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量子生命科学研究所

量子生命情報科学チーム

掲載日：2025年4月1日更新
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タイトル

チーム研究概要図

生物では、分子、細胞、これを構成要素とする組織や器官など、スケールの異なる階層間での相互作用により、１つの生命体としてのまとまりが保たれます。当チームは、特定の階層で起こる生命現象がいかに他階層へ波及し、一個体としての生物学的振舞に反映されるかという生命科学の基本問題に、ＡＩ等の先進的な情報科学技術を駆使しながら挑んでいます。量子センシング技術や超偏極MRI技術等、当研究所で開発が進む新規計測技術から得られるバイオパラメタも取り込みながら、生命現象の階層横断的な理解の深化を目指します。

　現在は、特に次の３テーマについての研究が進められています：

  1.  神経画像データや心理指標等に基づき、個体の状態（認知・行動）と、その神経基盤・分子基盤との関係性をデータ駆動的に明らかにする解析プラットフォームの開発
  2.  量子計算技術（量子着想計算、量子アニーリングマシン等）に基づき、高次元時空間データに対する高速解析を実現する新規アルゴリズムの開発
  3.  巨視的な生命現象（心理過程や神経活動）の理解において量子力学の数学的体系（量子確率論）を援用する可能性の探索。

メンバー

八幡チームリーダー

チームリーダー　八幡 憲明

研究員　間島 慶
研究員　沈 国華
研究員　趙 治磊（併任）
研究員　立花 泰彦（併任）​

NEWS

2024/1/17更新

日本神経回路学会誌特集記事「神経科学の未来を担う新計測科学」がオンラインで公開されました。

ナノ量子センサーや超偏極NMRなど、新規性の高い計測技術が今後の神経科学研究にいかなるインパクトをもたらしうるか、各分野の研究者が執筆を担当しています。量子生命研からは馬場 嘉信所長が巻頭言、湯川 博チームリーダー、高草木 洋一上席研究員が解説記事を担当しています。また、間島 慶研究員が編集委員として編纂に携わりました。編集後記と併せてぜひ、お読みください。

日本神経回路学会誌2023年30巻第4号

※タイトルごとに記事（PDF）をダウンロードしてお読みください

2023/1/11更新

日本神経回路学会誌2022年29巻4号の特集記事「今すぐ使える量子計算！？」がオンラインで公開されました。

現時点で手が届く量子コンピュータ関連のリソースを用いて、神経科学分野の研究者は何ができるのかという観点から、気鋭の研究者たちがオピニオン記事を執筆しています。間島 慶研究員が企画から執筆まで、携わりました。編集後記と併せてぜひ、お読みください。

日本神経回路学会誌2022年29巻4号

巻頭言：P163
解説：P164-210　
編集後記：P251

※タイトルごとに記事（PDF）をダウンロードしてお読みください

最近の成果

文献

  • Dong D, Hosomi K, Shimizu T, Okada KI, Kadono Y, Mori N, Hori Y, Yahata N, Hirabayashi T, Kishima H, Saitoh Y. Cross-Species Convergence of Functional Connectivity Changes in Thalamic Pain Across Human Patients and Model Macaques. J Pain. 25(12):104661 (2024)
  • Zhao Z, Okada N, Yagishita S, Yahata N, Nitta N, Shibata S, Abe Y, Morita S, Kumagai E, Tanaka KF, Suhara T, Takumi T, Kasai K, Jinde S. Correlations of brain structure with the social behavior of 15q11-13 duplication mice, an animal model of autism. Neurosci Res. 209:42-49 (2024)
  • Itahashi T, Yamashita A, Takahara Y, Yahata N, Aoki YY, Fujino J, Yoshihara Y, Nakamura M, Aoki R, Okimura T, Ohta H, Sakai Y, Takamura M, Ichikawa N, Okada G, Okada N, Kasai K, Tanaka SC, Imamizu H, Kato N, Okamoto Y, Takahashi H, Kawato M, Yamashita O, Hashimoto RI. Generalizable and transportable resting-state neural signatures characterized by functional networks, neurotransmitters, and clinical symptoms in autism. Mol Psychiatry. (2024)
  • Oyama K, Majima K, Nagai Y, Hori Y, Hirabayashi T, Eldridge MAG, Mimura K, Miyakawa N, Fujimoto A, Hori Y, Iwaoki H, Inoue KI, Saunders RC, Takada M, Yahata N, Higuchi M, Richmond BJ, Minamimoto T. Distinct roles of monkey OFC-subcortical pathways in adaptive behavior. Nat Commun. 15(1):6487 (2024)
  • Fukuma R, Majima K, Kawahara Y, Yamashita O, Shiraishi Y, Kishima H, Yanagisawa T. Fast, accurate, and interpretable decoding of electrocorticographic signals using dynamic mode decomposition. Commun Biol. 7(1):595 (2024)
  • Koide-Majima N, Nishimoto S, Majima K. Mental image reconstruction from human brain activity: Neural decoding of mental imagery via deep neural network-based Bayesian estimation. Neural Netw. 170:349-363 (2024)
  • Okada N, Yahata N, Koshiyama D, Morita K, Sawada K, Kanata S, Fujikawa S, Sugimoto N, Toriyama R, Masaoka M, Koike S, Araki T, Kano Y, Endo K, Yamasaki S, Ando S, Nishida A, Hiraiwa-Hasegawa M, Edden RAE, Sawa A, Kasai K. Longitudinal trajectories of anterior cingulate glutamate and subclinical psychotic experiences in early adolescence: the impact of bullying victimization. Mol Psychiatry. 29(4):939-950 (2024)
  • Sato Y, Okada G, Yokoyama S, Ichikawa N, Takamura M, Mitsuyama Y, Shimizu A, Itai E, Shinzato H, Kawato M, Yahata N, Okamoto Y. Resting-state functional connectivity disruption between the left and right pallidum as a biomarker for subthreshold depression. Sci Rep. 13(1):6349. (2023)
  • Takeuchi H, Yahata N, Lisi G, Tsurumi K, Yoshihara Y, Kawada R, Murao T, Mizuta H, Yokomoto T, Miyagi T, Nakagami Y, Yoshioka T, Yoshimoto J, Kawato M, Murai T, Morimoto J, Takahashi H. Development of a classifier for gambling disorder based on functional connections between brain regions. Psychiatry Clin Neurosci. 76(6):260-267 (2022)
  • Koide-Majima N Majima K. Fast and scalable classical machine-learning algorithm with similar performance to quantum circuit learning. Physical Review A. 104(6): 062411 (2021)
  • Okada N, Yamamoto Y, Yahata N, Morita S, Koshiyama D, Morita K, Sawada K, Kanata S, Fujikawa S, Sugimoto N, Toriyama R, Masaoka M, Koike S, Araki T, Kano Y, Endo K, Yamasaki S, Ando S, Nishida A, Hiraiwa-Hasegawa M, Yokoyama C, Kasai K. Birth order and prosociality in the early adolescent brain. Sci Rep. 11(1):21806 (2021)
  • Mimura K, Nagai Y, Inoue K.I, Matsumoto J, Hori Y, Sato C, Kimura K, Okauchi T, Hirabayashi T, Nishijo H, Yahata N, Takada M, Suhara T, Higuchi M, Minamimoto T. Chemogenetic activation of nigrostriatal dopamine neurons in freely moving common marmosets. iScience. 24(9):103066 (2021)
  • Tanaka S.C, Yamashita A, Yahata N, Itahashi T, Lisi G, Yamada T, Ichikawa N, Takamura M, Yoshihara Y, Kunimatsu A, Okada N, Hashimoto R, Okada G, Sakai Y, Morimoto J, Narumoto J, Shimada Y, Mano H, Yoshida W, Seymour B, Shimizu T, Hosomi K, Saitoh Y, Kasai K, Kato N, Takahashi H, Okamoto Y, Yamashita O, Kawato M, Imamizu H. A multi-site, multi-disorder resting-state magnetic resonance image database. Sci Data. 8(1):227 (2021)
  • Okamoto Y, Kitada R, Tanabe H.C, Sasaki A.T, Kochiyama T, Yahata N, Sadato N. The extrastriate body area is involved in reciprocal imitation of hand gestures, vocalizations, and facial expressions: A univariate and multivariate fMRI study. Soc Neurosci. 16(4):448-465 (2021)
  • Takagi Y, Okada N, Ando S, Yahata N, Morita K, Koshiyama D, Kawakami S, Sawada K, Koike S, Endo K, Yamasaki S, Nishida A, Kasai K, Tanaka S.C. Intergenerational transmission of the patterns of functional and structural brain networks. iScience. 24(7):102708 (2021)
  • Yamashita A, Sakai Y, Yamada T, Yahata N, Kunimatsu A, Okada N, Itahashi T, Hashimoto R, Mizuta H, Ichikawa N, Takamura M, Okada G, Yamagata H, Harada K, Matsuo K, Tanaka SC, Kawato M, Kasai K, Kato N, Takahashi H, Okamoto Y, Yamashita O, Imamizu H. Common Brain Networks Between Major Depressive-Disorder Diagnosis and Symptoms of Depression That Are Validated for Independent Cohorts. Front Psychiatry. 12:667881 (2021)
  • Koide-Majima N, Majima K. Quantum-inspired canonical correlation analysis for exponentially large dimensional data. Neural Netw. 135:55-67. (2021)
  • Yamashita A, Sakai Y, Yamada T, Yahata N, Kunimatsu A, Okada N, Itahashi T, Hashimoto R, Mizuta H, Ichikawa N, Takamura M, Okada G, Yamagata H, Harada K, Matsuo K, Tanaka SC, Kawato M, Kasai K, Kato N, Takahashi H, Okamoto Y, Yamashita O, Imamizu H. Generalizable brain network markers of major depressive disorder across multiple imaging sites. PLoS Biol. 18(12):e3000966 (2020)
  • Koshiyama D, Okada N, Ando S, Koike S, Yahata N, Morita K, Sawada K, Morita S, Kawakami S, Kanata S, Fujikawa S, Sugimoto N, Toriyama R, Masaoka M, Araki T, Kano Y, Endo K, Yamasaki S, Nishida A, Hiraiwa-Hasegawa M, Kasai K. Association between duration of breastfeeding based on maternal reports and dorsal and ventral striatum and medial orbital gyrus volumes in early adolescence. Neuroimage. 220:117083 (2020)
  • Itahashi T, Okada N, Ando S, Yamasaki S, Koshiyama D, Morita K, Yahata N, Koike S, Nishida A, Kasai K, Hashimoto RI. Functional connectomes linking child-parent relationships with psychological problems in adolescence. Neuroimage. 219:117013 (2020)
  • Okada N, Yahata N, Koshiyama D, Morita K, Sawada K, Kanata S, Fujikawa S, Sugimoto N, Toriyama R, Masaoka M, Koike S, Araki T, Kano Y, Endo K, Yamasaki S, Ando S, Nishida A, Hiraiwa-Hasegawa M, Edden RAE, Sawa A, Kasai K, Neurometabolic underpinning of the intergenerational transmission of prosociality. Neuroimage. 218:116965 (2020)
  • Yoshihara Y, Lisi G, Yahata N, Fujino J, Matsumoto Y, Miyata J, Sugihara GI, Urayama SI, Kubota M, Yamashita M, Hashimoto R, Ichikawa N, Cahn W, van Haren NEM, Mori S, Okamoto Y, Kasai K, Kato N, Imamizu H, Kahn RS, Sawa A, Kawato M, Murai T, Morimoto J, Takahashi H. Overlapping but Asymmetrical Relationships Between Schizophrenia and Autism Revealed by Brain Connectivity. Schizophr Bull. 46(5):1210-1218 (2020)
  • Okada N, Yahata N, Koshiyama D, Morita K, Sawada K, Kanata S, Fujikawa S, Sugimoto N, Toriyama R, Masaoka M, Koike S, Araki T, Kano Y, Endo K, Yamasaki S, Ando S, Nishida A, Hiraiwa-Hasegawa M, Kasai K. Smaller Anterior Subgenual Cingulate Volume Mediates the Effect of Girls’ Early Sexual Maturation on Negative Psychobehavioral Outcome. Neuroimage. 209:116478 (2020)
  • Ichikawa N, Lisi G, Yahata N, Okada G, Takamura M, Hashimoto R, Yamada T, Yamada M, Suhara T, Moriguchi Sho, Mimura M, Yoshihara Y, Takahashi H, Kasai K, Kato N, Yamawaki S, Seymour Ben, Kawato M, Morimoto J, Okamoto Y. Primary functional brain connections associated with melancholic major depressive disorder and modulation by antidepressants. Scientific Reports. 10(1):3542 (2020)
  • Grandjean J, Canella C, Anckaerts C, Ayrancı G, Bougacha S, Bienert T, Buehlmann D, Coletta L, Gallino D, Gass N, Garin CM, Nadkarni NA, Hübner NS, Karatas M, Komaki Y, Kreitz S, Mandino F, Mechling AE, Sato C, Sauer K, Shah D, Strobelt S, Takata N, Wank I, Wu T, Yahata N, Yeow LY, Yee Y, Aoki I, Chakravarty MM, Chang WT, Dhenain M, von Elverfeldt D, Harsan LA, Hess A, Jiang T, Keliris GA, Lerch JP, Meyer-Lindenberg A, Okano H, Rudin M Sartorius A, Van der Linden A, Verhoye M, Weber-Fahr W, Wenderoth N, Zerbi V, Gozzi A. Common Functional Networks in the Mouse Brain Revealed by Multi-Centre Resting-State fMRI Analysis. Neuroimage. 205:116278 (2020)
  • Okada N, Ando S, Sanada M, Hirata-Mogi S, Iijima Y, Sugiyama H, Shirakawa T, Yamagishi M, Kanehara A, Morita M, Yagi T, Hayashi N, Koshiyama D, Morita K, Sawada K, Ikegame T, Sugimoto N, Toriyama R, Masaoka M, Fujikawa S, Kanata S, Tada M, Kirihara K, Yahata N, Araki T, Jinde S, Kano Y, Koike S, Endo K, Yamasaki S, Nishida A, Hiraiwa-Hasegawa M, Bundo M, Iwamoto K, Tanaka SC, Kasai K. Population-neuroscience study of the Tokyo TEEN Cohort (pn-TTC): Cohort longitudinal study to explore the neurobiological substrates of adolescent psychological and behavioral development. Psychiatry Clin Neurosci. 73(5):231-242 (2019)
  • Yamashita A, Yahata N, Itahashi T, Lisi G, Yamada T, Ichikawa N, Takamura M, Yoshihara Y, Kunimatsu A, Okada N, Yamagata H, Matsuo K, Hashimoto R, Okada G, Sakai Y, Morimoto J, Narumoto J, Shimada Y, Kasai K, Kato N, Takahashi H, Okamoto Y, Tanaka SC, Kawato M, Yamashita O, Imamizu H. Harmonization of resting-state functional MRI data across multiple imaging sites via the separation of site differences into sampling bias and measurement bias. PLoS Biol. 17(4):e3000042 (2019)
  • Iwashiro N, Takano Y, Natsubori T, Aoki Y, Yahata N, Gonoi W, Kunimatsu A, Abe O, Kasai K, Yamasue H. Aberrant attentive and inattentive brain activity to auditory negative words and its relation to persecutory delusion in patients with schizophrenia. Neuropsychiatr Dis Treat. 15:491-502 (2019)
  • Okada N, Yahata N, Koshiyama D, Morita K, Sawada K, Kanata S, Fujikawa S, Sugimoto N, Toriyama R, Masaoka M, Koike S, Araki T, Kano Y, Endo K, Yamasaki S, Ando S, Nishida A, Hiraiwa-Hasegawa M, Edden RAE, Barker PB, Sawa A, Kasai K. Neurometabolic and functional connectivity basis of prosocial behavior in early adolescence. Sci Rep. 9(1):732 (2019)

和文（総説）

  • 小出(間島) 真子, 西本 伸志, 間島 慶. 心の中に思い浮かべたイメージを脳信号から可視化する. BRAIN and NERVE, 76(11), 1256-1261 (2024)
  • 八幡 憲明. 量子コンピューティング技術の生命科学研究への応用可能性：現状と将来展望. 日本生物学的精神医学会誌, 35(3), 120-124 (2024)
  • 八幡 憲明, 間島 慶. 量子コンピューティング技術の医学応用の可能性. 医学のあゆみ, 290(4), 280-284, (2024)
  • 田中 宗, 後藤 隼人, 間島 慶, 林 浩平, 御手洗 光祐. 今すぐ使える量子計算！？. 日本神経回路学会誌, 29(4), 163-163 (2022)
  • 間島 慶, 小出(間島) 真子. 量子インスパイアドアルゴリズムによる機械学習の高速化. 日本神経回路学会誌, 29(4), 186-192 (2022)
  • 藤巻 秀, 五十嵐 龍治, 高草木 洋一, 安達 基泰, 横谷 明徳, 玉田 太郎, 河野 秀俊, 鹿園 直哉, 今岡 達彦, 赤松 憲, 小西 輝昭, 山田 真希子, 八幡 憲明. 最先端の研究開発 量子科学技術研究開発機構 第 4 回「量子生命科学」の発進. 日本原子力学会誌アトモス, 61(6), 43-47 (2019)
  • 八幡 憲明. 機械学習による精神疾患判別. BIO Clinica. 34(3), 33-37 (2019)
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