※本記事は、Tufts大学生物学部特別教授・Vannevar Bush記念講座担当のMichael Levine氏による講演「AI as a translator interface to the wisdom of the living body」の内容を基に作成されています。本講演はITU（国際電気通信連合）が主催し、40の国連姉妹機関およびスイス政府との共催により運営される国連プラットフォーム「AI for Good Global Summit」の一環として配信されました。講演の動画は https://www.youtube.com/watch?v=T40utCZXZEM でご覧いただけます。本記事では講演の内容を要約しております。なお、本記事の内容は登壇者の見解を正確に反映するよう努めていますが、要約や解釈による誤りがある可能性もありますので、正確な情報や文脈についてはオリジナルの動画をご視聴いただくことをお勧めいたします。また、AI for Goodの最新情報については公式サイト（https://aiforgood.itu.int ）もご参照ください。
1. イントロダクション：生命の知恵へのインターフェースとしてのAI
1-1. セッション概要と登壇者紹介
Gil Martinez： 本日は「生きている身体の知恵へのトランスレーター・インターフェースとしてのAI」と題したAI for Goodのセッションへようこそ。本セッションはITU（国際電気通信連合）が主催するもので、バイオ電気がどのようにしてゼノボット（Xenobot）のような生きているロボット——自己組立・自律航行・自己修復、さらには自己複製さえ行うもの——を動かしているかを掘り下げます。ロボティクスと再生生物学のこの融合は、適応的で自己修復能力を持つ機械を可能にするものであり、AIがバイオ電気シグナルを解読することで、生物医学および環境分野における画期的なブレークスルーをもたらすと期待されています。本セッションは「AIとロボティクス・ディスカバリーシリーズ」の一環として、国連の持続可能な開発目標（SDGs）の達成に向けた自律ロボットシステムの最新動向を紹介するものです。本日の登壇者はTufts大学生物学部特別教授、かつVannevar Bush記念講座を担当されているMichael Levine氏です。Michael、どうぞよろしくお願いします。
Michael Levine： お招きいただきありがとうございます。本日は「生きている材料の知恵へのインターフェース」として、AIとバイオロボティクスがどのように機能するかについてお話しします。詳しい情報は私たちの二つのウェブサイトでご覧いただけますので、ご興味のある方はぜひご参照ください。
1-2. 「アダムが動物に名前をつける」寓意と新しい存在との共存という課題
Michael Levine： 今日の議論の出発点として、私はある古い絵画に着目したいと思います。それはアダムが動物たちに囲まれている場面を描いたものです。この絵には二つの興味深い点があります。一つは、アダムが人間として他の動物たちとは切り離された存在として描かれていること、そしてもう一つは、動物に名前をつける役割がアダムに与えられているという点です。神にも天使にもその役割は果たせず、アダムだけがそれを担うとされています。
この「名前をつける」という行為が持つ意味は非常に深いと私は考えています。あの伝統において、何かに名前をつけるということは、その存在の真の内なる本質を発見したことを意味します。そして、これがまさに私たちがこれから向き合う課題だと思うのです。この絵の中には描かれていない、既存の動物のリストにも含まれていない、無数の新しい存在の「内なる本質」を発見することが求められています。かつてアダムが見知らぬ動物たちと共に生きることを求められたように、私たちもこれから登場するまったく新しい種類の存在たちと共存しながら、彼らとどう関わるべきかを見出していかなければなりません。
1-3. 発表の三本柱：克服すべき前提・バイオ電気・バイオロボティクスと再生医療
Michael Levine： 本日の発表はおおよそ三つのテーマで構成されています。
まず第一に、私たちの進歩を妨げてきた限界的な前提について論じます。地球上で人間と他の種が共に繁栄するためには、これらの前提を乗り越えなければなりません。具体的には、メカニズム論、人間中心主義、そして自然進化の試行錯誤への過度の依存という三つの前提です。
第二に、生命の可塑性・再プログラム可能性・知性へのインターフェースとしてのバイオ電気について説明します。
そして第三に、生物学的ロボット——バイオボット——というプラットフォームと、AIを活用してこの分野が取り組む三つの根本的な課題についてお話しします。その三つとは、まず「持続不可能なヘルス・スパイラル」の問題です。現状では、人間が年を取るにつれて必要な医療介入はますます高コストかつ抜本的なものになり、医療資源の大半がこの「沈みゆく船を補修し続ける」ような取り組みに費やされています。私たちはこのスパイラルを断ち切ることを目指しています。次に、環境的な課題への技術的アプローチ、そして最後に、人間以外の心を持つ存在と倫理的に共存するための課題です。
2. 進歩を阻む三つの限界的前提と生命の自己組織化
2-1. メカニズム論・人間中心主義・進化的試行錯誤への過信
Michael Levine： 私たちがこれまで持ち続けてきた前提の中で、特に問題だと考えるものが三つあります。一つ目は「メカニズム論」です。これは身体を複雑な機械として捉える還元主義的な見方であり、DNAがすべての結果をコードしているという仮定に基づいています。確かに、ゲノム編集・タンパク質工学・シグナル経路の再配線といった分野での進歩は目覚ましいものがあります。しかしこれらはすべて「ハードウェア」の操作であり、生命が本来持っている高度な再プログラム可能性や主体性（アジェンシー）を見落としています。生体材料は複雑な機械ではなく、高度に再プログラム可能な主体的材料なのです。この認識の転換なしには、再生医療や生体工学の真の可能性を引き出すことはできません。
二つ目は「人間中心主義」です。知性や認知能力を人間、あるいは少なくとも脳を持つ動物に限定して考えるこの視点は、生命全体が持つ問題解決能力の豊かさを見えなくしてしまいます。後ほど詳しく示しますが、知性は脳に宿るものではなく、分子ネットワークから細胞、組織、個体、さらには生態系に至るまで、生命のあらゆるスケールに巣状に存在しています。人間中心主義的な枠組みを維持している限り、私たちはこの広大な知性の空間を工学や医療に活かすことができません。
三つ目は「自然進化の試行錯誤への過信」です。長い変異と選択のプロセスだけが統合的なシステム機能をもたらすという考え方です。しかし実際には、生命の可塑性はそのような長い時間を必要とせず、適切なシグナルを与えれば一世代のうちに劇的に異なる構造や機能を実現できることが、私たちの実験から明らかになっています。これらの限界的前提を乗り越えることが、これからお話しする研究の根本的な動機になっています。
2-2. 受精卵から複雑な解剖学的構造へ：ゲノムは設計図ではなくハードウェア仕様書
Michael Levine： では、私たちの身体はそもそもどこから来るのでしょうか。私たちは皆、胚細胞のひとかたまりとして生命をスタートし、驚くべき自己組織化のプロセスを経て、この非常に複雑な解剖学的構造へと変化します。ヒトの胴体の断面を見ると、すべての臓器が正しい位置・正しいサイズ・互いに正しい関係で配置されています。この情報はいったいどこに宿っているのでしょうか。
直感的には、それはゲノムの中にあると思われるかもしれません。ヒトゲノムがこれらの特性をすべて規定しているという考え方は広く持たれています。しかし私たちは今やゲノムを読む方法を知っており、ゲノムが実際に規定しているのは各細胞に存在する微小な分子ハードウェア、すなわちタンパク質であることがわかっています。ゲノムはこうした解剖学的構造を直接規定しているわけではありません。
これはちょうど、シロアリのゲノムがシロアリの塚の構造を規定していないのと同じです。あるいはクモのゲノムが蜘蛛の巣の正確な形を規定していないのと同じです。巣や塚という「建設プロジェクト」の結果は、遺伝的に規定されたハードウェアを使いながら細胞が自己組織化し意思決定し構築するプロセスの産物なのです。つまり遺伝子レベルと実際の解剖学的アウトカムの間には、非常に重要なプロセスが介在しています。そのプロセスは本質的に知的であり、細胞が何を作るべきかを知り、いつ止まるべきかを知り、どのように進めるかを知る、というものです。
このプロセスを理解すればするほど、私たちは細胞と「コミュニケーション」を取り、失われているものを再建するよう促すことができます。そして工学者として私たちが問いたいのは、「同じゲノムを持ちながら、細胞はほかに何を作れるのか」ということです。
2-3. 解剖学的コンパイラという構想：生命材料を再生医療に活かすための翻訳装置
Michael Levine： この分野が目指す究極のゴールは、私たちが「解剖学的コンパイラ」と呼ぶものです。いつかコンピューターの前に座り、分子特性ではなく解剖学的レベルで——臓器でも身体でも、バイオボットでも植物でも動物でも——作りたい形状を自由に描くことができるようになる。解剖学的コンパイラはその記述を、細胞に与えるべき刺激の集合へとコンパイルし、細胞は望む通りのものを作り上げる。これが構想の全体像です。
なぜこれが必要かというと、もし細胞に何でも作らせる能力を手に入れることができれば、先天性欠損症・外傷性損傷・がん・加齢・変性疾患——これらすべてが解消される可能性があるからです。これらはすべて根本的には情報処理の問題であり、細胞に何を作るべきかを伝えられないことから生じる問題です。
ここで重要なのは、このシステムは各細胞をどこに置くかを指定する3Dプリンターではないということです。これは本質的に「コミュニケーション装置」です。私たちがまだこのようなものを持っていない理由は、ハードウェアに集中してきたからです。実際に必要なのは、再生医療や生体工学における私たちのニーズと、細胞の集合知性との間の「翻訳装置」なのです。
現在の生体医学・生体工学の状況を正直に言えば、細胞や分子の操作、つまりどの遺伝子・タンパク質が他のどの遺伝子・タンパク質と相互作用するかを解明することには非常に長けています。しかし大規模な形態と機能の制御という点では、まだはるかな道のりがあります。誰かが手足を失ったとき、あるいは先天性欠損を持って生まれたとき、決定的な修復を可能にするには、まだ相当の距離があります。この状況は、コンピューターサイエンスが1940〜50年代にあった状況にちょうど似ています。当時の技術者は装置を物理的に配線し直すことでプログラムしていました。現在の医学もそれと同じで、ゲノム編集・タンパク質工学・経路の再配線という「ハードウェア」の操作にとどまっています。しかし私たちが実際に扱っているのは高度に再プログラム可能な主体的材料であり、次のセクションからはその具体的な証拠をお見せしていきます。
3. 生命の可塑性と再プログラム可能性：実験・観察に基づく知見
3-1. 尾に目を持つオタマジャクシの視覚・サンショウウオの肢再生・ゴール形成：集合知性の証拠
Michael Levine： 生命の可塑性と再プログラム可能性を示す具体的な実験・観察例をいくつかご紹介します。まず最初の例は、私たちが行ったオタマジャクシの実験です。これはアフリカツメガエル（Xenopus laevis）のオタマジャクシを使ったものです。通常のオタマジャクシには口・鼻孔・脳・腸・尾があります。私たちが行ったのは、本来目があるべき場所ではなく、尾に目を移植するというものです。この目は完全に正常な形で形成されます。視神経を伸ばし、その視神経が脊髄に接続することもあれば、腸に接続することもあれば、どこにも接続しないこともあります。つまり目は脳にはまったく接続されていないのです。
ではこの動物は見えるのでしょうか。私たちはこの動物を視覚学習の手がかりをテストするための装置を専用に製作して検証しました。結果は驚くべきものでした——これらの動物は完全に見えているのです。これは非常に注目すべきことではないでしょうか。変異と選択のさらなるサイクルをまったく経ることなく、たった一世代で、目が尾にあり脳にはまったく接続されていないという根本的に異なる感覚運動アーキテクチャを持つ動物が、即座に見ることができる。新たな適応も必要ない。これは私たちが長年学んできた「統合的なシステム機能を提供するためには長い変異と選択の時間が必要だ」という物語を根本から覆すものです。
次の例は、生物学者ではなく非人間の生体工学者による観察です。世界中で、どんぐりは確実にこの特定の形の葉を持つオークへと成長します。これほど確実で頻繁に起こることなので、私たちはオークのゲノムがこの特定のパターンをコードしていると思いがちです。これがゲノムの知っている「やり方」だと。しかし実際にはこの状況ははるかに可塑的であり、ある生体工学者がいなければそれを知ることはなかったでしょう。その生体工学者とは小さなハチです。このハチは周囲の細胞に完全に異なる構造を作るよう促すシグナルを置いていきます。これが「虫こぶ（ゴール）」と呼ばれるものです。重要なのは、これはハチの細胞から作られているのではなく、植物の葉細胞から作られているという点です。この虫こぶの構造的な複雑さを見れば、あの平らな緑の葉を自然に作るゲノムが、実はこれほど顕著な複雑さを持つものを作る能力も持っているということがわかります。プロセスは確実ですが、同時に再プログラム可能でもあるのです。人間の生体工学者やハチを含む多くの存在が、この可塑性を活用して新たなアウトカムをハックすることができます。植物や動物の細胞から形状のエンコーディングを理解できれば、一体何を作ることができるか、想像してみてください。
三番目の例はサンショウウオ、特にアホロートル（axolotl）という両生類です。この動物は目・顎・四肢・脊髄・心臓や脳の一部を再生することができます。どの軸に沿って四肢を失っても、細胞は完璧なレプリカを作るために必要なことを正確に行い、そして止まります。このプロセスで最も驚くべきことは、いつ止まるかを知っているという点です。正しいサンショウウオの四肢が完成したときに止まります。これは解剖学的恒常性のプロセスであり、正しい解剖学的空間の正しい位置から逸脱すると、そこに戻るために懸命に働き、完成したら止まります。さらに興味深いのは、両生類の尾を切り取って四肢が本来生える場所に移植すると、時間をかけてその尾が四肢へとリモデリングされることです。尾の先端の細胞でさえ——それらは局所的には問題なく、尾の末端に座っている尾先端細胞です——ゆっくりと指へとリモデリングされます。大規模なパターンにとってより適切な構造へと変化するのです。これらのシナリオはすべて、細胞が集合的な知性を形成していることを示しています。個々の細胞は指が何であるか、尾が何であるかを知りません。しかし集合体は確かに知っているのです。
3-2. 分子ネットワークの学習能力と多スケールに巣状に存在する知性
Michael Levine： 生命の知性は細胞の集合体レベルにとどまりません。さらに驚くべきことに、細胞を構成する分子ネットワーク自体もさまざまな種類の原始的な認知能力を持っています。例えば、細胞内の分子ネットワークはパブロフ型条件付けを含む六種類の学習が可能であることがわかっています。私たちの研究室ではこれらのネットワークを実際にトレーニングするデバイスを構築しており、薬物条件付けなど生体医学への応用に向けてその記憶特性を活用しようとしています。
単細胞生物を一つ例に挙げましょう。ラクリマリア・オレオラ（Lacrymaria olor）という単細胞生物は、脳も神経系も幹細胞も持たず、ただ一つの細胞だけで構成されています。しかしこの一つの細胞が、生理的・代謝的・行動的なすべてのニーズを非常に有能に処理しています。私たちもまた、受精卵という一つの細胞として生命をスタートし、そこから確実にゆっくりと段階的に自己組織化して、複雑なメタ認知的な心を持つこれほど複雑な生物へと変化します。私たちはみな、こうした主体性を持つ「能動的物質（active matter）」から作られているのです。
そして重要なのは、こうした知性は一つのスケールにとどまらないということです。分子ネットワークから、単細胞生物、多細胞組織、群れ、生態系に至るまで、生命全体には一種の巣状の知性が存在します。単なる巣状の構造ではなく、異なる空間における問題解決能力が巣状に存在しているのです。私がここで「知性」と言うとき、それはWilliam Jamesの定義を使っています——すなわち「異なる手段によって同じゴールに到達する能力」です。状況が変わったとき、障壁があるとき、条件が異なるとき、それでも必要な手段を駆使してゴールを達成できる、ある程度の有能さのことです。この知性は三次元空間の中を移動する動物についてのみ考えがちですが、生理学的空間・遺伝子発現空間・解剖学的空間など、あらゆる種類の空間においてこの問題解決能力が存在しています。
3-3. 解剖学的恒常性のメカニズム：細胞集合体がゴールを記憶し達成する原理
Michael Levine： では、細胞集合体はどのようにしてゴールを知り、正しい形状を記憶し、そこへ向かう計算を行うのでしょうか。解剖学的空間を移動するこの旅が、毎回まったく同じ経路をたどるわけではないことは、早期胚の分割実験から明らかです。ヒトの早期胚を含む早期胚を断片に分割しても、半身の体ができるわけではありません。完全に正常な一卵性双生児・三つ子が生まれます。各断片は残りの部分が欠けていることを「知っており」、身体の半分を丸ごと再構築するという新たなステップによってゴールに到達できます。
脳を持つ動物の場合を考えると、脳と神経系という「ハードウェア」が電気生理学的ダイナミクスという「ソフトウェア」を走らせ、イオンチャネルタンパク質の開閉によって電気的情報が伝播・計算されます。そして筋肉に信号が送られ、身体を三次元空間の中で動かします。神経科学者が行う「神経デコーディング」というプロジェクトでは、電気的活動を読み取り解読することで、記憶・ゴール・選好——その存在のすべての認知的内容——を読み出せるという考え方があります。驚くべきことに、このまったく同じアーキテクチャが身体のすべての細胞において機能しています。
つまり、身体のすべての細胞に同じイオンチャネルがあり、そのほとんどが電気的シナプスによって電気的ネットワークへと束ねられており、すべてが非常に特定の電気的パターンを駆動しています。脳の神経ネットワークが筋肉に命令を出して三次元空間の中で身体を動かすのと同じように、身体全体の細胞ネットワークは解剖学的空間の中で身体を動かすことを「考えて」います。つまり、大規模な身体の形状の記憶を文字通り保持しており、細胞に対して、胚の発生中においても、再生する臓器においても、そして生涯にわたるすべての細胞においても、がんから遠ざかり健康な臓器を作り続けるようにと命令を出しているのです。
私たちが開発してきたのは、こうした非神経的なデコーディングを行うためのツール、すなわち身体の「電気的な心」を読み取り、どのようなパターンを実装しようとしているかを理解し、そのパターンを修正してほかのものを作るよう説得するための手段です。このシステムは極めて古いもので、神経や筋肉よりもはるかに以前から存在しており、細菌のバイオフィルムにもすでにこうした特性の一部が見られます。こうした解剖学的恒常性の基盤となる電気的なダイナミクスの理解こそが、次のセクションで詳しく述べるバイオ電気研究の核心をなしています。
4. バイオ電気：身体の認知的インターフェース
4-1. 神経系と全細胞に共通するイオンチャネル・電気的ネットワークのアーキテクチャ
Michael Levine： バイオ電気の仕組みを理解するために、まず脳と神経系の動作原理から説明します。私たちが脳を持つ動物に慣れ親しんでいるように、動物は記憶やゴールを保持し、三次元空間でそのゴールを実装するために行動する能力を持っています。脳と神経系という「ハードウェア」は、電気生理学的ダイナミクスという興味深い種類の「ソフトウェア」を走らせています。神経細胞の表面に存在するイオンチャネルタンパク質の開閉によって電気的情報がネットワーク全体に伝播・計算され、最終的に筋肉へシグナルが送られ、身体が三次元空間の中で動きます。神経科学者が取り組む「神経デコーディング」というプロジェクトでは、電気的活動を読み取り解読することで、記憶・ゴール・選好——その存在のあらゆる認知的内容——をすべて読み出せるという考え方があります。すべては電気生理学の中にエンコードされているのです。これは非常に美しいアーキテクチャです。
驚くべきことに、進化がこの電気を使った情報処理と時空間を超えたゴールの統合に利用しているこのシステムは、極めて古いものです。なぜならまったく同じスキームが身体のすべての細胞で機能しているからです。身体のすべての細胞に同じイオンチャネルが存在し、そのほとんどが電気的シナプスによって互いに結びつき電気的ネットワークを形成しています。そしてすべての細胞が非常に特定の電気的パターンを駆動しています。ただし脳の神経ネットワークが筋肉に命令を出して三次元空間の中で身体を動かすのとは異なり、身体全体の細胞ネットワークが「考えている」のは形状についてであり、解剖学的構造についてです。胚細胞や再生中の臓器のすべての細胞に対して、そして生涯にわたるすべての細胞に対して、がんから遠ざかり健康な臓器を作り続けるようにと命令を出し、身体を解剖学的空間の中で動かしているのです。細胞たちは大規模な身体の形状の記憶を文字通り保持しています。
私たちが開発してきたのはこうした「非神経的デコーディング」のためのツールです。身体の「電気的な心」を読み取り、どのようなパターンを実装しようとしているかを理解し、そのパターンを修正してほかのものを作るよう説得するための手段です。このシステムは神経や筋肉よりもはるかに以前から存在しており、細菌のバイオフィルムにもすでにこうした特性の一部が見られます。
4-2. 蛍光色素による電気的パターンの可視化：形成前に現れる顔の電圧マップと個体間伝播
Michael Levine： では実際にこれがどのように見えるかをお見せします。私たちは電圧感受性蛍光色素の手法を開発し、解剖学的意思決定が行われている最中の生きた組織の電気的特性を実際に観察できるようにしました。これはカエルの胚がその顔を組み立てていく様子をとらえたタイムラプス映像です。
生命には古くから「成長と形態の根底にあるエネルギー的な足場」というような考え方がありましたが、今や私たちはそれを直接見ることができ、映像として記録できるのです。この映像の一フレームを見ると、色が個々の細胞の電圧を表しており、顔が実際に形成されるよりもずっと前の段階から、目がどこに来るか・口がどこに来るか・その他の器官のプラコード（前駆構造）がどこに来るかがすでにここに見えています。正常なカエルの顔がどのように見えるべきかを細胞に伝えるこの「前パターン」——その記憶——がすでにここに存在しているのです。
さらに興味深いのは、これらの電気的な記憶が細胞を大規模な身体や胚・成体組織へと組織化するだけでなく、より大きなスケールでは個体間においても機能するという点です。ある胚がカルシウム波を引き起こすと、その周囲にいる他の胚たちもそのメッセージを受け取り、同様の反応が伝播していくのが観察できます。これは個体間でも起こっています。つまりバイオ電気は、細胞の集団であれ個体の集団であれ、集団を超えて情報を協調させるためのマルチスケールな仕組みなのです。
4-3. バイオ電気パターンの書き換え：眼の誘導形成実験と少数細胞による二次的指令
Michael Levine： 私たちはまた、こうした電気的パターンを書き換える方法も開発しています。ここで重要なのは、私たちは外部から電磁気を印加しているわけではないという点です。電極も周波数も磁石も使いません。私たちが操作するのは、細胞が通常互いの行動を制御するために使っているインターフェース——細胞表面のイオンチャネルと、細胞同士が電気的状態を受け渡すための電気的シナプス——です。細胞のネットワークを対象に、誰が誰と話すか、あるいはネットワーク全体に伝播している実際の電気的状態を操作することができます。これはちょうど神経科学者が脳に対して行っていることを、私たちが身体の残りの部分に対して行っているようなものです。
これを行うことで、異なる身体構造の産生中に起きるパターンの記憶を読み出せるだけでなく、実際にそれを書き換え、身体の組織の集合知性に「偽の記憶」を植え付けることができます。具体的な例を示します。先ほどお見せしたオタマジャクシの「電気的な顔」には、特定の場所に脱分極のスポットがあります。この電気的な状態を別の場所に導入すれば、その場所の細胞に目を作るよう指令できるのではないかと考えました。答えはイエスでした。その情報を提供すると、細胞たちは喜んでそこに目を作ります。形成された目はすべて正しい内部構造——水晶体・網膜・視神経——を備えています。
さらに興味深いことが起きました。ごく少数の細胞にmRNAを注入した場合——ここでは青く染まった細胞だけを注入しました——それらの細胞は自分たちだけでは数が足りないことを認識し、周囲の細胞を招集して目の形成プロジェクトを完成させます。注入していない細胞も巻き込んでいくのです。これはアリやシロアリの集団が重い物を動かすためにチームのメンバーを追加で呼び集めるのとまったく同様の二次的な指令です。つまり、非常にシンプルなモジュール式シグナル——「ここに目を作れ」というハイレベルなサブルーティン呼び出しのようなもの——に応答して、個々の遺伝子発現・細胞行動のすべてのダウンストリームのステップを統合し、さらにはタスクの規模に応じてスケールするというこの能力は、すべて材料自体の特性なのです。私たちが賢くてすべてを微管理しているからではなく、材料そのものが極めて有能であり、私たちはその材料へのインターフェースを発見したにすぎないのです。
5. バイオ電気を活用した再生医療：四肢再生とがんの制御
5-1. カエルの四肢再生実験：24時間処置が18ヶ月の成長を引き出すバイオ電気カクテル
Michael Levine： 同じインターフェースが四肢再生の応用にも活用できます。カエルはサンショウウオとは異なり、成体になると四肢を再生しません。四肢を失ってから45日後には何も残りません。しかし私たちはバイオ電気カクテルを開発し、それをたった24時間だけ適用しました。するとその後何が起きるかをご覧ください——再生促進遺伝子が発現し始め、脚が成長し始めます。つま先が生え、つめも生えてきます。最長の実験では、24時間の刺激が1年半にわたる正常な脚の成長につながり、その間私たちはまったく手を触れていません。これは細胞を微管理することではありません。最初の日に細胞と「コミュニケーション」をとり、瘢痕化の経路ではなく脚を作る経路を進むべきだということを伝えることなのです。最終的に得られる脚は触覚にも反応し、運動能力も備えています。
この研究はDavid Kaplanの研究室との共同作業です。ここで開示しておかなければならないことがあります。Morphoceuticals（モルフォシューティカルズ）という企業がこの研究を引き継ぎ、哺乳類での応用へと進めようとしています。最終的には人間の患者においても四肢やその他の臓器の再生を誘導できることを願っています。
5-2. がんの再解釈：形態形成的集合知性の解離性障害としてのキャンサー
Michael Levine： 次に再生医療の最後の例として、がんについてお話しします。個々の細胞は非常に有能であり、非常に局所的な個々のアジェンダ——空腹レベル・pH・その他の代謝的・生化学的ゴール——に取り組んでいます。しかし発生や進化の過程で起きることは、細胞がネットワークへと結合し、そのネットワークが個々の細胞よりもはるかに大きな「認知的ライトコーン」を持つようになるということです。つまりネットワークが取り組めるゴールの大きさが大きくなります。ネットワークは個々の細胞よりも大きなゴールを記憶できます。個々の細胞は指が何本あるべきかを知りませんが、集合体はそれを記憶しており、失われれば正確に正しいものを再建します。
ところがこのプロセス——高レベルのゴールを保存できるネットワークへと協働する能力——は崩壊することがあります。その崩壊モードこそが「がん」です。ここで見ているのはヒトの神経膠芽腫細胞を培養したものです。がん細胞が通常の細胞より「利己的」だというモデルが多く存在しますが、それは正確ではありません。がん細胞は通常の細胞より利己的なわけではなく、ただ「自己」が小さくなっているだけです。集合的な知性の一例として、より高次の自己と高次のゴールが細胞をネットワークへと結びつけることで形成されていたとすれば、がんはその集合的知性の崩壊です。基本的にがんとは身体の形態形成的知性の「解離性同一性障害」なのです。
細胞とその外界との境界が縮小し、もはやこれらの大規模なゴールを記憶しておらず、単細胞の祖先の状態に巻き戻され、自分自身のことしか気にかけず、身体の残りの部分はただの環境にすぎないと見なすようになります。自己と外界の境界が縮小してしまっているのです。このようながんに対する特異な考え方は、毒性の強い化学療法でそれらの細胞を殺そうとするのではなく、何らかの「統合療法」によって細胞をそのネットワークへと再接続しようとする、まったく異なる治療様式を試みることへと私たちを誘います。
5-3. イオンチャネルRNA注入による腫瘍形成抑制：遺伝的エラーを残したまま生理的意思決定を変える
Michael Levine： これが実際にどう機能するかを具体的な実験でお見せします。ここにオタマジャクシがいます。ヒトのがん遺伝子が注入されており、腫瘍が形成されます。注入部位の細胞がすでに脱分極していること——つまり隣接する細胞とは異なる奇妙な電圧パターンを示していること——がわかります。これらの細胞はやがて離れて転移していきます。
では私たちが行ったことは何か。特定のカリウムチャネルをコードするイオンチャネルRNAを注入し、細胞を適切な電気的状態へと強制的に戻し、隣接する細胞との電気的コミュニケーションを回復させました。するとどうなったか。がん遺伝子タンパク質は赤い色素によって標識されており、文字通りいたるところに発現しています——遺伝的エラーは依然として存在しています。しかし同じ動物のこの場所を見ると、がん遺伝子タンパク質は大量に存在しているにもかかわらず、腫瘍がないのです。
これが示していることは非常に重要です。問題は遺伝的状態ではなく、個々の細胞によって行われる生理的意思決定なのです。ここでは個々の細胞が離れて転移していきます。こちらでは腫瘍がありません。なぜなら細胞を集合体へと再接続したからです。可塑性・意思決定・再プログラム可能性・認知的主体とその外界との境界というこれらの考え方が、非常に実際的なものであり、具体的かつ実用的な応用につながるということがおわかりいただけると思います。遺伝的エラーそのものを修正しなくても、生理的意思決定のレベルで介入することでがんの形成を抑制できる——これはがん治療の根本的なパラダイム転換を示唆するものです。
6. バイオロボティクス：主体的材料（Agential Material）による生命機械
6-1. 受動材料から主体的材料へ：工学パラダイムの転換と「犬の塔」の比喩
Michael Levine： これまでお話ししてきた可塑性・意思決定・再プログラム可能性の知見が、バイオロボティクスとAI工学にどうつながるかをご説明します。数千年にわたる工学の歴史は、受動材料を使って行われてきました。受動材料では、構造物のあらゆる部品を自分でコントロールしなければなりません。すべてを微管理します。良い知らせは、あまり驚きがないということです——材料はあなたが言った通りのことをします。基本的にその形を保ちます。しかし悪い知らせは、柔軟性を大きく失い、すべてをコントロールしなければならないということです。それ以降、私たちは能動的材料・計算的材料、そして今日お話ししている主体的材料（agential material）を開発してきました。
主体的材料を使って工学を行う場合、受動材料とはまったく異なるやり方をしなければなりません。レゴで塔を作るのは非常に簡単です。すべてのレゴを正確に置くべき場所に置けばよい。しかし塔が倒れたら、戻ってきて修理しなければならず、どう修理するかを自分が知っている必要があります。では犬で塔を作ろうとすることを想像してみてください。同じやり方ではできません。一匹一匹を積み重ねても、彼らはそこにとどまりません。しかしトレーニングすれば、塔が得られるだけでなく、自己修復する塔が得られます。なぜなら塔が崩れても、犬たちは自分のゴールへと自動的に戻っていくからです。主体的材料を使った工学は、微管理ではなく、材料との協調・コミュニケーション・トレーニングによるものです。これが非常に重要な転換点です。
6-2. ゼノボット：カエル皮膚細胞から生まれた自律型バイオロボットの自発的形成と創発的行動
Michael Levine： では実際にカエルの細胞から作られた二種類の生物学的ロボットをお見せしましょう。これらはアフリカツメガエル（Xenopus laevis）の初期胚から取り出した前駆皮膚細胞です。それらを残りのカエルから切り離し、小さな環境の中に置きます。すると一晩のうちに細胞同士が集まり、何かを形成します。よく見ると、小さな馬のような形をしていますが、動いています。カルシウムシグナリングのフラッシュが見えます。細胞同士が互いに作用し合い、最終的にすべてが集まってこの構造を形成します。私たちはこれをゼノボット（xenobot）と呼んでいます。Xenopus laevisというカエルの名前に由来しており、これがバイオロボティクスのプラットフォームです。
ゼノボットは小さな毛（繊毛）を波打たせながら泳ぎます。集団的な行動を持ち、円を描いて動いたり、前後に動いたりします。脳も神経系もありません——ただの皮膚細胞です。しかし非常に豊かな計算が内部で行われています。迷路を進む様子を見ると、この腕を下り、向こうの壁にぶつかることなく角を曲がり、そしてなぜかUターンして来た道を戻っていきます。これらは自発的に自律運動し、非常に豊かな行動を持っています。
さらに驚くべきことが起きました。キネマティック自己複製です。皮膚細胞の集合体を与えると、ゼノボットはその皮膚細胞を小さなボール——小さな球体——へと集めます。それぞれの小さなボールが次世代のゼノボットへと成熟します。そしてその次世代は何をするか——まったく同じことをします。こうして複数世代にわたるボットの連鎖が生まれます。これは完全に創発的な行動であり、私たちはこれが起きるまでまったく予想していませんでした。このプロジェクトはJosh Bongardの研究室との共同研究であり、彼らは特定の形状のボットが次世代をより効率的に作れることを示す大規模な計算モデリングを行っています。これは同じゲノムを持ちながら完全に新しい身体構造と行動セットを獲得するという、まったく新しい有能性です。
6-3. アンソロボット：ヒト気管上皮細胞由来の自律型ボットと神経損傷修復の観察
Michael Levine： ゼノボットがカエル細胞に特有の何かではないかと思われるかもしれません——つまり同じゲノムを持ちながら完全に新しい身体構造と行動セットを獲得するこの能力が、カエル細胞に特別な何かによるものではないかと。そこで私たちはこれをヒト気管上皮細胞を使って実証しました。これらは気管生検によって高齢患者から提供された成体の組織です。これを見てもヒトの正常なゲノムを持っているとは絶対にわからないでしょう。池の中で見つけた何か原始的なゲノムを持つ生物だと思うかもしれません。しかし実際には100%ホモ・サピエンスです。ゲノム編集は一切なく、特殊なナノ材料も、薬物も、合成生物学的回路も使っていません。患者から取り出されたこれらの細胞は、自らのライフスタイルをこのような新しい生き物へと再起動し、泳ぎ回ります。私たちはこれをアンソロボット（anthrobot）と呼んでいます。
アンソロボットにも驚くべき特性があります。大きな引っかき傷——神経の傷——が作られたヒトニューロンの層の上にアンソロボットを置きます。すると約4日後にピックアップしてみると、アンソロボットが何をしているかがわかります——傷の両側を実際に縫い合わせているのです。傷口の両端を結合させています。あなたの皮膚——気管上皮細胞——が気道の中で静かに座ってただ粘液を流し続けているだけだったのに、機会が与えられれば、まったく新しい種類の構造と機能へと再組織化でき、修復特性を持てるとは誰が想像したでしょうか。
このセクション全体のテーマは可塑性と再プログラム可能性です。これらのものを使って工学を行うとき、私たちは微管理しようとしません。このような特性をプログラムしようとはしません——これらはすでに驚くほど多くのことのやり方を知っています。私たちのゴールは、有用な方向へとその行動を形づくることです。将来の医学は、これらの患者固有の細胞から作られた主体的インプラント——アンソロボットのようなもの——が患者自身の細胞から作られるため免疫抑制も必要なく、体内に入って修復を実行するというかたちになると考えています。そして大規模な修復イベントにはモルフォシューティカルと呼ぶ薬物のクラスを使います。これらは遺伝子発現を微管理しようとするのでも特定の経路を制御しようとするのでもなく、細胞の集合知性に対して「四肢を作れ・眼を作れ・さまざまな構造を修復せよ」という実際の誘導情報を提供するものです。将来の医学は化学よりも、ある種の「身体的精神医学（somatic psychiatry）」に近いものになるでしょう。なぜなら材料が構築している有能性・ゴール・学習能力・その他の認知的特性を理解することがゴールであり、そのためにAIは不可欠なツールだからです。
7. AIによるバイオ電気コードの解読と多様な知性の未来
7-1. 細胞集合知性との「通訳」としてのAI：微管理から目標レベルのコミュニケーションへ
Michael Levine： ここにニューロンを含む細胞群があり、非常に豊かなバイオ電気的活動が起きています。先天性欠損症・再生・がんにわたるさまざまなアウトカムをどのように指定するかを理解するためには、このコードを解読し、望む異なるアウトカムをどのように指定するかを理解できるような通訳インターフェースが必要です。そのためにAIは不可欠なツールです。将来的には、言語モデルやその他の手段を通じてコミュニケーションできるデバイスを用いて、私たちのゴールと、細胞の集合知性の持つゴールおよび可塑性・再プログラム可能性との間の「通訳者」となってくれるでしょう。
これがなぜ重要かというと、バイオ電気的活動のパターンは非常に複雑であり、どの電気的状態がどの解剖学的アウトカムに対応しているかを人間が直接読み解くことは極めて困難だからです。膨大な量の実験データから意味のあるパターンを抽出し、どのような刺激を与えれば細胞集合体が望む構造を作るのかを予測する——これはまさにAIが得意とする問題です。私たちは細胞を微管理したいわけではありません。個々の遺伝子発現や細胞行動を一つひとつ指定したいわけでもありません。ゴールレベルのコミュニケーションをしたいのです。「ここに四肢を作れ」「この臓器を修復せよ」というハイレベルな指令を細胞集合体に伝え、あとは材料自身の有能さに委ねる。AIはその「ハイレベルな指令」と「実際の細胞への刺激」の間を橋渡しする通訳装置として機能することが期待されています。
7-2. 将来の医療像：モルフォシューティカルとソマティック精神医学としての再生医療
Michael Levine： 将来の医療がどのような姿になるかを考えると、今日開発されているボトムアップ型の介入——ゲノム編集・タンパク質工学・経路操作——はすべて引き続き重要です。しかしそれをトップダウン型の介入で補完していく必要があります。具体的には、細胞のトレーニング・患者固有の細胞から作られるアンソロボットのような主体的インプラント・そしてモルフォシューティカル（morphoceuticals）と呼ぶ薬物のクラスの活用です。
モルフォシューティカルとは、遺伝子発現を微管理しようとするのでも特定の経路を制御しようとするのでもなく、細胞の集合知性に対して実際の誘導情報を提供するものです。「四肢を作れ」「眼を作れ」「さまざまな構造を修復せよ」という情報を与えることで、その後の個々の細胞の行動はすべて材料自身の有能さに委ねられます。アンソロボットのような主体的インプラントは患者自身の細胞から作ることができるため、免疫抑制も必要なく体内に入って修復を実行することができます。
将来の医学は、化学よりもむしろある種の「ソマティック精神医学（somatic psychiatry）」に近いものになるでしょう。これは、材料が構築している有能性・ゴール・学習能力・その他の認知的特性を理解することをゴールとするものです。がんを毒性の強い化学療法で細胞を殺すことで治療するのではなく、解離してしまった細胞をネットワークへと再統合する統合療法として捉える。四肢の欠損を外科的に補修するのではなく、細胞集合体に四肢を再生するよう情報を提供する。この考え方の転換は根本的なものであり、医療の経済的なあり方をも変えていきます。現在私たちは、老齢になるにつれてますます高コストかつ抜本的な介入を必要とする「沈みゆく船を補修し続けるサイクル」に医療資源の大半を費やしています。しかしこの再生医療のアプローチが実現すれば、若い頃と同じように組織が自己再生し続けるヘルスパンの延伸が可能になります。これは個人の人間的体験にとってだけでなく、社会の経済にとっても完全に変革的なものになるでしょう。
7-3. 生命連続体と多様な身体・心：サイボーグ・キメラを含む存在との倫理的共生
Michael Levine： 最後に、最も概念的に重要な視点の転換についてお話しします。私が考える最も重要な概念的ブレークスルーの一つは、進化的システムと設計されたシステムの間の連続体という考え方です。従来の見方では、生き物と機械という二項対立がありました。しかし今日この分野には、液滴のような最小限のダイナミカルな化学システムをはじめ、そのどちらにも容易には当てはまらないあらゆる種類の能動的物質（active matter）が存在しています。
将来のロボティクスは、完全に受動的な材料——私たちが設計し、思い通りに動き、望むことを正確に実行する材料——から、化学的・機械的・電気的・光学的なその他多くの技術を含むあらゆる種類の能動的材料システムまで、その連続体に沿った非常に多様な組み合わせになるでしょう。つまり材料に何をすべきかを命令するだけでなく、材料の計算的・主体的な特性を活用することになります。
そして材料の可塑性を理解するにつれて、はるかに幅広い知性の具現化が可能になります。そのいくつかはすでに存在しています——様々な技術的装置を持つ人間であるサイボーグです。しかし将来はすべての組み合わせ——進化的材料・工学的コンポーネント・ソフトウェア——が、計算と数学の法則と共に非常に幅広い身体と心を提供することになります。地球上のダーウィン的な生命の多様性——「終わりなき最も美しい形」と彼が呼んだもの——は、可能な存在の空間のほんの小さな一角にすぎません。サイボーグ・ハイブリッド・あらゆる種類のキメラが私たちと共に存在することになり、全生物圏が未来へと花開いていくにあたって、生物多様性全体が共に繁栄できるよう、これらの多様な具現化された心を理解し、倫理的な共生を実現することが求められます。
まとめると、知性は脳についてのものではありません。知性は極めて古く根本的なものであり、生命の主体的材料の中に——そして実際には生きている材料を超えたところにも——組み込まれています。再生医療の応用は、身体の細胞の有能さを微管理するのではなくコミュニケーションすることを学ぶことから生まれます。バイオ電気は身体の認知能力への非常に強力なインターフェースであり、先天性欠損症・がん・その他への再生医療につながります。バイオロボティクスの利益は複数あります——環境修復とセンシングのための有用な生命機械・体内での個別化された修復介入・形態形成コードを解読することを助けてくれること・そして生命と心についての人間中心主義的な見方を標準的に進化した人間のケースを超えて拡張することです。そしてAIは、私たちがこの身体と心の空間を認識し・創造し・倫理的に関わるための、この多様な知性という新興分野にとって極めて価値あるツールとなるでしょう。
8. Q&A：倫理・材料選択・バイオハイブリッドロボティクスの未来と課題
8-1. 自己複製するバイオロボットの倫理：リスク評価と機会損失のバランス
Gil Martinez： Michael、先ほどゼノボットが自己修復し、さらには自己複製できるとおっしゃっていました。このような自己複製する生物学的ロボットを作る際に、どのような倫理的考慮を念頭に置いているのでしょうか。
Michael Levine： この特定の技術に関して言えば、リスクプロファイルは非常に低いと考えています。私が「複製する」と言うとき、それは非常に限定された条件下でのみ複製するということです。具体的には、特定の皮膚細胞を材料として供給してやらなければなりません。さらにゼノボットは一週間も生きられません——約7〜8日で自然に生分解されます。そしてカエルの皮膚細胞は世界中の湖や池に常に放出されています。ですからこれは単独では非常にリスクの低い技術です。
一方で、これに関連するトランスジェニック細菌・トランスジェニックウイルス・指数関数的に増殖でき長期間生存できる様々な動物系統といった技術は、まったく異なるシナリオであり、はるかに慎重な検討が必要です。しかし一般的に倫理の問題は非常に重要であり、二つの視点から考えることが不可欠だと思っています。一つはリスク要因——これがどのような形で悪化しうるかをすべて検討することであり、これは絶対に重要です。しかしもう一面を忘れてはなりません。それは新しい技術を逃すことの機会損失です。
人々がこうした問題を考える際に暗黙的に前提としている広く蔓延した思考様式があります。それは「すべては今のところ問題なく、私たちが望むのはこれらの新しい進歩が事態を悪化させないことだ」というものです。しかしはっきり言いましょう——事態は今のところまったく問題ありません、ということはありません。世界中で人間と動物の苦しみという形での生物医学的な面での非常に切迫したニーズがあります。そして私たちは壊滅的な環境問題にも直面しています。ですから機会損失はリスク評価と必ずバランスを取らなければならず、これは私たちが常に考えていることです——この技術が解決できる切迫した問題は何か、そしてそれを行う最も安全な方法は何か、ということを。
8-2. カエル細胞が選ばれる実用的理由とバイオハイブリッドロボティクスの新パラダイム
Gil Martinez： 聴衆から質問が来ています。なぜあの特定のケースでカエルの細胞が使われたのでしょうか。また、より広い質問として、異なる種類の応用に対してどのように異なる種類の細胞を選択するのですか。
Michael Levine： カエルの細胞に本質的に特別な何かがあるわけではありません——先ほどヒト細胞を使った例もお見せしましたね。しかしカエルの細胞にはいくつかの非常に好ましい特性があります。まず無菌環境を必要としません。特殊なインキュベーターも不要で、室温でペトリ皿の上で生きられます。要件が非常に最小限なのです。体外での応用——センシング・環境修復・クリーンアップなど——では、外部環境で数日間生きられるものが必要であり、カエルの細胞はそのために理想的です。
さらにカエルは胚発生のモデルとして何十年も使われてきました。マウスのようにすべてが母親の体内で起きるのとは異なり、カエルでは発生のプロセス全体が目の前で起きます。すべてが目に見える形で自己組織化されていくので、非常に好ましいバイオロボティクスのプラットフォームとしての特性を持っています。
Gil Martinez： これらすべての新しい材料が、ロボティクスの応用においてどのように見ていくかを変えていくと思います。バイオハイブリッドロボティクスにおける主要なブレークスルーはどのようなものになると思いますか。
Michael Levine： 私が思う最も重要な概念的ブレークスルーの一つは、進化的システムと設計されたシステムの間の連続体という考え方です。従来の見方では生き物と機械という二項対立があり、これは古くから存在する前科学的な分類だと思っています。そして今この分野には液滴のような最小限のダイナミカルな化学システムをはじめ、あらゆる種類の能動的物質が存在しており、どちらのカテゴリーにも容易には収まりません。将来は完全に受動的な材料から、化学的・機械的・電気的・光学的なその他多くの技術を含むあらゆる種類の能動的材料システムまで、その連続体に沿った非常に多様なロボティクスが生まれるでしょう。材料に何をすべきかを命令するだけでなく、材料の計算的・主体的な特性を活用することになります。これはSDGsの達成に向けた医療応用や義肢の分野においても非常に大きな可能性を秘めており、私たちの日常生活に見えてくるまでの時間はそれほど遠くないと思っています。
8-3. 進歩の三つの障壁：概念的二項対立・大規模データの不足・研究資金の脆弱性
Gil Martinez： これらのイノベーションを加速し、本当に限界を押し広げていくために乗り越えなければならない主な課題は何だと思いますか。
Michael Levine： 本当に三つのことだと思います。一つ目は概念的なものです。生き物と機械の間・ハードウェアとソフトウェアの間・人々が「本物の知性」と思うものとこうした問題解決能力——人々がそれを本当の認知として捉えることが非常に難しいもの——との間、これらすべての区別が進歩に対して大きな障壁になっています。多様な知性（diverse intelligence）の分野において、数多くの研究室および哲学者たちによる多くの仕事がなされており、この古い古い枠組みから工学と生物医学を引き出そうとするこれらの二項対立を打ち破ろうとしています。これは非常に重要なことだと思います。
二つ目は特定の種類のビッグデータです。細胞の行動的有能さ・バイオ電気状態・バイオメカニカル状態——これらすべての細胞に行わなければならないすべての実験のデータを大量に得るための実験室の自動化が必要です。すべてを人の手で行うには遅すぎます。ですからロボット科学者システムと呼ばれるものによる自動化を使ったハイスループットな特性評価が二つ目の課題です。
三つ目は率直に言って資金です。この分野では誰も行き詰まっていません——何をすべきかわからない人はいません。この分野で働くすべての人が長い研究アジェンダを持っており、何をする必要があるかを正確に知っています。ロードマップは非常にうまく発展しており、何かをやり遂げるたびに10個の新しい可能性が見えてきます。律速段階は資金援助であり、科学においては常に非常に不安定なものですが、今日はさらにそれが顕著です。この分野に入ってきている若い人たちへの継続的で信頼できる支援の度合い——これらの実を結ぶ応用を実現するためのもの——は本当に重要です。応用が実を結ぶのを見たいのであれば、それが非常に重要なのです。
Gil Martinez： 素晴らしかったです、Michael。本当にありがとうございます。聴衆の皆さんもこの真に新しい分野を発見することを本当に楽しんでくれたと思います。また、Joshua氏がジュネーブで開催されるAI for Goodグローバルサミット——5月8日から11日、そして7月——に参加予定であることもお伝えしておきます。彼は素晴らしい講演者であり、驚くべきデータを持っています。ゼノボットについてより詳しく展示エリアで説明してくれる予定ですので、ぜひ彼のセッションをお見逃しなく。Michael、そして本セッションをこれほど充実したものにしてくださったすべての参加者の皆さんに感謝します。
Michael Levine： ありがとうございます。Joshua は本当に素晴らしい講演者であり、皆さんに彼のセッションをぜひ見ていただきたいと思います。本日はありがとうございました。