エフード・シャピロ

エフード・シャピロ
生まれる	1955 （1955年） エルサレム、イスラエル
母校	イェール
科学者としてのキャリア
機関	ワイツマン科学研究所
論文	アルゴリズムによるプログラムのデバッグ (1982)
博士課程の指導教員	ダナ・アングライン[1]
博士課程の学生	アヴィヴ・レゲフ

エフード・シャピロ（ヘブライ語：אהוד שפירא ; 1955年生まれ）は、イスラエルの科学者、起業家、芸術家、政治活動家であり、ワイツマン科学研究所のコンピュータサイエンスと生物学の教授です。^[2]国際的な評価を得て、彼は多くの科学分野に貢献し、^[3]基本的な質問を投げかけ、その答えへの第一歩を提示することで、それぞれに長期的な研究課題を設定しました。その中には、カール・ポパーの推測と反論の方法論にアルゴリズム的解釈を与えることで、科学的発見のプロセスをコンピュータ化する方法が含まれます。^{[4] [5] [6]障害箇所特定アルゴリズムによって、プログラムの}デバッグを自動化する方法。^{[7] [8]}並列、分散、およびシステムプログラミングを高水準のロジックベースのプログラミング言語と統合する方法。^{[9] [10]}メタバースをソーシャルネットワーキングの基盤として使用する方法。^[11]スマートなプログラム可能な薬として機能する分子コンピュータを考案する方法。^{[12] [13] [14]}単一細胞ゲノミクスを介してヒトの細胞系統樹を明らかにする方法。^{[15] [16] [17]}デジタル領域の草の根の代替アーキテクチャを考案することにより、デジタル民主主義をサポートする方法。^{[18] [19] [20] [21] [22]}

シャピロは初期のインターネット起業家でもあり、^{[11]世界的な}デジタル民主主義の提唱者でもありました。^{[18] [22]}

シャピロはバ・ロック・バンド^[23]の創設者であり、イスラエルの政党「デモクラティット」^{[24]の創設者でもある。彼は2つのERC（}欧州研究会議）先端研究助成金の受賞者でもある。^{[25] [26]}

1955年にエルサレムで生まれたシャピロは、テルアビブ大学哲学科のモシェ・クロイが指導する高校時代のプロジェクトを通じて、カール・ポパーの科学哲学を知るようになった。 ^[要出典] 1979年、シャピロはテルアビブ大学で数学と哲学の学士課程を修了した。^[要出典]イェール大学でダナ・アングルインと共同でコンピュータサイエンスの博士号を取得したシャピロの研究では、科学的発見に対するポパーの哲学的アプローチにアルゴリズム的解釈を提供することを試み、その結果、事実から論理理論を推論するためのコンピュータシステム^[5]と、プログラミング言語Prologを使用して開発されたプログラムデバッグの方法論^[7]が生まれた。彼の論文「アルゴリズムによるプログラムデバッグ」^[7]は、 1982年にMIT PressからACM優秀論文として出版され、続いて1986年にレオン・スターリングと共著した教科書「The Art of Prolog」が出版された。^[27]

1982年にワイツマン科学研究所のコンピュータサイエンスと応用数学部門に博士研究員として移ったシャピロは、日本の第五世代コンピュータシステムプロジェクトに触発され、並列分散コンピュータシステム用の高水準プログラミング言語であるConcurrent Prologを発明した。^[9] Concurrent Prologと関連研究に関する2巻本が1987年にMIT Pressから出版された。^[9]

1993年、シャピロはワイツマンでの終身在職権を休職し、イスラエルの初期のインターネットソフトウェアスタートアップであるUbique Ltd.を設立し、CEOを務めた。Concurrent Prologをベースに、Ubiqueはインスタントメッセージ、チャットルーム、共同ブラウジング、オンラインイベントやゲーム、VoIPを含む2Dメタバースおよびソーシャルネットワーキングソフトウェア「Virtual Places」を開発した。Ubiqueは1995年にAmerica Onlineに売却され、1997年の経営陣による買収を経て、1998年に再びIBMに売却された。^[28]

シャピロは、「細胞の中の医者」というビジョンに導かれ、生体分子からコンピューターを構築しようと試みた。生体内で動作し、医学的知識でプログラムされ、病気を診断し、必要な薬を生成する生体分子コンピューターである。生物学の初心者であったシャピロは、3Dステレオリソグラフィーを使用して構築されたレゴのような機械装置として分子コンピューターの最初の設計を実現し、 1998年にワイツマンに戻ったときに特許を取得しました。1999年から2016年の間、シャピロの研究室はさまざまな分子コンピューティングデバイスを設計および実装していました。^{[12] [13] [29] [30] [31] [32] [33]}

2011年、シャピロはエラーが発生しやすい構成要素からエラーのないDNA分子を合成する効果的な方法を設計し、^[34] CADMADコンソーシアム（DNAライブラリのコンピュータ支援設計および製造）を設立しました。 ^[35]

2005年、シャピロは人類生物学における次なる大きな挑戦のビジョンを提示した。それは、ヒト細胞系統 樹の^{解明である。 [15]細胞系統樹は、ヒトの体が単一の細胞（}受精卵）から100兆個の細胞に成長する歴史をとらえている。TEDxTel-Avivでの講演「ヒト細胞系統樹の解明 - 次なる大きな科学的挑戦」 ^[36]で、シャピロはシステムとこれまでに得られた結果、そして健康と病気におけるヒト細胞系統樹を解明するためのFETフラッグシッププロジェクト「ヒト細胞系統フラッグシップイニシアチブ」^[37]の提案について説明した。シャピロの元博士課程の学生であるアビブ・レゲフが始めた国際的なヒト細胞アトラスプロジェクトは、人体のすべての細胞タイプを記述するという先駆的な問題に取り組むことを目指している。

ポパーは、すべての科学理論は本質的に推測であり、本質的に誤りがあり、古い理論に対する反論が科学的発見の最も重要なプロセスであると示唆した。^{[38]シャピロはアングリンと博士号を取得して、}科学的発見に対するポパーのアプローチ 、特に「推測と反論」法、つまり大胆な推測を立て、それを反論する実験を行う方法を自動化するためのアルゴリズム的解釈を提供しようとした。シャピロはこれを「矛盾バックトレースアルゴリズム」、つまり矛盾をバックトレースするアルゴリズムに一般化した。^[5]このアルゴリズムは、推測された理論と事実の間に矛盾が発生するたびに適用できる。モデル内で有限数の基底原子の真偽をテストすることにより、アルゴリズムはこの矛盾の原因、つまり誤った仮説を遡ることができ、それに反例を提供することでその誤りを実証することができる。

シャピロは帰納的論理プログラミングの理論的基礎を築き、その最初の実装 (モデル推論システム) を構築しました。これは、正例と負例から論理プログラムを帰納的に推論するPrologプログラムです。帰納的論理プログラミングは、今日では、例、背景知識、仮説の統一的な表現として論理プログラミングを使用する人工知能と機械学習のサブフィールドとして開花しました。この分野での最近の研究では、論理プログラミング、学習、確率が組み合わされ、統計的関係学習という新しい分野が生まれました。

^{アルゴリズムデバッグは、1982年にACM優秀論文に選ばれたシャピロ博士の博士論文[39]}で紹介されているように、イェール大学での博士研究中にシャピロによって初めて開発されました。シャピロは、論理プログラムのデバッグのために、アルゴリズムデバッグの手法をProlog ^[40]（汎用論理プログラミング言語）に実装しました。

論理プログラムの場合、プログラムの意図された動作はモデル（単純な真のステートメントの集合）であり、バグはプログラムの不完全性（真のステートメントを証明できない）または不正確さ（偽のステートメントを証明できる）として現れる。アルゴリズムはプログラム内の偽のステートメントを識別し、それに対する反例または欠落した真のステートメントまたはその一般化をプログラムに追加する必要があることを示す。非終了を処理する方法も開発された。それ以来、アルゴリズムデバッグのアプローチは拡張され、多くのプログラミング言語に適用されてきた。^{[41] [42]}

第 5 世代コンピュータ システム プロジェクト (FGCS) は、1982 年に日本の通商産業省が開始した、超並列コンピューティング/処理を使用するコンピュータを作成するための取り組みでした。これは、1980 年代の日本の政府と業界の大規模な研究プロジェクトの成果でした。スーパーコンピュータのようなパフォーマンスを持つ「画期的なコンピュータ」を作成し、人工知能の将来の開発のためのプラットフォームを提供することを目的としていました。

1982年、ICOT訪問中に^[43]シャピロは、論理プログラミングと並行プログラミングを統合した新しい並行プログラミング言語であるConcurrent Prologを発明しました。Concurrent Prologは、並行プログラミングと並列実行のために設計された論理プログラミング言語です。これはプロセス指向言語であり、データフロー同期とガード付きコマンドの不確定性を基本的な制御メカニズムとして組み込んでいます。

^{ShapiroはICOT技術レポート003 [44]}という報告書でこの言語について説明し、Prologで書かれた並行Prologインタプリタを紹介した。Shapiroの並行Prologに関する研究は、FGCSの方向性を、Prologの並列実装に重点を置くことから、プロジェクトのソフトウェア基盤として並行論理プログラミングに重点を置くことへと変更するきっかけとなった。また、これは上田による並行論理プログラミング言語Guarded Horn Clauses (GHC) ^[45]にも影響を与え、これがKL1の基礎となり、最終的にFGCSプロジェクトによってその中核プログラミング言語として設計・実装された。

1993年、シャピロはワイツマン研究所を休職し、イスラエルのインターネットソフトウェアの新興企業であるUbique Ltd.を設立し、CEOに就任した。Ubiqueは、インスタントメッセージング、チャットルーム、共同ブラウジング、オンラインイベントやゲーム、VoIPを含む初期の2Dメタバースおよびソーシャルネットワーキングソフトウェアを開発した。同社の最初の製品であるVirtual Places 1.0は、Unixベースのワークステーション上で開発され、Netscape Communicationsがブラウザとサーバー製品を発表したのと同じ日に発表された。Virtual Places 2.0はWindows 95とPCをベースとしていた。Ubiqueは1995年に1,450万ドルでAmerica Onlineに売却され、^[46] 1997年に経営陣によって買い戻され^[要出典]、1998年に再びIBMに売却され、Ubiqueの技術はIBMのSameTimeインスタントメッセージング製品の基盤となった。

2002 年に Nature 誌に発表された論文「細胞抽象化: 計算としての細胞」^[47]で、シャピロは博士課程の学生アビブ レジェフとともに、なぜ生体分子システムの研究で同様の計算の飛躍が起こらないのかという疑問を提起しました。配列研究と構造研究はどちらも、それぞれ「DNA を文字列として」および「タンパク質を 3 次元ラベル付きグラフとして」という優れた抽象化を採用しています。彼らは、コンピュータ サイエンスが生体分子システムに切望されている抽象化を提供できると考えました。レジェフとシャピロは、高度なコンピュータ サイエンスの概念を使用して、「分子を計算として」という抽象化を調査しました。この抽象化では、相互作用する分子エンティティのシステムが、相互作用する計算エンティティのシステムによって記述およびモデル化されます。彼は、調節、代謝、シグナル伝達経路、および免疫応答などの多細胞プロセスを含む生体分子システムを表現するために、相互作用する計算システムの仕様と研究のための抽象コンピュータ言語を開発しました。^{[48] [49]}

この研究 (当初はプロセス計算であるπ計算が使用されていた)は、後に英国ケンブリッジの IBM ( Luca Cardelli ) に引き継がれ、SPiM (Stochastic Pi Calculus Machine) が開発されました。この 10 年間で、この分野は多種多様なアプリケーションで繁栄しました。最近では、この分野は 分子コンピューティングと分子プログラミングという 2 つの異なる分野の統合にまで発展しました。^[50]この 2 つを組み合わせることで、さまざまな数学形式(化学反応ネットワークなど) が「プログラミング言語」として機能し、さまざまな分子アーキテクチャ (DNA 分子アーキテクチャなど) が、使用されている形式によって数学的に表現できるあらゆる動作を原理的に実装できることがわかります。^[51]

コンピュータサイエンスと分子生物学を組み合わせることで、研究者は将来的に人体の内部をナビゲートし、病気を診断し、治療を施す可能性のあるプログラム可能な生物学的コンピュータに取り組むことができるようになった。シャピロはこれを「細胞内の医師」と呼んだ。彼のグループは、完全に生物学的分子でできた分子規模のコンピュータを設計し、有限オートマトンと呼ばれるプログラム可能なコンピュータの数学的モデルを実現した。 ^[49]これは、 DNA入力分子を燃料として使用した。 [49]この分子コンピュータは、2003年に最小の分子コンピューティングデバイスとしてギネス世界記録にも認定された。^[52]その後、分子コンピュータは入力および出力メカニズムで拡張され、試験管内で、特定の癌の存在を示す体内の分子変化を識別し、その場合に応じて薬物分子を放出するようにプログラムできるようになった。その後、コンピュータは特定の種類の癌を診断し、癌細胞の活動を妨害して自滅させる薬物分子を生成することで反応することができた。^{[49]この研究により、2004年の「サイエンティフィック・アメリカン50」 [53]}にナノテクノロジー研究リーダーとして選出された。

2009年、シャピロと博士課程の学生トム・ランは、 DNA鎖の操作に基づいて、単純な論理的推論を実行できる自律プログラム可能な分子システムのプロトタイプを発表しました。^[54]このプロトタイプは、分子レベルで実装された最初の単純なプログラミング言語です。体内に導入された場合、このシステムは、同時に何百万もの計算を実行し、論理的に「考える」ことができるため、特定の細胞タイプを正確にターゲットにして適切な治療を施す大きな可能性を秘めています。

シャピロ氏のチームは、2000年以上前にアリストテレスが初めて提唱した論理モデルに従って、これらのコンピューターに非常に複雑な動作を実行させ、複雑な質問に答えさせることを目指しました。チームはまた、高水準のコンピュータープログラミング言語とDNAコンピューティングコード の間を橋渡しするプログラムであるコンパイラーを作成することで、これらの極小のコンピューティングデバイスを「ユーザーフレンドリー」にする方法も見つけました。彼らは、電子コンピューターと同様の方法で分子論理プログラムの作成と実行をサポートするハイブリッドなin silico / in vitroシステムの開発を目指しました。これにより、分子生物学の知識がまったくなくても、電子コンピューターの操作方法を知っている人なら誰でも、生体分子コンピューターを操作できるようになります。

2012年、シャピロ、トム・ランと学生たちは、細菌細胞内で独立して動作する遺伝子装置の作成に成功した。^[55]この装置は、特定のパラメータを識別し、適切な反応を起こすようにプログラムされている。この装置は、細胞内の遺伝子発現を制御するタンパク質 で ある転写因子を検索する。これらの分子の機能不全は、遺伝子発現を妨げる可能性がある。その後の研究で、ベネンソンと彼のチームは、マウスの特定の種類の癌を治療する分子コンピューターを作成し、^[56]この方法に基づいて抗癌剤を製造することを目標としている。^[57]

シャピロは、エラーが発生しやすい構成要素からエラーのないDNA分子を合成する効果的な方法を設計しました。^[58] DNAプログラミングは、コンピュータプログラミングのDNA版です。基本的なコンピュータプログラミングサイクルは、既存のプログラムを変更し、変更したプログラムをテストし、目的の動作が得られるまで繰り返します。同様に、DNAプログラミングサイクルは、DNA分子を変更し、その結果の動作をテストし、目標（動作を理解するか、改善するか）が達成されるまで繰り返します。^[59]

シャピロはCADMADコンソーシアムを設立し、電子テキストエディタの導入によってテキスト編集が経験した革命と同様の革命をDNA処理にもたらすことを目指しました。この目標は最終的に他の人々によってCRISPR遺伝子編集という別の技術で達成されました。^[35]

2005 年、シャピロと学生たちは、ヒト生物学における次の大きな課題のビジョンを発表しました。それは、ヒトの細胞系統 樹を明らかにすることです。各人の体内には細胞系統樹が存在します。

ヒト細胞系譜を明らかにするという課題は、性質的にも範囲的にも、ヒトゲノム計画が当初直面した課題を彷彿とさせ、実際、その結果はゲノム配列の機能的翻訳と最終的な理解に決定的な貢献をするだろう。ヒト細胞系譜プロジェクトの成功には、ヒトゲノム計画で起きたのと同程度の技術的飛躍が必要であり、そのような成功の生物学的、生物医学的影響は、ヒトゲノム計画と同等かそれ以上の規模となる可能性がある。TEDxTel-Avivでの講演「ヒト細胞系譜の解明 - 次の壮大な科学的挑戦」^{[36]で、シャピロ氏はシステムとこれまでに得られた結果、および健康と病気におけるヒト細胞系譜を明らかにするFETフラッグシッププロジェクト「ヒト細胞系譜フラッグシップイニシアチブ」 [37]}の提案について説明した。シャピロ氏の元博士課程の教授が2016年に立ち上げたヒト細胞アトラスプロジェクトの目標は、ヒト細胞系譜を明らかにすることである。学生のアビブ・レゲフ氏と同僚の研究の目的は、人体の細胞の種類を特定することです。これは、人間の細胞系統樹を特定するために必要な前提条件です。

インターネットは人間の営みのほぼすべての領域に革命をもたらしたが、民主主義には影響を与えていない。この特異点に困惑したシャピロは、インターネットによる民主主義の革命がいかにして起こるのかを探り始めた。近代民主主義の基盤文書である1789年のフランスの人権宣言を参考に、シャピロはそこから、平等を第一とする あらゆるデジタル民主主義が守るべき価値観を抽出した。 ^[18]

その後、シャピロとワイツマンのチームは、デジタル民主主義における平等の多くの側面に取り組みました。シビル耐性社会選択[ref]による投票の平等は、シビル（偽の重複したアイデンティティ）^[60]がデジタルコミュニティに侵入しても民主的な投票を維持することを目的としています。提案の平等^[61] 、審議と連合形成の平等^{[62] 、 [63]} 、憲法形成の平等^[64]、コミュニティの分岐の平等^{[65]です。}

デジタルコミュニティのガバナンスにおける平等は、コミュニティが運営されるプラットフォームにも適用される場合にのみ意味があります。デジタル領域は現在、 独裁的なサーバー/クラウドベース (例: Facebook ) と富裕層のプルーフオブワーク/ステークベース (例: Bitcoin / Ethereum ) の 2 種類のプラットフォームに支配されており、民主的な代替手段が欠けています。この問題を解決するために、シャピロはデジタル領域に「草の根デジタル民主主義」と呼ばれる 3 つ目の代替アーキテクチャを提示しています。^[20]非公式には、分散システムが草の根的であるのは、地理的にも時間的にも自律的で独立して展開され、相互接続されると相互運用できるインスタンスを持つことができる場合です。例としては、1 つのコミュニティのメンバーが別のコミュニティのメンバーにもなると統合される、複数の独立して芽生えたコミュニティをサポートする、サーバーレスのスマートフォンベースのソーシャルネットワークが挙げられます。^[66]

草の根アプリケーションにより、人々は、第三者による制御、監視、操作、強制、または価値の抽出（Facebook や Bitcoin などのグローバル デジタル プラットフォームによるものなど）を受けることなく、自らが所有および操作するネットワーク コンピューティング デバイス（スマートフォンなど）のみを使用して、デジタル領域で社会的、経済的、市民的、政治的な生活を送ることができるようになります。

シャピロは2012年にパブリック・ナレッジ・ワークショップ内で「オープン・パーティー」（後に「オープン・コミュニティ」）プロジェクトを開始し、主導した。このプロジェクトは、インターネットを介した直接民主主義を標榜する電子政党の運営の基盤を提供することを目的としていた[出典参照]。彼は2016年のWEF講演とフィナンシャル・タイムズのオピニオン記事で、電子民主主義の概念をさらに拡張した。2020年に彼は政党「デモクラティット - 自由、平等、友愛」を設立した。^[24]

• エフード・シャピロによる草の根デジタル民主主義に関する講演
• エフード・シャピロによる草の根暗号通貨に関する講演