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産業・経済社会の発展促進のための研究開発の重点化に関する調査 1)21世紀を目指した産業・経済社会の発展促進のための新たな研究領域の創出について[第166号]

第166号
平成9年8月28日

1.調査目的

 わが国が、科学技術の一層の発展、社会経済の基礎作りを図っていくためには、先端的基盤科学技術、未踏科学技術等21世紀社会を支える新産業創出のための核となる新たな科学技術領域を探索・創出していく必要がある。
 このため、本調査は国内の研究の現状を把握し、科学技術の重点分野の検討、強化・改善点の明確化を行い、もって今後の科学技術政策立案のための基礎資料を得ることを目的として、科学技術振興調整費により平成8年度から9年度にかけて実施しているものである。今回は平成8年度の調査結果の概要について報告するものである。

2.調査方法

 調査研究に当たっては、複数の専門領域について比較的広い知見を有する第一線国内研究者より構成される「産業・経済社会の発展促進のための研究開発の重点化に関する調査委員会」(委員長 岡部洋一東京大学教授)を設置し、計6回の会合を開催した。その中で個別領域における研究現場での問題点、ブレイクスルーすべき点など今日的話題を構成委員及び外部講師から報告を頂き、討議を行った。その討議結果に基づき、我が国が21世紀に向けて今後重点化すべき基盤的、萌芽的研究候補領域の洗い出しを行い、補足的な文献調査、ヒアリング調査等により重要研究領域の探索を行った。

3.調査結果

3.1 山積する地球的諸問題の認識

 21世紀の科学技術体系を再構築するためには、現在において山積する諸問題を正しく認識しておくことが必要である。ここでは、今や地球的課題となっているこれらの諸問題について、人間存在に係る諸問題、国際政治・経済・社会の諸問題、近代科学技術の制御限界を超える諸問題といった面から整理した。

(1)人間存在に係る諸問題

 人間存在に係る諸問題には、人口増加に伴う、高齢化社会の問題、食糧問題、資源・エネルギー問題、さらには地球上における人間活動によって引き起こされ昨今世界的な懸案事項になっている地球温暖化、オゾン層の破壊、酸性雨、砂漠化問題等の地球環境問題があげられる。特に地球環境問題については、地域に関係なく全ての人間(人間ばかりか地球上の全ての生物)の存在に影響を与え得る問題であり、早急な解決策が求められる問題である。

(2)国際政治・経済・社会にかかる諸問題

 上述のような地球的諸問題は、国際的な政治の場で解決を図っていく必要があるが、東西冷戦後の脱イデオロギー化による二極構造の崩壊に伴う地域的な国際紛争、民族対立、宗教対立等の激化、また、資源や技術を保有する国と貧しい国との貧富の差の拡大等が、この種の国際的な問題解決をますます困難なものにしている。また、経済的な問題としては、先進諸国間あるいは先進国と途上国との間の貿易不均衡の拡大等が挙げられる。さらに社会的な諸問題としては、グローバリゼーションの流れの中で、情報や金の移動とともに人々の移動も頻繁になっており、例えば不法移民等によりホスト国において労働問題、教育問題、医療問題等様々な社会問題が起こっている。

(3)近代科学の制御限界を超える諸問題

 近代社会は、人間生活の利便性追求や人間の欲求充足のために、果てしなく人工物を創り出してきた。しかしながら、人工物の規模が大規模化し、その存在も広範囲に渡るようになると、老朽化し廃棄される人工物が環境に与える影響は、人間の制御限界を超えるようになり、様々な問題を引き起こすようになっている。この他、我々の身の周りでは、自動化、ブラックボックス化が極度に進み、最早、人間の制御限界を超えることにより、種々の事故を誘発する危険性をはらんでいるものも数多く存在している。
また、ここ数年来、毎年のように細菌、ウイルス、寄生虫と新しい病原微生物が発見され、それによる疾病が流行している。例えば、大腸菌O‐157による感染症やクリプトスポリジウムという原虫による下痢症、エボラウイルスによるエボラ出血熱などがある。
このように、科学技術の進歩や生産の拡大に伴い、有限な地球の中での無節操な人間活動が拡大しており、人間の制御を超える大規模システムの問題、新しい感染症の台頭等、近代科学技術の制御限界を超える数々の問題が起こってきている。

3.2 問題の所在‐科学技術/人文社会系諸科学の閉塞状況

 3.1 で述べたような山積する地球的諸問題に対し、我々人間は適切な対応をできなくなっている。これら問題解決のためには、次世代の社会を設計する原理や方法論を見出して行かなければならないのである。
 委員会での議論では、現代の科学技術や人文社会系諸科学が共に閉塞状況にあり、有効な手段を提示できないのが現状の姿ではないかといった仮説に達した。ここでは、その一端として、現代の科学技術の閉塞状況、人文社会系科学を代表として経済学理論の閉塞状況、また、例として高度情報化社会の進展の光と影の問題について整理してみた。

(1)現代の科学技術の閉塞状況【待たれる世紀末の科学技術の新たな展開】

 19世紀末から20世紀の初頭にかけて、プランクの量子仮説に端を発する量子力学アインシュタインの特殊相対性理論など、現代の科学技術の基礎となる理論的な発展があった。1940年代半ばのトランジスタの発明に端を発する固体物理学やエレクトロニクス技術の発展は、来るべき高度情報社会の礎となる情報通信やネットワーク技術の進展に大いなる寄与をなした。1950年代には、有名なワトソン、クリックによるDNAの二重らせんの発見、その後の遺伝子操作、細胞融合、遺伝子クローニング法等の技術の開発により、分子生物学の学問的進歩やバイオテクノロジーの飛躍的な発展があった。現在、ヒトの遺伝子配列の全容解明を目指すヒト・ゲノム計画が進行している。
 しかし、21世紀を目前にして、10数年来、特に大きな革新的な科学技術の進展が見られず、過去の発明や発見の遺産の上に技術的な発展をしている状況である。そういった意味で過去の科学技術の延長として発生している3.1で述べたような山積する地球的諸問題に対して、現代の科学技術は解決する有効な手段を新たに提供しえない閉塞的な状況にある。

(2)人文社会系諸科学の閉塞状況‐経済学を取りあげて【今や経済学のルネサンス】

 地球的諸問題の解決に対し、人文社会科学系も閉塞状況にあるといった問題も指摘されている。何故、現在の経済学が経済社会システムを分析する有効性を持たないか。それは現在の経済学理論のモデル自身に限界があるためである。すなわち対象である経済社会システムが非常に複雑で豊かであるのに対し、従来の経済学の枠組みが非常に貧弱だというところにある。
 その解決の方向は既にある程度示されており、それは、これまで経済学の分析の枠組みの外にあった新技術、消費者の好み等のファクターを積極的に経済学の枠組みの中に含める方向である。また経済学の中の人間モデルも非常に合理的で万能なロボットを想定するのではなく、限定された合理性を持ち、かつ時々は思い違いをする生身の人間として取り扱うことである。さらにはエコロジー、自然環境をも経済学の中で取り扱えるようにすることである。
 要するに、経済学と工学あるいは経済学と心理学(認知心理学、認知科学)は、本来強い結びつきがありながら基礎的な理論のところで断絶していたが、改めてこれらの結びつきを強めることが重要である。今、経済学のルネサンスと言われているものは、それらを何とかつなげていこうとする試みを指すものである。

(3)高度情報化社会の進展における光と影【高度情報化社会に向けたコミュニケーション・ルネサンス】

 (1)では現代の科学技術が閉塞状況であると述べたが、デジタル技術を基盤とした情報技術の進歩によって、パーソナルユースの小型で高性能なコンピュータが普及し、さらに、インターネットの世界的な拡大によって情報ネットワーク環境が飛躍的に拡大するなど、高度情報化は研究者間の情報交換やデータの収集など情報インフラとして科学技術の発展に大いに寄与している。このように高度情報化には光の部分がある一方、明確な羅針盤のない状況での情報化社会への進展といった側面をあわせ持っている。これから高度情報化社会に求められるものは情報の量的拡大のみでなく、情報の質的側面、すなわちコンテクストを持った形の情報をうまく扱えるような手段を見出すことにある。それによって様々な場面での社会構造の変化が起こってくることになる。しかし、そのための技術的支援が十分でないのが現状である。
 したがって、生命システムの進化過程で生命が周辺の自然環境の変化に対応すべく自らの持つ情報システムをその周辺状況のコンテクストに応じて変化させてきたように、社会における情報システムの変化を産業・経済社会に持ち込んで行くことにより、社会の活性化を図ることができるのである。そのような意味で、現在は高度情報化社会に向けたコミュニケーション・ルネサンスの時代を迎えているといえる。

3.3 諸問題の捉え直し‐巨大かつ複雑なシステムとしての認識

 委員会での議論では、山積する地球的諸問題を解決するするためには、これら現状の諸問題を「巨大かつ複雑なシステム」に起因する問題であることを改めて認識することが重要であるという結論となった。

(1)巨大かつ複雑なシステムとは

 ここで、「巨大かつ複雑なシステム」とは、単に物理的なスケールの大規模システムを指すのではなく、ミクロなシステムからマクロなシステムまで全てのスケールを含むものである。
 すなわち、「巨大」とは、論理的な規模を考えるものであり、対象とするシステムを構成する要素が多いこと、また、そこで取り扱われる情報量が多い、といった量的側面を指す。
 また、「複雑」とは、対象とするシステムの質的な側面を指すものであり、全体が部分の総和以上であるようなアナログ的あるいは非線形なシステムを指すものである。
 これまで「巨大かつ複雑なシステム」は、その問題解決の困難さ故に正面切って取り扱われてこなかった。そのことが山積する地球的諸問題の解決を見い出せない要因になっている。

(2)巨大かつ複雑なシステムの特徴

 「巨大かつ複雑なシステム」の特徴は、数々の特徴が挙げられるが、極言すれば対象システムの問題を解こうとすると、本質的に不良設定(Ill defined)問題といった壁にぶつかる。例えば、

  • システムの内外が明確に区別できない自他非分離のシステムである。
  • システムの中に人間が含まれている場合には客観系として対象化できない。
  • 少数の原理では捉えられない側面を持っている。

 等の特徴で説明できる。

(3)巨大かつ複雑なシステムの類型化

 このような特徴を有した「巨大かつ複雑なシステム」の具体的事例を4つに類型化した。

1)タイプ1 生命システム

 生命システムは、その要素の数、情報量、情報間の関係性の複雑さからいって本質的に上述の「巨大かつ複雑なシステム」である。例えば、人間の細胞の総数は80兆個といわれている。また、脳神経系は140億個の神経細胞で構成された複雑なシステムである。人間の遺伝子の数は7万とも10万とも言われている。

2)タイプ2 生命の振る舞いに学ぶシステム

 タイプ1の生物システムの振る舞いに学んで設計された研究対象としてのシステムである。例えば、脳型のコンピュータ、人の身体の動きに学んで設計された高機能な福祉機器等である。生物システムの持つ巨大かつ複雑なシステムとしての性質を受けついでいるシステムである。

3)タイプ3 人間の振る舞いの影響下にあるシステム

 現在、閉塞状況にある経済学が研究対象とする実際の人間社会を対象とするものである。人間がシステムの中にある場合、自他非分離のシステムであり客観系として対象化できないシステムとなる。現在模索されているのは、経済活動を限定された合理性を持つ生身の人間のコミュニケーションといった形でモデル分析を行っていく方向である。

4)タイプ4 物理的マクロシステム

 気候モデルに代表されるシステムである。基本的には単純で巨大なシステムであり、解くべき方程式群もはっきりしている。モデルを精緻化していきより正確な解を求めようとすると関連する学問領域が多岐にわたり、データの収集も非常に複雑多岐にわたる。また、解くべき方程式の数も項も増えてくる。
解析の手段としては、集めたデータを計算機にインプットして、力づくで解くことになる。

3.4 問題解決の方向

 このような「巨大かつ複雑なシステム」への問題へのアプローチの方法として、「解析」と「設計」と「制御」といった3つが必要であると考えられる。類型化したそれぞれのタイプにおけるトピックスを列記する。

(1)巨大かつ複雑なシステムの解析

1)生命システムの解析
  • 生物の発生、形態形成とプログラム細胞死(アポトーシス)
  • 生体の免疫機構の解明、生体のホメオスタシスの解明
  • ゲノム・シークエンス情報に基づく遺伝子機能発現の制御機構の解明
2)生物の振る舞いに学ぶシステムの解析
  • 脳型コンピュータのモデル化と解析
  • 高機能な福祉システムのモデル化と解析
3)人間の振る舞いの影響下にあるシステムの解析
  • 実社会経済システムが新たな制度を生むメカニズムの解明
  • 新しい制度のモデル化とゲーム理論等によるシミュレーション解析
4)物理的マクロシステムの解析
  • 気候モデルによる地球温暖化の解析
  • 地震予知のためのデータ収集と解析

 等

(2)巨大かつ複雑なシステムの設計

1)生物システムの設計
  • 人工臓器(人工肝臓)の作製
  • 難病等疾病の治療法開発
2)生物の振る舞いに学ぶシステムの設計
  • 脳型コンピュータの設計と開発
  • 高機能な福祉システムの設計と開発
3)人間の振る舞いの影響下にあるシステムの設計
  • 巨大なコミュニケーションを要する経済政策運営ツールの設計
  • 実経済社会の最適な制度の設計‐メカニズム・デザイン‐
  • 電子ネットワーク社会における望ましい電子商取り引き環境の設計
4)物理的マクロシステムの設計
  • 巨大な交通制御システムの設計
  • 巨大な情報通信インフラの設計
  • 複雑な系統連携を持つ電力供給システムの設計

(3)巨大かつ複雑なシステムの制御

  • 完全な理解・客体化でいない対象の制御
  • 安全性の保障による社会的パニックの回避

3.5 問題解決の手段

(1)キー・コンセプト

 「巨大かつ複雑なシステム」は自他分離できないアナログ構造を持つシステムである。その解析、設計、制御を行っていく際、「巨大かつ複雑なシステム」の持つそれらの特徴にどのように取り組んで行くかということになる。
 これについては、昨今の大きな流れでもあるが、これまで要素還元主義であった学問の統合化を進めることが重要である。また、近代科学では、自他分離ができ、記述が対象化して良設定(Well defined)問題としてモデル化できるものは解くことができるが、自他分離できない不良設定(Ill defined)問題はうまく解けない。人間の知とは、良設定(Well defined)問題ではないところに問題があり、これへの対応も必要である。なお、最近ではエレクトロニクス技術の飛躍的な発展に基づき、知識情報基盤がデジタル情報として整備されつつある(例えば、ゲノム・シークェンスの情報)。
 これらを知識基盤としてアナログ構造たる「巨大かつ複雑なシステム」にチャレンジしていくということが、問題解決の方向を示すものと考えられる。以上のことから、「巨大かつ複雑なシステム」に取り組むキーコンセプトとしては、次の3点があげられる。

  • 1)純化の科学から汎化の科学へ
  • 2)不良設定問題の解析法の確立
  • 3)デジタル情報(技術)に基づくアナログ構造の解析

(2)キー・インフラ

 現代の科学技術も経済学も閉塞状況にあり、共に21世紀の飛躍の時代へルネサンスを待つ時期にある。情報ネットワーク技術の進展による高度情報化社会への移行もいわば、産業・経済社会の活性化に向けたコミュニケーション・ルネサンスであると言える。このコミュニケーション・ルネサンスとは、来るべき高度情報化社会を健全に育てるための第2次産業革命としての「情報革命」のことである。
 第1次産業革命の「エネルギー革命」は、エネルギーを外部で生成する技術を持ったことであり、いかに効率よくエネルギーを取り出すかといった効率化の追及であったのに対して、「情報革命」とは、情報を外部で生成する技術である。この情報を作り出す技術とは、ただ単に大量の情報をつくり出すのではなく、質的な情報、新しい意味を持った情報を作り出すということにある。すなわち、効率化の技術ではなく高度化の技術である。このコミュニケーション・ルネサンスが21世紀における科学技術の新展開を実現していくことになる。そのキーインフラなるのが、次の3つである。

  • 1)情報ネットワーク環境(意味情報を扱えるもの)
  • 2)シミュレーション技術環境(意味情報を取り扱える)
  • 3)共通的知識基盤(形式知のデータベースであると同時に知恵(意味情報)の創生に寄与する知識基盤)

(3)想定される研究分野の例示

 以上のようなキー・コンセプトに基づき、「巨大かつ複雑なシステム」の問題解決に向けて想定される研究分野としては、以下のような例が考えられる。

1)医学生物科学
  • 遺伝子の配列の解明をベースとした遺伝子発現の制御と疾病の機序の解明や人工臓器の作製のために向けた工学的解明(遺伝子工学、転写制御工学、プロテイン・エンジニアリング、発生生物学、形態形成、アポトーシス、サイトカイン・ネットワーク工学等々)
2)知識創造工学
  • 情報洪水の中で知的生産力を高める社会的システムの構築(知識体系化技術、オントロジー)
  • 人間の持っている知恵の体系化
3)地球環境科学/工学
  • 気候モデルに基づく地球温暖化の解析
  • 環境影響物質の大気、土壌、水中等での振る舞いの分析
4)制度の経済学
  • 不完全な情報のみで意志決定を行う生身の人間による経済学
  • 繰り返しゲームやゼロ知識証明などの新しいゲーム理論
  • メカニズム・デザイン、計算機経済学、実験経済学
5)社会集団の分析
  • 都市における人間疎外と犯罪発生のメカニズム等の分析
6)大規模システム設計論
  • 大規模集積回路の設計、大規模情報通信システムの設計
7)都市(環境)設計論
  • 都市における快適な居住環境の設計原理の解明

 等

4.結論

 我が国の科学技術政策の重点化の方向としては、山積する人間存在に係る地球的規模の諸問題、国際的な政治・経済・社会の諸問題、近代科学の制御限界を超える諸問題等の解決に向けた対応が重要であり、このため、よりグローバルな観点から重点化が必要とされる研究開発領域の探索を行った。
 その結果、現在、解決策を求められている地球的な諸問題に対して適切な解決の方向を見いだしていくためには、これを近代科学でモデル化が可能な良設定(Well defined)問題として単純化するのでは不十分であり、対象となる問題をより素直に受け止め、これら諸問題が「巨大かつ複雑なシステム」の問題であることを認識し、正面から解明していく必要性が明らかになった。
 この「巨大かつ複雑なシステム」の解明に当たっては、このシステムの特長である自他分離が出来ない「不良設定」(Ill defined)性及び少数の原理では捉えられない非線形性、さらには、取り扱われる情報量の多さ等に対応する必要がある。このため、本調査では、研究開発の方向性として、研究領域の統合化、不良設定問題の解析法の確立、そして、デジタル情報(技術)に基づく、アナログ構造の解析の必要性を指摘した。
 今後、キーインフラとなる情報科学技術の発展により高度情報化社会へ移行していくことによって、21世紀における科学技術の新展開が期待されるが、これらの新たな技術を活用して「巨大かつ複雑なシステム」の問題解決に向けた方法論を模索していく必要がある。

問い合わせ先:
科学技術庁研究開発局総合研究課
〒100 東京都千代田区霞が関2‐2‐1
電話:03‐3581‐5271 担当:白江(内線432)

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