人工進化研究所＆Xyronixの
バイオブレイン（Biobrain）
Quantum Physicist and Brain Scientist
Visiting Professor of Quantum Physics,
California Institute of Technology
IEEE-USA Fellow
American Physical Society-USA Fellow
PhD. & Dr. Kazuto Kamuro
AERI：Artificial Evolution Research Institute
Pasadena, California
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A. 一般社団法人 人工進化研究所と株式会社ザイロニクスとが研究開発を進めているバイオブレイン（Biobrain）は未踏破領域・極限領域研究課題であって、（１）生物的な要素を取り入れて設計された人工の「脳」や知能システム（知性生命体）を指すバイオコンピュータの概念であり、神経細胞のネットワーク構造に基づき、シナプスとニューロンの動きを模倣した回路を設計するニューロモーフィック・エンジニアリング、（２）実際の神経細胞を利用して小規模の「脳」を培養し、特定のパターン認識や学習能力を持たせ、生物の脳と同様の働きを実現する技術である培養神経回路、（３）DNAやタンパク質のような分子を使って論理的な計算やデータ保存を行う生物学的分子を人工生成し、この生物学的分子をBMI(Brain Machine Interface、Brain-Implanted Machine Interface)を介して脳と接合したBrain・AI Computerアーキテクチャーの論理要素とし、第5世代コンピュータに比べてはるかに小さな空間で計算を可能とし超高密度の情報処理を実行可能とする分子コンピューティング（Molecular Computing）等のブレインサイエンス、バイオテクノロジーや生物学的プロセスを基盤技術とする、人間の脳全機能を備えた第6世代コンピュータ（バイオコンピュータ）やシステムである。
1. バイオブレイン（Biobrain）は従来のシリコンベースの第5世代コンピュータとは異なり、有機物質や細胞、場合によっては神経細胞（ニューロン）などの生体物質を組み合わせて、自然に近い方法で学習や認知、判断、記憶、制御、知覚等の人間の知性・知能活動を完全に網羅するBrain・AI Computerアーキテクチャーを採用する点に最大の特徴がある。
2. バイオブレイン（Biobrain）技術は、医療やロボティクス（特に、ロボットアーミー・ロボットソルジャー・戦闘用ロボット・機械兵・ロボット軍人、無人戦車・無人狙撃機・無人空母、無人戦艦・無人戦闘機等の無人兵器）、さらには長期的な目標として人間の学習や認知、判断、記憶、制御、知覚等の知的機能の補完や強化に応用することを目標としている。このようなシステムが成熟すれば、現在のAIよりも人間と同一あるいは人類を超越した柔軟で高効率な究極・全知全能の知性・知能の実現が期待される。
これらの技術を統合し、Brain・AI Computerアーキテクチャーとして構築される第6世代コンピュータ（バイオコンピュータ）は、人間の脳の学習、認知、判断、記憶、知覚、制御などの知性・知能活動を完全に模倣し、人間の脳と直接接続できるBMI（Brain-Machine Interface）も視野に入れています。Biobrainは、医療やロボティクスへの応用が期待されるほか、さらに人間の知的機能の補完・強化をも可能にし、最終的には人間を超えた知性・知能生命体の実現も目指しています。
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B. 一般社団法人 人工進化研究所と株式会社ザイロニクスが共同で開発を進める「バイオブレイン（Biobrain）」は、未踏領域および極限領域の技術課題に取り組むプロジェクトであり、バイオコンピュータとしての実装を目指した高度な知能システム（知性生命体）です。このシステムは、従来のシリコンベースコンピュータアーキテクチャを超越し、バイオニクス、ニューロモーフィック・エンジニアリング、生体分子計算（分子コンピューティング）、バイオインフォマティクス、分子生物学、および合成生物学などを基盤とし、これらを統合した第6世代の知能システム（知性生命体）の構築を目指しています。従来のシリコンベースコンピュータアーキテクチャから飛躍し、ニューロモーフィック・コンピューティング、分子レベルのメモリストレージ、バイオコンピューテーショナルエンジニアリングなど、最新のバイオプロセス制御技術を利用した独自のアプローチを採用しています。
以下の3つの主要技術で構成され、これらがシナジーを発揮することで、生物的な知能の模倣を可能にしています：
1. ニューロモーフィック・エンジニアリング：神経細胞のシナプス可塑性やニューロンのスパイキング動態を基礎に、ディープニューラルシステム、アクションポテンシャルの動的モデル、およびニューロンアクチュエーション制御を構築します。これにより、脳内のシナプス強化メカニズムを高忠実度で再現し、自己適応型のスパイキングニューラルネットワーク（SNN）の構築に寄与します。また、アナログデジタルハイブリッド回路設計を通じて、電気シナプスと化学シナプスの両方の特性を模倣するニューロプロセッシングユニット（NPU）も含まれます。また、神経細胞のシナプス可塑性とニューロンの動態に基づき、ニューロシミュレーションモデルやニューロデジタルアナログ変換などを通じて、脳神経の情報伝達や信号処理を高精度で再現する回路を構築します。この手法は、上記SNN技術を活用しており、従来のデジタル処理とは異なる方法でのデータ処理や自己学習能力を実現するものです。
2. 培養神経回路（In vitro Neural Network）：生体神経細胞を使用し、ニューロン分岐モデリング、シナプス超解像イメージング、人工シナプス構築などにより小規模な「脳」を培養します。このプロセスでは、神経栄養因子（Neurotrophic Factor）や電気刺激パターン形成を介した自己組織化ネットワーク構築を行い、生体モデュレーションシステムを使用して、パターン認識や強化学習機能を持たせます。これにより、生物の脳を超えた神経適応システムを実現し、バイオブレインの学習機能を進化させます。
また、実際の神経細胞を基に、シナプス結合構造やシナプス伝達を再現する小規模な「脳」を培養し、パターン認識能力や適応学習機能を持たせます。この技術は、神経成長因子（NGF）や脳由来神経栄養因子（BDNF）などの生理活性物質の使用により、培養環境での神経回路網の自己成長・自己改変を促進し、生物の脳に極めて近い挙動を再現することを目指します。
3. 分子コンピューティング（Molecular Computing）：DNA、タンパク質、RNAなどのバイオ分子材料を活用し、核酸ベースロジック回路や生体分子トランジスタと有機トランジスタを用いた超微小な情報処理機構を組み立てます。この分子コンピューティング技術は、核酸シーケンシングロジックゲートやバイオモレキュラーキャリブレーションを使用し、量子ドットシンセシスおよびマイクロバイオテクノロジーを駆使して、分子スケールでの超高密度情報処理とエピジェネティックメモリの保存を可能にします。
さらに、DNAやタンパク質、RNAといったバイオ分子材料を用いて核酸ベースロジック回路および生体分子トランジスタと有機トランジスタによる超微小な情報処理機構を構築。核酸シーケンシングロジックゲートやバイオモレキュラーキャリブレーション、量子ドットシンセシス、およびマイクロバイオテクノロジーを駆使し、分子スケールでの超高密度情報処理とエピジェネティックメモリの保存を可能にしています。
また、DNAやタンパク質といったバイオマテリアルを用いた論理計算・情報保存技術で、DNAナノテクノロジーやバイオロジカルロジックゲートを組み合わせたマイクロバイオプロセッサを採用しています。これにより、従来の半導体トランジスタ技術を超えた超高密度のデータ処理能力を実現し、シリコン回路に依存しない分子スイッチング回路が形成されます。この分子計算技術は、ナノスケールのデータ操作と超並列計算を可能にし、第5世代コンピュータに比べてはるかに小さな空間で演算能力を最大化しています。
分子コンピューティング技術と有機半導体技術により、分子スケールでの計算処理が可能な分子オペレーティングシステム（mOS）を実現し、トランジスタ技術を超越する演算ユニットを構築しています。 分子オペレーティングシステム（mOS）の概念を実現し、通常のシリコンベースのトランジスタ技術を凌駕する情報処理能力を持つ分子レベルの演算ユニットを構築しています。
これらの要素を統合し、バイオブレインはBrain・AI Computerアーキテクチャを採用しています。このアーキテクチャは、脳波や神経信号を処理・解析できるBMI（Brain-Machine Interface）を介して生体脳と接続可能とし、生体シグナルプロセッシングやニューラルネットワークシナプス再構成を取り入れることで、学習、認知、判断、記憶、知覚、制御といった人間の知性・知能活動を完全に網羅し、人間の脳と同等またはそれ以上の機能を持つとされています。
また、バイオブレイン技術の応用範囲は、医療分野におけるニューロプロステーシス、自律型のロボティックアーム、自律兵器システム、さらには人間のエグゼクティブファンクションを補完・強化することにも及びます。長期的な目標として、スーパーインテリジェンスを実現し、人間の脳を超越した柔軟性や効率性を持つ究極の認知アーキテクチャを構築することで、知性・知能の頂点を目指しています。
また、上記Brain・AI Computerアーキテクチャーとして構築される第6世代コンピュータ（バイオコンピュータ）は、人間の脳の学習、認知、判断、記憶、知覚、制御などの知性・知能活動を完全に模倣し、人間の脳と直接接続できるBMI（Brain-Machine Interface）も視野に入れています。Biobrainは、医療やロボティクスへの応用が期待されるほか、さらに人間の知的機能の補完・強化をも可能にし、最終的には人間を超えた知性・知能生命体の実現も目指しています。
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C.一般社団法人 人工進化研究所と株式会社ザイロニクスによるバイオブレイン（Biobrain）未踏破領域・極限領域プロジェクトは、バイオインフォマティクス、分子生物学、および合成生物学の最先端技術を統合し、第6世代の知能システム（知性生命体）を構築することを目指しています。従来のシリコンベースのコンピュータアーキテクチャから進化し、ニューロモーフィック・コンピューティング、分子レベルのメモリストレージ、およびバイオコンピューテーショナルエンジニアリングなど、最先端のバイオプロセス制御技術を活用した独自のアプローチを採用しています。
この未踏破領域・極限領域プロジェクトの核心技術は以下の3つであり、それぞれがシナジーを発揮し、生物的な知能の完全な模倣を可能にしています：
1. ニューロモーフィック・エンジニアリング：神経細胞のシナプス可塑性やニューロンのスパイキング動態を基礎に、ディープニューラルシステム、アクションポテンシャルの動的モデル、およびニューロンアクチュエーション制御を設計。これにより、脳内のシナプス強化メカニズムを高忠実度で再現し、自己適応型のスパイキングニューラルネットワーク（SNN）を構築します。また、アナログデジタルハイブリッド回路設計を通じて、電気シナプスと化学シナプスの両方の特性を模倣するニューロプロセッシングユニット（NPU）も含まれます。
2. 培養神経回路（In vitro Neural Network）：生体神経細胞を使用し、ニューロン分岐モデリング、シナプス超解像イメージング、および人工シナプス構築により、小規模な「脳」を培養。このプロセスでは、神経栄養因子（Neurotrophic Factor）や電気刺激パターン形成を通して自己組織化ネットワーク構築を実現し、パターン認識や強化学習機能を備えた生体モデュレーションシステムを実現。生物の脳を超えた神経適応システムを再現し、バイオブレインの学習機能をさらに進化させます。
3. 分子コンピューティング（Molecular Computing）：DNAやタンパク質、RNAといったバイオ分子材料を用いて核酸ベースロジック回路および生体分子トランジスタと有機トランジスタによる超微小な情報処理機構を構築。核酸シーケンシングロジックゲートやバイオモレキュラーキャリブレーション、量子ドットシンセシス、およびマイクロバイオテクノロジーを駆使し、分子スケールでの超高密度情報処理とエピジェネティックメモリの保存を可能にします。これにより、分子スケールでの計算処理が可能な分子オペレーティングシステム（mOS）を実現し、トランジスタ技術を超越する演算ユニットを構築しています。
さらに、バイオブレインは、BMI（Brain-Machine Interface）として、1000億の演算ユニットのシナプスと1対1で接続されたCMOS構造の1000億の演算ユニットの生体分子・有機半導体神経セルで構成され、BMIアーキテクチャによる神経アーキテクチャ に基づいて設計されています。この構造により、脳と感覚神経間、脳と運動神経間での生体信号交換制御を実現し、リアルタイムで神経インターフェースを最適化します。また、このBMIアーキテクチャは、ニューロインターフェースデータリンクと神経信号制御プロトコルを介して生体脳と情報交換を行い、記憶形成、認知、意思決定、運動制御、センサー処理など、あらゆる知性・知能活動を包括・統括的に支援します。
この技術は、医療やロボティクス分野への応用を念頭に、ニューロプロステーシスやニューロリハビリテーション、および自律型ロボティクスシステム（例：ロボティックアームやヒューマノイドエンハンスメント）などにも適用される予定です。長期的な目標として、強化知能（Augmented Intelligence）とスーパーインテリジェンスアーキテクチャの導入を目指し、最終的には人間の脳機能を超越する柔軟で高効率な認知アーキテクチャを構築し、自律学習やパーセプトロン再構成による高度な知能システム（知性生命体）の創生を目指しています。
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D. 上記３つの主要基礎技術が結合され、バイオブレインはBrain・AI Computerアーキテクチャを構成しています。このアーキテクチャは、高度シナプス強化アルゴリズム（Advanced Synaptic Reinforcement Algorithm）やシナプスプラスチシティ・モジュール（Synaptic Plasticity Module）を搭載し、神経回路の学習能力と適応能力をさらに強化します。
1. バイオブレインは、BMI（Brain-Machine Interface）として、シナプスと1対1で接続されたCMOS構造の1000億の演算ユニットの生体分子・有機半導体神経セルで構成され、BMIアーキテクチャによる神経アーキテクチャ（Neural Computing Architecture）に基づいて設計されています。この構造により、脳と感覚神経間、脳と運動神経間での生体信号交換制御を実現し、リアルタイムで神経インターフェースを最適化します。また、このBMIアーキテクチャは、ニューロインターフェースデータリンクNeuro Interface Data Link）と神経信号制御プロトコルを介して生体脳と情報交換を行い、記憶形成、認知、意思決定、運動制御、センサー処理など、あらゆる知性・知能活動を包括・統括的に支援します。
2. バイオブレインは、BMI（Brain-Machine Interface）を介して生体脳と直接接続し、ニューロインターフェースデータリンク（や神経信号制御プロトコルを通じて脳内の生体情報と双方向でやり取りすることが可能です。これにより、記憶形成や認識機能、意思決定、運動制御、センサー処理など、あらゆる知性・知能活動を完全に網羅し、神経適応インテリジェンス(Neural Adaptive Intelligence)の実現に寄与します。
3. これらの技術を統合し、Brain・AI Computerアーキテクチャーとして構築される第6世代コンピュータ（バイオコンピュータ）は、人間の脳の学習、認知、判断、記憶、知覚、制御などの知性・知能活動を完全に模倣し、人間の脳と直接接続できるBMI（Brain-Machine Interface）も視野に入れています。 Biobrainは、医療やロボティクスへの応用が期待されるほか、さらに人間の知的機能の補完・強化をも可能にし、最終的には人間を超えた知性・知能生命体の実現も目指しています。
4. さらに、バイオブレイン技術は、医療やロボティクス（特に、ロボットアーミー・ロボットソルジャー・戦闘用ロボット・機械兵・ロボット軍人、無人戦車・無人狙撃機・無人空母、無人戦艦・無人戦闘機等の無人兵器）分野への応用を念頭に、ニューロプロステーシス(Neuroprosthesis )やニューロリハビリテーション(Neurorehabilitation)、および高精度ロボティクス（特に、ロボットアーミー・ロボットソルジャー・戦闘用ロボット・機械兵・ロボット軍人、無人戦車・無人狙撃機・無人空母、無人戦艦・無人戦闘機等の無人兵器）システム・自律型ロボティクスシステム（例：ロボットアーミー・ロボットソルジャー・戦闘用ロボット・機械兵・ロボット軍人、無人戦車・無人狙撃機・無人空母、無人戦艦・無人戦闘機等の無人兵器 、ロボティックアームやヒューマノイドエンハンスメント(Humanoid Enhancement)などにも適用される予定です。長期的な目標として、強化知能（Augmented Intelligence）とスーパーインテリジェンスアーキテクチャを導入し、人間の脳を超越する柔軟で高効率な究極の認知アーキテクチャを構築し、あらゆる状況での自律学習やパーセプトロン再構成を可能にする知能システム（知性生命体）の創生を目指しています。
以上
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Quantum Brain Chipset & Bio Processor (BioVLSI)
Prof. PhD. Dr. Kamuro
Quantum Physicist and Brain Scientist involved in Caltech & AERI Associate Professor and Brain Scientist in Artificial Evolution Research Institute（ AERI: https://www.AERI-japan.com/ ）
IEEE-USA Fellow
American Physical Society Fellow
PhD. & Dr. Kazuto Kamuro
email: info@AERI-japan.com
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