脳オルガノイドに「棒立てゲーム」を学習させることに成功

アメリカ合衆国のカリフォルニア大学サンタクルーズ校（UC Santa Cruz）で行われた研究によって、シャーレの中で育てたマウスの人工培養脳（脳オルガノイド）が、学習によってコンピュータ上の「棒立てゲーム」の成績を上達させられることが示されました。

研究では、脳オルガノイドの学習成績を見ながらAIコーチが「愛の鞭（電気刺激）」を振るっており、その結果、AIコーチにしごかれた脳オルガノイドは棒を長く立て続けられる割合が飛躍的に増加したのです。

さらに研究者たちは神経同士のつなぎの一部を止める薬を加えると、この“上達”がほぼ消え、薬を洗い流すとふたたび戻ることも確かめています。

これは、脳オルガノイドの中で起きている変化が、神経接続に伴う学習プロセスであることを示唆します。

もしこの成果を応用できれば、ある学習がどんな神経の接続を作るのかや、神経疾患で学習能力がどのように壊れるのかを、試験管の中でテストできるようになるかもしれません。

私たちは、目も耳も体もない、小さなミニ脳がゲームの「プレイヤー」になっていく現実を、どう受け止めるべきなのでしょうか。

研究内容の詳細は、2026年2月19日に『Cell Reports』にて公開されました。

目次

• なぜ人工培養脳に棒立てゲームをさせたのか？
• 目も耳もない人工培養脳が失敗から学んでいく様子
• 学習を「物理プロセス」として扱える意味

なぜ人工培養脳に棒立てゲームをさせたのか？

手のひらの上で定規をまっすぐ立ててみると、意外と難しいことに気づきます。

少し傾いたと思ったら、あわてて手を動かして立て直す。

そのくり返しで、だんだんコツをつかんでいきます。

実はこの棒立て問題（倒立振子：とうりつしんし）は、工学ではれっきとした研究テーマで、ロボットやAIの性能チェックとしてよく使われます。

そんな制御問題を、人間ではなく「人工培養された脳」に解かせてみるとどうなるでしょうか。

脳は、同じ大きさのコンピュータに比べて圧倒的に少ない電力で動き、たった1個のニューロン（神経細胞）を真似るだけでも、深層学習の層がいくつも必要になると指摘されています。

そこで近年注目されているのが、幹細胞から育てた人工培養脳「脳オルガノイド」です。

この脳オルガノイドは上手く育てると、ゴマ粒より少し大きい程度の塊の中に、興奮するタイプとブレーキ役のニューロンに加え、それらを支える星形の細胞（グリア）などが層状に並び、初期の大脳皮質のような回路網をつくります。

しかしこれまでの「脳オルガノイドに仕事をさせる」実験の多くは、画像のパターン認識や単純な反応の測定にとどまり、「ある目標に向かって上達していく様子」を調べるにはあまり向いていませんでした。

もし脳オルガノイドが、何度も失敗しながら棒を倒れにくくしていけるなら、それは「目と耳と体と報酬ホルモンをすべて取り去っても、脳組織そのものにかなり強い学習能力が元から備わっている」という、少しゾクッとする結論につながります。

本当にそんなことがあり得るのでしょうか。

目も耳もない人工培養脳が失敗から学んでいく様子

目も耳もない人工培養された脳オルガノイドに本当に「目標に向かって学ぶ力」はあるか？

この問いに答えるために、研究者たちはまず、マウス胚性幹細胞から作った脳オルガノイドを一定のサイズに育ててから、高密度マイクロ電極アレイ（たくさんの微小電極が並んだチップ）の上に固定します。

チップは最大約2万6千個（2万6400個）の電極を持ち、その一部を選んで、オルガノイド表面のニューロンの発火を読み取ったり、短い電気パルスを送り込んだりできます。

次に研究者たちは脳オルガノイドの神経の接続マップを作成し、マップにもとづき「ゲーム画面の情報を脳オルガノイドに送る電極」と「脳オルガノイドからの情報を読み取る電極」を設定しました。

準備ができたら、いよいよ学習フェーズです。

棒の角度を電極を通じて脳に送り、脳からの情報を受けて台車を左右に動かします。

失敗条件は、棒が16度以上傾いて倒れた場合です。

研究者たちは15分ごとに成績をまとめ、学習の有無を評価しました。

鍵となるのは、試行が終わったあとにだけ入る「電気刺激」です。

成績が伸び悩んでいるときだけ、AIコーチが高頻度の電気パルス列が流れます。

あえてコミカルに言えば、上達が停滞している脳オルガノイドにお仕置きの電気刺激を流す感じです。

すると電気刺激によって連続したトレーニングを受けた脳オルガノイドでは、棒立てゲームで「よくできました」と判定される割合が46.4%と半分近くにまで増えました。

一方電気刺激のトレーニングを受けなかった脳オルガノイドの「よくできました」割合はわずか2.3%となりました。

この結果は、AIコーチの「愛の鞭（電気）」が生体の脳オルガノイドをかなり効果的に学習させられることを示しています。

ただし、この「上達」は永遠には続きませんでした。

45分間休ませてから再開すると、多くの場合パフォーマンスは元に近いレベルまで下がっていました。

三歩で忘れるとまではいきませんが、かなり忘れっぽいわけです。

つまり、脳オルガノイドの棒立てゲームのスキルは短期学習であり、長期記憶にはなかなか定着しなかったのです。

さらに決定的だったのが、グルタミン酸受容体をブロックする薬を使った実験です。

神経細胞の接続部分で興奮を伝えるグルタミン酸受容体の働きをふさぐ薬を使用すると、棒立てゲームのスキルが大きく低下し、さっきまで見えていた学習の効果はほとんど消えてしまいました。

しかしそのあと薬を洗い流して、神経の接続を元どおり働く状態に戻してやると、成績ももとのレベル近くまで回復しました。

脳オルガノイドに記憶処理をして遊んでいるようにもみえますが、ここには重要な意味があります。

神経の接続のありなしで成績が変わるということはゲームが上手になっていく現象が、脳オルガノイドのシナプス（神経同士のつなぎ目）の働きが変化する本物の学習と同じ仕組みによると考えられるからです。

学習を「物理プロセス」として扱える意味

今回の研究により、「マウス由来の脳オルガノイドは、適切な電気的コーチングを受けることで、棒立てゲームのような目標指向タスクの成績を短時間のうちに改善できる」ことが示されました。

特に興味深いのは「脳オルガノイド」が、こちらのルールを知らないまま、電気パルスだけでゲームのコツを少しずつ身につけていくように見えるところです。

目も耳も体もない、皿の上の小さな塊に、仮想世界の棒の角度を数字にした刺激として送り込み、その反応をもとにAIがコーチングを行うと本物の神経ネットワークに由来する学習らしい変化を引き出せるのは驚きです。

研究者の一人ロビンス氏は、「私たちは、ニューロンが問題解決に向けてどう“調律”されるのか、その基本を理解したいのです」と語っています。

またテオドレスク教授は「このシステムの強みは、記録と刺激と適応が一体になっていて、学習を“物理プロセスとして”扱えることだ」と強調します。

つまりこの研究は特定の種類の学習が神経の繋がりとどのように関係するかを、調べるための基礎となりえるわけです。

もちろん、この研究にははっきりした限界もあります。

オルガノイドはマウス由来で、構造も単純です。

棒立てゲームも、現実世界の複雑な行動に比べれば、はるかに小さな一歩にすぎません。

学習の効果も45分程度でほぼリセットされてしまい、長期記憶や抽象的な思考を再現しているとは言えません。

それでも、この研究には大きな価値があります。

脳オルガノイドと電極チップ、そしてAIコーチを組み合わせることで、「学ぶ脳」を回路図とゲームスコアの両側から同時にのぞき込めるからです。

将来、この仕組みを使えば、神経リハビリ（脳の回復を助ける訓練）の場面で「どんな刺激をいつ与えると配線が戻りやすいか」といった問いを、より具体的に検証できるかもしれません。

もしかしたら未来の世界では、「ある練習をする前としたあとで、どの結びつきが強くなっているか」を調べることで、特定のスキルと神経回路の変化を結びつけて学習の進捗を神経レベルで評価できるようになるかもしれません。

元論文

Goal-directed learning in cortical organoids
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.116984

ライター

川勝康弘: ナゾロジー副編集長。 大学で研究生活を送ること10年と少し。 小説家としての活動履歴あり。 専門は生物学ですが、量子力学・社会学・医学・薬学なども担当します。 日々の記事作成は可能な限り、一次資料たる論文を元にするよう心がけています。 夢は最新科学をまとめて小学生用に本にすること。

編集者

ナゾロジー 編集部