恐竜でしか確認されておらず、大型の恐竜がどうやって卵を温めていたのかは謎でした。 恐竜の巣の化石を調査した結果、体がサイほどの大きさもあるオヴィラプロトサウルスでは親が巣の中心にはいり、卵をつぶさないように卵の配置を変えながら温めていたことがわかりました。大型の恐竜は身体が重いので卵を温めることはできないという説もありましたが、卵の配置を工夫して温めていた可能性が出てきました。

ヴォイニッチの科学書 第707回 巨大恐竜も巣作りをした

上の写真は中国河南省で発見された大型恐竜の巣の化石です。円形に並んでいるのは卵で、この巣の中央の卵がない場所に親が収まって抱卵していたものと思われています。


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2018-06-20 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第707回 希少遺伝性疾患を胎児期に治療

X染色体連鎖低発汗性外胚葉異形成症(XLHED)という病気があります。これは遺伝性の皮膚疾患で、患者は出生時にはすでに発症しています。XLHEDの赤ちゃん(患者)は前歯が鋭利となり、汗をかくことができません。そのため、汗の気化熱で体を冷やすことができず、体温が異常に高くなり、死の危険を伴います。 XLHEDの原因は、胎児期に汗腺を作るために必要な特定のタンパク質が体内で生成されないことであるとわかっています。

予防薬も治療薬もないこの病気を持った子供を身ごもっている妊婦に、ドイツのエアランゲン=ニュルンベルク大学の診療所がある特殊なタンパク質を注入する補充療法の臨床試験を行ったところ、胎児の治療にある程度成功しました。

このタンパク質はXLHEDの患者の「子供に投与する」医薬品として開発が試みられましたが、効き目がなく、臨床研究は中止になり、この薬を研究していた製薬会社のエディマー・ファーマシューティカルズは倒産しました。

医薬品を母親の体内の胎児周辺に直接注入して胎児の遺伝性疾患を治療させることなど、これまで誰も経験したことのないことで、非常にリスクの高い挑戦でしたので、治療を相談されたエアランゲン=ニュルンベルク大学は一か月以上にわたり、夫婦、医師、大学が慎重に検討を行い、人道的使用として、はじめて「胎児への治療」が試みられました。

XLHED患者に欠如しているタンパク質は、生育中の胎児に汗腺が形成される20週から30週の間だけ一時的にあればよいという事実を利用し、そのタイミングでタンパク質を母親の羊膜嚢に直接注入しました。治療はうまくいき、普通に汗をかくことができる赤ちゃんが出産し、母体にも影響はありませんでした。ただし、XLHEDの特徴的な容貌と歯の欠如が発生してしまいました。 

XLHEDは発症率が2万5000人に1人という稀な疾患で、妊娠中の女性への投与は大きなリスクを伴うにもかかわらず、一生に一回だけの投与で治療が完了するため、今回の治療成功があっても、この薬の開発を継続しようとする会社は現れていません。


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2018-06-19 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

【6/21 チケット発売開始】阿佐ヶ谷ダイナーヴォイニッチ《ヲタクに人工知能は難しい》7/21開催

美味しい食事とドリンクで科学を楽しむトークライブイベント「阿佐ヶ谷ダイナーヴォイニッチ」2018年夏。開催します。

テーマ:ヲタクに人工知能は難しい。

今とっても話題で、とっても身近になってきた人工知能。人工知能っていったいなんなの? 何をしてくれるの? 何をされちゃうの? 人工知能が勝手に3Dプリンターで武器を作って戦争を始めちゃうってホント? 人工知能で誰の仕事がなくなるの? そんな人工知能にまつわるあれやこれやを考えてみたいと思います。

開催日時 : 2018年7月21日(土)18時入場開始 18時30分開催~21時ごろ閉演
会  場 : いつものところ、阿佐ヶ谷LofA (東京:0JR総武線阿佐ヶ谷駅近く)
チケット : 前売り 2100円は 6/21正午発売開始 当日2600円
 チケットは公式サイトからリンクをたどってくださいね、こちらからどうぞ 

その他の情報はこれからこのページで紹介していきます。
「阿佐ヶ谷ダイナーヴォイニッチってどんなイベントなん?」って方は過去のイベント情報をご覧ください。その時のスナップ写真も掲載しています。こちらからどうぞ   

皆様のご来場お待ちしてます

2018-06-19 : お知らせ : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第707回 地球の文明を探す

人類が絶滅した後の地球に、宇宙人科学者がやってきたとして、地球にかつて文明があったことに気づくことができるでしょうか。米国航空宇宙局(NASA)ゴダード宇宙科学研究所やロチェスター大学にはそのような研究をしている科学者がいます。

結論としては、何らかの痕跡を発見するかもしれないけれど、それが知的生命体の残した痕跡であると、宇宙人科学者が判断することは難しいだろう、というところです。

このような地球文明の遠い未来の姿を予測する研究は、将来の宇宙生物学者が太陽系外惑星探査において、何を目印に探査を行うのが効率よく知的生命体を発見できるか、その探査対象を判断する手がかりにもなるはずです。 地球にはプレートテクトニクスがあって、激しく大陸が動き回り、火山活動によって地面が現れ、海の底に地面が沈み込んでいます。

ヴォイニッチの科学書 第707回 地球の文明を探す

また、水が豊富にあるため、河川や海による堆積や浸食で地球表面は絶え間なく変化しています。そのため、陸上で最も古くから変化していない場所はイスラエル南部の砂漠地帯で、わずか180万年前の状態が保たれているにすぎません。つまり、どんなに巨大な建造物を人類が残したとしても計算上は250万年程度で地球の表面からは消えてしまうと見積もられています。

人類の文明がいかにはかないものかは恐竜の繁栄とその後の痕跡と比較すると明らかです。

恐竜は2億年近くにわたって地球の多くの地域で繁栄しました。それに比べて人類の文明はわずか数百年、しかも人類が都市化した面積は地球表面積全体のわずか1%で、恐竜の繁栄とは比べ物になりません。それだけ反映した恐竜も全身化石は数千体しか見つかっておらず、そこから想像しても私たちがここにいた痕跡を地球に残すことは非常に困難であることが想像できます。

したがって、わずか200万年後でさえ、地球に来た宇宙人科学者は恐竜の化石は発見できても、地球に人類が存在したことは発見できないかもしれず「恐竜が繁栄したが絶滅してしまい、その後はゴキブリが繁栄したものの文明のない惑星となった」と報告するかもしれません。

ただし、可能性はまだ残されています。それは私たちの文明が地球の環境にとても不自然な記録を残したことです。 地球に来た宇宙人科学者が空気や地中の炭素を分析すれば過去に化石燃料を燃やす文明があったことを推定するかもしれません。化石燃料は太古の生物の遺体が変化したものなので、これを燃焼によって大気中に放出した結果、地球の炭素組成は、化石燃料を使用したことがない惑星と比較すれば、特徴的なものになっています。

ヴォイニッチの科学書 第707回 地球の文明を探す

また、金属を私たちはわずか数百年で大量に使用したので、人類が絶滅して地層の中に文明が埋まってしまえば、人類が文明を築いた時代の地層として、不自然に金属含量が多い地層が見つかるはずです。

ヴォイニッチの科学書 第707回 地球の文明を探す

この痕跡の考察としては小型の金属惑星がこの時代に地球に衝突した、と考えることも可能ですが、金属組成の不自然さに知的生命体が気づくかもしれません。プラスチックも大量に合成していますが、プラスチックは金属と異なり分解して消えるので、地層の中でどのくらいの年月痕跡を残すかはよくわかりませんが、天然には生成しえない謎の高分子地層として確認されるかもしれません。

また、核戦争で人類が滅びたとすれば、プルトニウムやキュリウムのような半減期が1000万年を超える核物質は検出される可能性がありますが、そもそも、地球にやってきた宇宙人科学者が核戦争という概念を持っているかどうかが不明です。知らないものは発見するすべがありませんので、宇宙人科学者は異常なプルトニウムの存在する地層を発見して、解釈に頭を抱えるだけかもしれません。

ヴォイニッチの科学書 第707回 地球の文明を探す

一個一個の事例を見てみれば、それぞれ、文明とは関係ないという解釈も成り立ちますが、それらのあらゆる不自然なことがわずか数百年分の地層で起きていることに宇宙人科学者が気づくことができれば、なにか非常に短いその時代に特別な出来事が起きたことには気づいてくれるでしょう。  

地球以外の天体を観測する技術については、私たちはまだ表面を調べることしかできません。将来、高性能で地中深くから土砂を採取可能な大型の探査機が開発され、あるいは、地質学者が他の天体に降り立ち、自ら地下深くから岩石を取り出して調べる時代が来た時のためにも、このような考察実験は非常に重要になってきています。人類の活動がはるか将来の地球にどのような痕跡を残すかを理解していなければ、他の天体で、想像を超えた発見をしたとしても、それが何を意味するのか、考察することができないからです。

ヴォイニッチの科学書 第707回 地球の文明を探す

全長3メートル、900キログラムもある火星探査機キュリオシティを吊り下げて火星に軟着陸させるNASAのスカイクレーン。SFではありません、すでに成功したミッションです。人類が絶滅した後の地球に異星人がこのような探査機を投入する可能性も?


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2018-06-18 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第706回 脳だけで生きる時代

米国イェール大学の研究者らが、食肉処理場で入手した、首を切断したブタから取り出した脳に血管を接続し、約4時間後に人工血液を循環させたところ、脳だけの状態で蘇生に成功し、36時間生き永らえさせることに成功したと発表しました。つまり、人間の脳を体から取り出して、生命維持装置に入れて保存することが可能となったということです。

取り出された脳の神経細胞が活発に活動し続けたことで脳が蘇生したことを確認しましたが、ブタの脳から出る波形は昏睡状態のものと同じ平坦脳波でしたので、ブタの脳が意識を取り戻したたかどうかはよくわかりませんでした。

この研究はマッドサイエンスではなく、事故や病気で血液循環が滞ることによって脳の機能が停止した患者を蘇生させる技術の開発や、生かした状態で脳の活動を観察し、脳の機能を解明する研究につながります。


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2018-06-17 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第706回 赤外線天文衛星SPICA

ヴォイニッチの科学書 第706回 赤外線天文衛星SPICA

名古屋大学とJAXAが中心になって進めている国際共同計画「次世代赤外線天文衛星SPICA」が欧州宇宙機関ESAの将来の有望宇宙ミッションの一次選抜を通過しました。  

SPICA計画は日本とEUの国際協力で進められる予定です。 SPICAに搭載された望遠鏡の口径は2.5メートル、観測装置は極限まで温度によるノイズを低下させるために、マイナス270度まで冷却し、今までにない超高感度の宇宙赤外線観測を実現します。これにより、130億年前から現在の宇宙に至るまでの宇宙進化の歴史の解明に取り組みます。

この観測によって、銀河やその中心にある超巨大ブラックホールがどのようにしてできたか、生命の存在する宇宙はどのような進化の結果できたのか、そういったことを明らかにする計画です。実現するとすれば10年後くらいと思われます。


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2018-06-16 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第706回 BACE-1阻害薬臨床中止

次世代のアルツハイマー病治療薬として期待されていたBACE-1阻害薬の臨床試験が失敗しました。  

BACE-1阻害薬は、アルツハイマー病と密接に関係しているとされるアミロイドβがアミロイドβ前駆体タンパク質から作り出される段階を阻害する薬で、アルツハイマー病治療薬としての効果が期待され、以前よりアルツハイマー病患者の協力で効果を確認する臨床試験が行われていました。

BACE-1阻害薬の一つ、ヴェルベセスタットは軽度~中等度のアルツハイマー病患者への効果が期待されていましたが、認知機能の低下を抑える効果は見られず、日常生活動作の低下についても低下を抑えることができないことが米国・メルク社から報告されました。 BACE-1阻害薬は、試験管内試験ではアミロイドβの生成を抑制することが確認されていましたので、患者でも効果が出ることが期待されていました。


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2018-06-15 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第706回 スマホの片手操作でドケルバン病に

ドケルバン病という手の関節に発症する腱鞘炎があります。ドケルバン病はもともと女性の妊娠出産期や更年期に多い病気と考えられていましたが、近年30歳代の男性で急増していることが日本国内の調査で明らかになりました。増加の原因は、スマートフォンの片手操作にあるのではないかと考えられています。  

スマートフォンが日本に導入されたのは1999年。本格的に普及するようになったのは2007年のiPhone発売後で、2010年代に入って利用者が急増したとされています。総務省によると、2016年の普及率は70%です。  

調査では、平均年齢53歳のドケルバン病患者136人をドケルバン病と診断された年代によって2つの群に分けて調査を行いました。ひとつは2010年前後(スマートフォン普及前~普及開始時期)に診断された集団、もうひとつは直近数年(広く普及したのち)に診断された人たちの集団です。  

検討の結果、2000年代に診断された30歳代の患者は全員が女性だったのに対し、直近数年に診断された30歳代の患者は男性が40%を占め、男性患者が激増していることが確認されました。  

30歳代男性におけるドケルバン病の増加の理由は、スマートフォンの片手操作が関連しているかもしれないと医師らは考えています。片手操作では通常、親指でタッチパネルやボタンの操作を繰り返し行うため、親指の関節や手のひらの関節などを過度に使用することになり、炎症が引き起こされる可能性が考えられます。炎症が手のひらの関節まで及ぶのは、タッチパネル右下のボタン押し操作の際にこのあたりの筋肉が多く使われるためである可能性があります。  

スマートフォン操作状況と症状との相関は調べられていませんが、片手操作を常用している可能性が高い働き盛りの男性に片手操作のリスクを注意喚起していく必要があると述べています。


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2018-06-14 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第706回 ビール製造廃棄物で発電

固体酸化物形(がた)燃料電池(SOFC : Solid Oxide Fuel Cell)はトヨタの水素で走る自動車ミライに搭載されているような、発電装置の一種です。燃料電池は電気化学反応によって燃料を直接電力に変換することが可能で、非常に効率の高い発電システムです。その中で、電解質にセラミックスなどの固体酸化物を用いるのが「固体酸化物形燃料電池(SOFC)」です。SOFCは燃料電池の中でも特に発電効率が高く、次世代燃料電池の本命と考えられています。

九州大学はアサヒビールとの共同研究により、ビール工場の製造工程で生成する多量のバイオメタンガス(以下、バイオガス)を利用したSOFCによる長時間連続発電に成功しました。

現在稼働しているSOFC のほとんどは、水素や天然ガスを燃料としており、これらは化石燃料を原料に工場で加工して製造されるため、CO2 排出量削減への効果は限定的です。九州大学とアサヒビールは、工場の排水を処理する過程で発生するバイオガスを用いてSOFC発電を行えば、さらなるCO2削減効果があると考え研究を続けてきました。

問題点はバイオガスは都市ガスのようにきれいではなく、雑多なガス成分を大量に含むことでした。雑多な成分がSOFC による発電を阻害し、発電効率が低下してしまいます。

そこで研究チームは、新たに開発したバイオ燃料電池発電装置に多様な燃料の使用が可能な三菱日立パワーシステムズ社製の発電ユニットを組み込み、アサヒビールが開発した不純物除去装置を使用して発電を試みたところ、2,000 時間を超えて安定に稼働が続いており、廃棄物を燃料とする実用的な発電システムになっていることが確認できました。

このシステムはビール工場に限らず幅広い食品工場や、工場の微生物を使った排水処理設備に組み込むことができ、排水由来のバイオガスをSOFCで利用することが可能となり、CO2 排出量削減にも貢献できる技術であるといえます。


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2018-06-13 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第705回 歯に貼るだけで食べた物が分かる

米国タフツ大学の研究者らが、歯に貼り付けるだけで食べた物や飲んだ物を識別するセンサーチップを搭載した超小型のウェアラブルデバイスを開発しました。歯の表面に装着したセンサーが摂取した食物や飲料に含まれるグルコースや塩分、アルコールの情報をスマホなどに送信します。  

センサーは2mm四方の超小型で、しなやかな素材でできているため、歯の表面にぴったりとフィットします。中心部には栄養素やさまざまな化学物質と結合するフィルム状のバイオセンサーがあり、これをアンテナの役目をする金のフィルムで挟んでいます。

ヴォイニッチの科学書 第705回 歯に貼るだけで食べた物が分かる

将来的にはより幅広い種類の栄養素や化学物質をターゲットにできるよう改造することも可能です。また、歯だけでなく、皮膚など他の身体の部位に装着し、その部位における情報を読み取ることも可能と思われます。


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2018-06-12 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第705回 世界一辛いトウガラシで激しい頭痛

トウガラシを食べるコンテストに参加した男性が、世界で最も辛いとされている品種を食べた後に「雷鳴頭痛」と呼ばれる激しい頭痛に苦しんだとする米バセット・メディカルセンターの報告書が学術雑誌に公表されました。CT検査では脳動脈の一部の攣縮(れんしゅく)、つまり痙攣性の収縮が認められ、可逆性脳血管攣縮症候群(RCSV)と診断されたということです。  

診断されたのは、34歳男性で、ニューヨーク州で開かれたトウガラシを食べるコンテストで、世界で最も辛いトウガラシとされる「キャロライナ・リーパー」(次写真)という種類のトウガラシを食べたということです。

ヴォイニッチの科学書 第705回 世界一辛いトウガラシで激しい頭痛

その直後に男性は嘔吐を繰り返し、さらに数日間にわたって激しい首の痛みと頭痛が数秒間持続する症状が繰り返しみられたものの、5週間後のCT検査では脳動脈が正常に戻っていたということです。この症状はマリファナなどで発症することは知られていましたが、カプサイシンにもその危険性があることがわかりました。発症すると対症療法しかありませんので注意が必要です。


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2018-06-11 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第705回 脳の大きさが環境適応力を決めた

私たち現生人類(ホモ・サピエンス)とネアンデルタール人は、約4万年前のヨーロッパで、約5000 年もの長い間、共存し、一部、交配もしていたことも分かっています。同じ環境で一時期は一緒に暮らしていながらも、その後、ネアンデルタール人は絶滅し、ホモ・サピエンスが生き残りました。ネアンデルタール人が絶滅した理由は ・地球環境の変化に対応できなかった ・混血で遺伝子を維持できなかった など、複数の原因が複雑に関与していると考えられています。

今回、慶応義塾大学と名古屋大学の研究グループは、ホモ・サピエンスとネアンデルタールの地球環境変化への適応力の違いの原因は脳の形の違いによるものではないかと考え、脳の形を化石から復元しました。

まず、ネアンデルタール人と初期ホモ・サピエンス、それぞれの頭の化石をCT スキャンで3次元データに変換し、頭の骨をコンピューターの中で復元し、次に、現代人の頭部 MRI 画像を元に、骨の形から脳の形を類推する数式を導き出しました。この数式にコンピューター内で復元したネアンデルタール人とホモ・サピエンスの脳の骨を当てはめれば、絶滅した人類の脳の形を予測することができます。

それらを比較した結果、早期ホモ・サピエンスの方がネアンデルタール人より小脳が大きいことがわかりました。 小脳は運動機能に重要な役割を持ちますが、近年の研究により認知機能との関わりも示され、脳全体の大きさに対する小脳の大きさが大きいほど、言語や理解といった高度な認知的・社会的能力が高いことがわかっています。 ネアンデルタール人とホモ・サピエンスの脳形態の違いが、環境の変化を正しく認識し、的確に判断しながら環境に適応する能力差を生み、それに劣ったネアンデルタール人が絶滅に向かった可能性があります。

下の写真は再現された脳です。現代人(ホモ・サピエンス)が左、ネアンデルタール人が右です。
ヴォイニッチの科学書 第705回 脳の大きさが環境適応力を決めた


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2018-06-10 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第705回 プラスチックを「食べる」酵素を作成

世界各国でプラスチック製食器の廃止の動きが出始めるなど、近年、プラスチックによる海洋汚染が新たな地球環境の危機として注目を集めています。処分に困るプラスチックごみを強力に分解する酵素を英ポーツマス大学の研究者らが見つけました。今回発見された新たな酵素はペットボトルをはじめ、食品容器、服の繊維などの製造に用いられるポリエチレンテレフタレート(PET)を原料レベルにまで分解できるので、環境汚染の防止はもちろん、プラスチックのリサイクルにも革命を起こしそうです。  

ポーツマス大学の研究者らはもともと、日本のごみリサイクル場で発見された、プラスチックを分解する酵素の構造を調べていました。酵素を加工して分析装置で性質を調べていると、ある時、酵素の活性が急激に上昇する、つまり、プラスチックの分解能力が急激に高くなることを発見しました。それに興味を持った研究者らがさらに詳細に性質を調べたところ、この酵素は、PET代替プラスチックであるポリエチレンフランジカルボキシレート(PEF)を分解することも確認されました。この酵素を使えばプラスチックを元の素材に戻して持続的にリサイクルする方法を確立できる可能性があります。


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2018-06-09 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第705回 系外惑星探索宇宙望遠鏡(TESS)

今年、2018年4月18日にNASAが太陽系外惑星探査を目的としたトランジット系外惑星探索宇宙望遠鏡(TESS)をスペースX社のファルコン9ロケットで打ち上げました。TESSは合計67メガピクセルとなる、4つの広角望遠鏡とCCDイメージセンサ検出器を搭載した高性能カメラを4台合体させたような衛星です。

ヴォイニッチの科学書 第705回 系外惑星探索宇宙望遠鏡(TESS)

TESSは地球をほぼ南北に周回する人工衛星ですが、一般的な北極と南極を結ぶ極軌道ではなく、横に細長く傾いた楕円軌道を描き、最も遠い場所では23万キロまで地球から離れます。仮に同じ距離を月に向かって行ったとすると、月までの3分の2まで届く距離です。下の図はTESSの楕円軌道(青線)です。左側の青い天体が地球、白い軌道は月です。

ヴォイニッチの科学書 第705回 系外惑星探索宇宙望遠鏡(TESS)

太陽系外惑星を観測する宇宙望遠鏡といえば、同じくNASAのケプラーが活躍中で、2009年の打ち上げ以降、3000個近い惑星を発見しています。ですが、ケプラーは観測を始めてからすでに9年が経過しており、2018年中には運用を終了せざるを得ない状況にあります。

ケプラーは、宇宙の非常に狭い部分を集中的に観測し、ホットジュピターと呼ばれる灼熱惑星から、地球のような岩石型惑星まで、網羅的に惑星探しを行いました。それは、ケプラーが打ち上げられた当時はまだ200個程度しか太陽系外惑星が発見されていなかっため、そのような網羅的に探査する設計がなされたからです。さすがに3000個も見つかると、数を増やすばかりでは意味がなくなり、TESSではもう少しターゲットを絞って、地球型惑星、生命がいそうな惑星を特定しよう、としています。

探査対象の条件は地球に近く、生命がいる可能性が高い環境、つまり液体の水が存在できる適度な温かさの惑星とされました。地球に近い惑星であれば、惑星から届くかすかな光をキャッチできる可能性が期待できます、そのような光は惑星大気の性質を反映しており、大気の組成や表面の色を推測する手がかりになります。地球のような大気を持つ水の惑星が発見されれば、次は2019年に打ち上げ予定のジェームズウェブ宇宙望遠鏡(JWST)によってさらに詳細にその惑星を調べることになります。

ヴォイニッチの科学書 第705回 系外惑星探索宇宙望遠鏡(TESS)


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2018-06-08 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

脂肪燃焼体質とゲノムの関係

寒さは死につながる危険な環境です。恒温動物は寒さに耐えるために脂肪を燃焼し熱を体内で作り出す仕組みを持っています。その役目を担っているのがエネルギーを脂肪として貯める白色脂肪細胞と、脂肪を燃焼し熱を産生する褐色脂肪細胞です。褐色脂肪細胞は寒くないときでも常に休眠状態で存在し、寒さの刺激が加わると短時間で急激に脂肪燃焼や熱産生に関わる遺伝子を活性化し、熱を生み出し始めます。

最近、「ベージュ脂肪細胞」とよばれる第二の熱産生脂肪細胞の存在が明らかになりました。褐色脂肪細胞は誕生直後から多く存在するのに対し、ベージュ脂肪細胞は誕生後に寒さに適応していくために新たにつくられる誘導型の熱産生脂肪細胞です。

脂肪細胞がこのように3種類で分業している様子を遺伝子レベルで解析してみると、褐色脂肪細胞では、脂肪燃焼や熱産生に関わる遺伝子は常に「活動中」のフラグが立っています。一方で、脂肪を貯めることが役目の白色脂肪組織では、脂肪燃焼や熱産生に関わる遺伝子は「休止中」のフラグが立っています。そのため、白色細胞は脂肪を燃焼する遺伝子は持っていますが、寒さの刺激があってもすぐに脂肪を燃焼させることはできません。

マウスを急に寒冷状態に置くと、遺伝子の寒さに反応するための特定部位にあるセリンという分子にリン酸が結合してフラグが立ち、熱産生に必要な機能が発動することが明らかになっています。 セリンをアラニンに置き換えると、アラニンはリン酸が結合できないために、フラグを立てることができず、マウスは寒さに対応できず、顕著に体温が低下します。

通常は白色脂肪細胞は寒冷環境が続くと一週間程度でゆっくりと熱を生み出す機能が活動を始め、ベージュ細胞に変化して熱を生み出し始めますが、フラグを立てることができないマウスの白色細胞は熱を生み出せず、寒冷への適応力が低下していることが明らかになりました。

ベージュ脂肪細胞は、熱を作るときに糖や脂肪を活発に消費します。ベージュ脂肪ができないマウスに栄養価の高い食事を与えると、インスリンの働きが悪く、高インスリン血症になることもわかりました。このことは、白色脂肪細胞のベージュ脂肪細胞化を促す薬は、これまでとは全く異なる仕組みで作用する2型糖尿病の治療薬になる可能性があります。


2018-06-07 : 科学の小ネタ : コメント : 0 :

愛称は「せいめい」

岡山県で設置が進められている京都大学の口径3.8m望遠鏡の愛称に、平安時代の陰陽師・天文博士の安倍晴明(921-1005)にちなんだ「せいめい」が公募で選ばれました。せいめいは、東アジア最大となる口径3.8mの光学赤外線望遠鏡で、今年、2018年8月から本格的な科学観測を開始する予定です。

愛称は「せいめい」

観測対象は主に「スーパーフレア」「ブラックホール連星」「ガンマ線バースト」「太陽系外惑星」の4つです。

《スーパーフレア》
愛称は「せいめい」

太陽は時々表面で大きな爆発が起きて人工衛星の電子機器が破壊されたり、国際宇宙ステーションの宇宙飛行士が安全区域に避難したりしていますが、それよりも数十倍も大きなフレアが宇宙では起きています。そういったスーパーフレアがどういう仕組みで起きるのかを観測します。 上の写真は2011年6月に観測された太陽フレアです。画面右下で太陽の表面が爆発しています。

《ブラックホール連星》
愛称は「せいめい」

ブラックホールと普通の星がペアを作っている天体をブラックホール連星と呼びます。ブラックホールがパートナーの星からガスを吸い込むとき、ブラックホールの周囲には膠着円盤と呼ばれるガスの円盤ができますが、そこからは強烈なエックス線が放出されています。放出されるエックス線はブラックホールの巨大な重力によって激しく変動しますが、その変動を観測することによって謎に包まれたブラックホールの性質を明らかにすることを試みます。

《ガンマ線バースト》
愛称は「せいめい」

ガンマ線バーストは宇宙空間で突然発生する現象です。非常に重い星の爆発や、恒星同士の衝突が原因ではないかと推定されていますが、まだ正体はわかっていません。いつどこで発生するかわからないため、日本国内に設置された大学所有の天体望遠鏡という機動性や運用の柔軟性を生かして、突然起きるこの現象の謎を解明します。

《太陽系外惑星》
太陽系外惑星観測についてはこれまで、中心の星の手前を横切ることによる影の観測は行われていますが、太陽系外惑星そのものが反射して放出する光の観測はほとんど行われていません。惑星で反射された光を観測することによってその惑星に大気があるのか、植物があるのか、そのようなことがわかります。


2018-06-05 : 科学の小ネタ : コメント : 0 :

骨の欠損を印刷した骨で補う

理化学研究所と株式会社リコーの共同研究グループは、骨の外部、または内部が欠損し、外科的対処が必要な患者の骨の欠損部位を3Dプリンターで印刷した骨で補充する技術を開発しました。現在はセメントタイプの人口骨が広く使用されています。

今回使用された印刷技術はバインダージェット方式と呼ばれるものでリン酸カルシウムの粉末と新開発の凝固インクを用いた粉末積層方式です。作製した人工骨の生体適合性は良好で、印刷で作られた骨に周辺の骨形成細胞が付着して増殖し、速やかに本来の骨組織に入れ替わることを確認しました。

骨の欠損を印刷した骨で補う

上の写真は印刷で作成した骨代替造形物です。小さな隙間が内部まで展開していてここに骨を形成する細胞が入り込むことができます。 3Dプリンターを用いて金属を印刷した人工骨が先行して開発され、欧米では既に整形外科や口腔外科などの分野で実用化されていますが、純チタンやアルミニウム・バナジウム・チタン合金を用いるために本来の骨組織と入れ替わることがなく、いつまでも体内に残存することが問題の他、金属アレルギーなどの副作用が懸念されていました。  

次の写真は従来の方法で骨を補充した場合と新しい方法の比較です。従来の方法では4週間たっても変化はありませんが、新しい方法では4週間目には周辺から骨が形成され、自身の骨との一体化が進んでいることがわかります。

骨の欠損を印刷した骨で補う


2018-06-04 : 科学の小ネタ : コメント : 0 :

日本人特有の遺伝子進化は?

人類はこれまで周囲の環境に対応して自分自身を変化させていく適応進化を遂げてきました。適応進化の過程では、生物の設計図であるゲノム配列の多様性を拡張することが大きく関係しているため、生活環境や地理的条件に応じて遺伝子の変化はパターンが異なります。

たとえば、ヨーロッパ大陸の欧米人集団では寒い北方の地に進出する過程で身長が高くなりましたし、高所に住むチベット人集団では低酸素環境への適応が進みました。ですが、日本人は目立った肉体的特徴がないため、日本人集団がどのように適応進化したかについてはよくわかっていませんでした。

そこで、理化学研究所と大阪大学、慶應義塾大学の共同研究グループは、日本人2,200人のゲノム配列情報に基づく適応進化の解析を行いました。 全ゲノム解析の結果、過去数千年間の日本人の四つの遺伝子領域(ADH1B遺伝子、MHC領域、ALDH2遺伝子、SERHL2遺伝子)が特徴的に変化してきたことがわかりました。 

さらに、日本人集団の適応進化に影響を与えた病気の発症や遺伝的特徴の個人差について検討した結果、日本人の遺伝子的特徴はアルコール代謝や、脂質や血糖値、痛風など栄養代謝に関わる部分であることがわかりました。どうりで外観からは特徴づけられないはずですし、日本人にも特有の遺伝子進化があったことが確認されたことにもなります。

また、人間の遺伝子全般にネアンデルタール人のような既に絶滅した他のヒト属由来のゲノム配列が数パーセント混入し、それが適応進化に影響を与えている可能性が指摘されています。今回の研究の中でネアンデルタール人由来ゲノムの日本人への影響も併せて調査を行いましたが、日本人の特徴へのネアンデルタール人の明らかな影響は確認されませんでした。

2018-06-03 : 科学の小ネタ : コメント : 0 :

ヴォイニッチの科学書 第704回 霊長類嗅覚系の退化の要因

サルには鼻の中の空洞が曲がっていて鼻の穴が横を向いて開く曲鼻猿類と、空洞がまっすぐで鼻の穴が下を向く直鼻猿類がいます。

曲鼻猿類(嗅覚遺伝子多い)
ヴォイニッチの科学書 第704回 霊長類嗅覚系の退化の要因

直鼻猿類(嗅覚遺伝子少ない)
ヴォイニッチの科学書 第704回 霊長類嗅覚系の退化の要因


曲鼻猿類にはキツネザルが該当し、直鼻猿類はメガネザル、チンパンジーや人間も含みます。両者の遺伝子を比較すると鼻の穴の曲がったサルはまっすぐなサルの約2倍のにおいを感じる遺伝子を持っています。人間は哺乳類の中でも特ににおいに関する遺伝子が少なく、哺乳類の多くは800~1200個、人間は300~400個ですので、嗅覚に関しては退化しているということもできます。

東京大学の研究グループは、24種の霊長類を詳細に比較し、人間の嗅覚退化のシナリオを明らかにしました。 霊長類のこれまでの長い進化の歴史において、においを感じ取るのに必要な遺伝子が大量に失われた時期が2回あることがわかっています。1回目は目・鼻の解剖学的構造が大きく変化した時代。2回目は果実食から葉食へと食性が変化した時代です。

東京大学の調査ではにおいを識別する能力と何を好んで食べるかの間には相関がみられ、特に、食べ物に占める葉類の割合が大きく、果物の割合が小さいほど、においに関する能力が低下する傾向があることがわかりました。 サルにとって葉を食べるにあたってはにおい情報はあまり役に立ちませんが、一方で、果物を食べる場合はにおいの情報は重要です。熟した果実は糖分を多く含み、特有の香りを発します。この香りは栄養分のシグナルであり、多くのサルは果実が熟したかどうかを判断するためににおい嗅ぎ行動を行います。

以上の観察結果から、果実食から葉食への食べものの変化、さらには視覚の進化によって食べられるものと食べられないものを目で見て識別できる能力の獲得が、霊長類の進化過程において嗅覚に関する遺伝子の大規模な消失をもたらした主要な要因であることが示されました。


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2018-06-02 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :
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Author:おびおがしかし
会社員をしながら科学のコンテンツを作ってます。書籍とか、トークライブとか、セミナーとか、ネットラジオとか、Webコンテンツとか。でも、楽しいことしかしません。楽しいことしかできない病、TD! それがおびおなのです。
苦手な食べ物:シーチキン、レバー、昆虫系
Web:ヴォイニッチの科学書
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