研究アプローチは主に2つあります。1つは脳の構造を見る形態学的アプローチ、もう1つは脳の機能を見る生理学的アプローチで、私の専門は前者の「形態学」です。「構造なき機能はない（形能不離）」を信条とし、「かたちを見る」ことで、生命現象の本質に迫ろうと日々努力しています。最先端のAIをしのぐ超並列演算を実現するヒトの神経回路について、その基本構造を形態学的アプローチによって明らかにすることで、脳機能の本質的な理解につながると考えています。

脳の基本構造がわかれば、動作原理が明らかになり、そこから異常の検知もできるようになります。例えば、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患は、神経細胞が脱落することにより神経ネットワークが変容し、さまざまな症状を呈することがわかっています。また、統合失調症や自閉症の患者さんでは、大脳皮質の興奮性神経細胞である錐体細胞において、スパイン（棘突起）と呼ばれる主に興奮性のシナプス入力を受ける構造が減少して、神経ネットワークが変容していることが知られています。研究によって、こうした神経・精神疾患の病態解明にも迫りたいと思っています。

研究では、主に以下の４つの課題に取り組んでいます。
1つ目は「神経ネットワークの基本構造をシナプスレベルで捉える研究」です。神経細胞は、数千を超えるシナプス入力を受けながら、並列演算処理を実行することが大きな特徴です。ただし、単一の神経細胞が受けるシナプス入力の総数とその空間配置については、技術的な成約から不明な点が多いのが実状です。そこで、並列演算処理の基盤であるシナプスの入力数と入力部位を定量的に解析して、「神経回路の構造」をきちんと理解することを目指しています。それが、脳の動作原理解明につながると考えます。

2つ目は、「マウスの行動変容を支える神経ネットワーク基盤の解明」です。神経ネットワークは、外界から絶えずさまざまな入力を受けながら、高次機能を実現しています。それらの入力は予測不能なもので、神経ネットワークがどのように均衡状態を保っているかは謎のままです。そこで現在は、マウスに運動を学習させた場合や心理ストレスを与えた場合に、神経ネットワークがどのように変容するかをシナプスレベルで調べています。神経ネットワークは興奮性シナプスと抑制性シナプスの絶妙なバランスの上で機能していると考えられており、これらの空間的なバランス変化に注目して研究を進めています。

３つ目は、「神経変性疾患における神経ネットワーク変容を超早期に捉える研究」です。アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患では、発症前から神経ネットワーク構造に何らかの変容が生じていると考えられています。神経変性疾患モデルマウスを用いて、独自に開発したイメージング技術を駆使し、発症前の超早期段階で神経ネットワークの変容を調べています。この取り組みにより、病態メカニズムの理解や発症前診断の確立、さらには発症の予防に繋がることが期待されます。

４つ目は、「形態解析を加速するイメージング技術群の開発」です。「かたちをよくみる」バイオイメージングは、生命現象の真理を理解する上で必須の技術であり、「標識」「観察」「解析」という3つの技術が特に重要です。「標識」は、特定の細胞や分子を蛍光タンパクで可視化する技術です。研究では、独自のウイルスベクターという技術を使って、神経細胞を隅々まで標識して解析しています。「観察」は、顕微鏡観察技術のことです。最近では、通常の光学顕微鏡よりずっと高い解像度で観察できる超解像顕微鏡や、三次元観察が可能な電子顕微鏡などが登場し、順天堂大学にも最新の機器が導入されています。さらに、脳組織を透明化して深部まで観察することを可能にする「組織透明化技術」の開発も推進しています。最後の「解析」は、データサイエンスの応用により大きな進展を見せています。医学研究分野にも機械学習や深層学習の応用が急速に進み、膨大な量のデータ解析が可能になっています。

神経ネットワークの状態は、外界との相互作用によって刻一刻と変化します。外界からの入力がよいものであれ、悪いものであれ、環境に適応するために神経ネットワークは常に更新され続けます。これによって、新たな機能の獲得（学習）や喪失（疾患）が生じる一方で、自己は一定に保たれます。上記研究テーマを通じて、脳（自己）の恒常性を解き明かしたいというのが私の大きな目標です。

現在、私たちの研究室には、日本中から若手研究者が集まっています。医学だけでなく、工学、理学、薬学など幅広いバックグラウンドを持つ研究者たちが、それぞれ研究費を獲得して、最先端のイメージング技術を駆使しながら独自の研究を進めています。こうしたイメージング技術の開発においては、理化学研究所や東京大学、京都大学など多くの研究機関と共同研究を展開しています。順天堂大学の神経内科を中心とした臨床研究グループとの共同研究も大きく進展しており、また研究支援体制にも大いに助けられています。最新の実験機器を共用で使用できることで、専門外の実験にもチャレンジすることができます。また、各種の研究助成申請においては書類作成の段階からきめ細かいサポートが受けることができ、報告書やプレスリリースを作成する際の添削などにも対応いただけるなど、研究に集中できる環境が整っています。このような充実した研究環境が、多くの若手研究者を惹きつけているのだ思います。

今後の展望ですが、本研究で得られる知見と解析技術をもとに、神経回路が実現する超並列演算メカニズムの基盤を解明することで、脳型コンピュータの開発など、生物学の枠を超えて他分野との融合を積極的に目指したいと考えています。また、慢性心理ストレスが個々のシナプスを改変し、神経ネットワーク構造を変容させるメカニズムを解明することで、心理ストレスに対応・適応する新規ストレス対処法の創出などにも挑戦したいと思っています。

こうした研究者ネットワークをフルに活用して、順天堂大学から世界初の研究成果を発信していきたいと思います。