第2部：検出技術の限界と科学的方法論の根本問題

Contents

「不検出」から「不存在」への論理的飛躍の問題性
参考文献

「不検出」から「不存在」への論理的飛躍の問題性

qPCR法における検出限界の数学的構造——Cq値と確率論的解釈

「最新の検出技術によっても検出が不可能」という表現が食品安全評価において持つ意味を厳密に検討するためには、現在の主要検出手法であるqPCR（定量的ポリメラーゼ連鎖反応）法とELISA（酵素結合免疫吸着測定）法の技術的限界を数学的に理解する必要がある。これらの手法における「不検出」は、決して「不存在」の証明ではなく、検出系の物理化学的制約の反映に過ぎない。

qPCR法では、DNA増幅曲線において蛍光強度が統計学的に有意な閾値（threshold）に達するまでのサイクル数をCq値（Quantification cycle）として記録する。MIQE（Minimum Information for Publication of Quantitative Real-Time PCR Experiments）ガイドラインによれば、検出限界（LOD: Limit of Detection）の設定には、少なくとも8つの必須項目の検証が必要である。特に重要なのは「Cq値の変動における検出限界での検証」と「検出限界の証拠」である。

実際の検出過程を数学的に記述すると、DNA量（N₀）とCq値の関係は、理想的な条件下で以下の指数関数的関係に従う：

N₀ = （蛍光閾値）/ E^Cq

ここでEはPCR効率である。しかし、この理論式が示すように、Cq値が無限大に近づくとN₀は0に近似するが、数学的に厳密には決して0にはならない。MIQEガイドラインにおける「Cq variation at LOD」の要求は、まさにこの数学的不確実性を統計学的に管理するための手順である。

現実の検査では、通常40サイクル以降でのシグナルを「不検出」と判定するが、これは技術的な実用限界であって、哲学的な存在論的判断ではない。PCR効率が90-110%の範囲で、R²乗値が0.99以上という条件下でも、単一分子レベルでの確率的変動により、同一サンプルで異なる結果が生じる可能性が常に存在する。

ELISA法の光学密度測定における非線形性と測定誤差

ELISA法における定量分析では、アナライト濃度と光学密度（OD）の関係が検量線として表現される。一般的に、検出下限（DL）は以下の式で定義される：

DL = 3.3 × ブランク測定値の標準偏差 / 検量線の勾配

一方、定量下限（QL）は：

QL = 10 × ブランク測定値の標準偏差 / 検量線の勾配

この数式が示すのは、「不検出」という判定が、測定系のノイズレベルと測定精度の統計学的定義に依存しているという事実である。多くの分析化学ガイドラインでは、定量値の変動係数（CV）が10%を示すアナライトの量を定量下限とする規定があるが、これは測定技術の実用的制約であって、分子の存在論的境界ではない。

検量線が直線性を保つ範囲（Linear dynamic range）は、通常4-5 log範囲でのみ直線性を示し、この範囲を超えた極低濃度領域では測定値の信頼性が急激に低下する。したがって、「検量線の適用範囲外」という技術的判断が「物質の不存在」として誤認される危険性が常に存在する。

抗原抗体反応の平衡定数（Ka）を考慮すると、極低濃度での結合率は以下の式で記述される：

結合率 = Ka × [抗原] / (1 + Ka × [抗原])

[抗原]が十分に小さい場合、この式は線形近似となるが、測定限界近傍では非線形性が顕著となり、真の濃度と測定値の間に予測困難な乖離が生じる。

科学哲学における存在証明の論理的困難性——ポッパーの反証可能性テーゼ

「検出不可能＝不存在」という推論の問題性は、カール・ポッパーの反証可能性概念を通じて明確に理解できる。ポッパー（1902-1994）が『探求の論理』（The Logic of Scientific Discovery, 1934年）で提唱した反証可能性（falsifiability）とは、「ある理論が観察や実験の結果によって否定される可能性を持つこと」として定義される。

反証可能性の核心は、科学的命題の正当性が「実証」ではなく「反証」の可能性によって決定されるという認識にある。この観点から食品安全評価を検討すると、「遺伝子組み換え成分が検出されない」という観察事実から「遺伝子組み換え成分が存在しない」という結論を導出することは、論理的に妥当ではない。

なぜなら、前者は有限の検出能力を持つ測定系による観察結果であり、後者は無限の精度での存在否定を要求する存在論的主張だからである。ポッパーの用語を用いるなら、「存在しない」という命題は反証可能性を持たない。なぜなら、どれほど精密な検査を行っても、「より精密な方法があれば検出できるかもしれない」という可能性を完全に排除することはできないからである。

この論理構造は「白いカラスの不存在証明の不可能性」として知られる問題と本質的に同一である。いくつ黒いカラスを観察しても、それは「すべてのカラスは黒い」という命題を実証しない。同様に、いくつ「不検出」の結果を得ても、それは「遺伝子組み換え成分が存在しない」という命題を実証しない。

クーンのパラダイム論における異常事例の処理メカニズム

トーマス・クーン（1922-1996）が『科学革命の構造』（The Structure of Scientific Revolutions, 1962年）で提示したパラダイム論は、食品安全評価における方法論的問題を理解する上で極めて有用な枠組みを提供する。クーンの定義によれば、パラダイムとは「一時期の間、科学者集団にとって模範となる問題と解法を提供する普遍的に認められた科学的業績」である。

現在の食品安全評価システムは、「検出技術パラダイム」とでも呼ぶべき知的枠組みの中で運営されている。このパラダイムでは、PCR法やELISA法といった「正常科学」（normal science）の手法により、定型化されたプロトコルに従って「パズル解き」としての検査が行われる。しかし、クーンが指摘したように、正常科学の期間中に蓄積される「異常事例」（anomaly）は、やがてパラダイム転換を促す要因となる。

食品検査における異常事例とは、既存の検出手法では説明困難な結果や、技術的限界に起因する判定困難事例である。例えば、同一サンプルで検査機関により異なる結果が生じる場合、高度に精製された食品での痕跡レベル検出の再現性問題、新たな遺伝子組み換え技術（ゲノム編集など）に対する既存手法の適用限界などがこれに該当する。

クーンの分析によれば、こうした異常事例が十分に蓄積されると「危機」の状態が生じ、科学者集団は従来のパラダイムの有効性に疑念を抱くようになる。この段階で「異常科学」（extraordinary science）として、パラダイムの根本的見直しが始まる。食品安全評価の分野では、デジタルPCR、次世代シーケンシング、CRISPR-based検出法といった革新的技術の導入が、まさにこの異常科学段階に相当する。

重要なのは、パラダイム転換が「通約不可能性」（incommensurability）を伴うというクーンの洞察である。新旧のパラダイム間では、同一の用語（例：「検出限界」「安全性」）が異なる意味内容を持つため、直接的な比較が困難となる。現在進行中の検出技術の革新においても、従来の「不検出」概念と新技術による「存在確率」概念の間には、このような通約不可能性が存在する可能性がある。

クワインの決定不全性テーゼと理論負荷性の問題

ウィラード・ヴァン・オーマン・クワイン（1908-2000）によるデュエム-クワインテーゼは、食品安全評価における判定の不確実性を理解する上で決定的な洞察を提供する。このテーゼは、「個別の仮説のみから何らかの観察予測が導き出されることはなく、したがって仮説が文字通りに反証されることはない」という認識論上の主張である。

食品検査における具体例を用いてこのテーゼを説明すると、「サンプルXに遺伝子組み換え成分が含まれていない」という仮説をPCR法で検証する場合、以下の補助仮説群が必要となる：

DNA抽出プロトコルの妥当性
プライマーの特異性と効率
PCR条件の最適性
検出器の感度と精度
標準品の純度と濃度
実験環境の統制状況
操作者の技術的熟練度

仮に「不検出」という結果が得られても、上記のいずれかの補助仮説が不適切である可能性を完全に排除することはできない。したがって、「遺伝子組み換え成分が存在しない」という結論は、理論体系全体との整合性の中でのみ暫定的に受け入れられるものであり、絶対的な真理ではない。

クワインの全体論（holism）によれば、理論の修正は体系のどこにでも等しくなされうる。食品検査で予期しない結果が得られた場合、検査対象の性質を変更する（「実は混入していた」）こともできれば、検査手法の前提を変更する（「手法に限界があった」）ことも、さらには安全性基準そのものを変更する（「基準が不適切だった」）ことも論理的には可能である。

この決定不全性は、科学的判断が価値中立的ではなく、常に理論負荷性（theory-ladenness）を伴うことを意味する。食品安全評価においても、「予防原則」「科学的根拠主義」「経済的実現可能性」といった異なる価値体系が、同一のデータから異なる結論を導出する可能性がある。

ラッセルの帰納法批判と安全性評価の論理的基盤

ベルトラン・ラッセル（1872-1970）が『哲学入門』（The Problems of Philosophy, 1912年）で提示した帰納法の問題は、食品安全評価の論理的基盤に対する根本的な疑問を提起する。ラッセルの有名な「鶏の問題」では、毎日餌をもらってきた鶏が「明日も餌がもらえる」と帰納的に推論するが、実際には翌日に屠殺される可能性があることが指摘される。

食品安全評価における帰納法的推論も、同様の論理的脆弱性を抱えている。「これまでの検査で問題が検出されなかった」という過去の経験から「将来も安全である」という結論を導出する推論は、論理学的に妥当ではない。なぜなら、検出されなかった原因が「実際に安全である」ことによるのか、「検出手法の限界」によるのかを区別することができないからである。

ラッセルが指摘した帰納法の根本問題は、「未来が過去に類似しているという仮定」の正当化困難性にある。食品安全の分野では、この問題は以下の形で現れる：

技術的側面：現在の検出技術で「不検出」だった物質が、将来の技術発展により検出可能となる可能性
生物学的側面：現在安全とされる暴露レベルが、長期的な疫学研究により有害性が判明する可能性
環境的側面：現在の環境条件下では安全な物質が、気候変動等により危険となる可能性

これらの可能性を考慮すると、「科学的に安全性が証明された」という表現は、厳密な論理学的意味では成立しない。より正確には「現在利用可能な最良の科学的知見に基づく限り、許容可能なリスクレベルにある」という条件付きの判断に留まる。

数学基礎論における不完全性定理の類比的応用

クルト・ゲーデル（1906-1978）の不完全性定理（1931年）は、形式システムの根本的限界を明らかにした数学史上の画期的成果である。第一不完全性定理は「初等的な自然数論を含むω無矛盾な公理的理論には、証明も反証もされない命題が存在する」ことを示し、第二不完全性定理は「理論が無矛盾であれば、その理論内でそれ自身の無矛盾性を証明できない」ことを証明した。

これらの定理の食品安全評価への類比的適用は、以下の洞察を提供する。安全性評価システムを一種の「形式システム」として捉えるなら、そのシステム内には「安全でも危険でもないと判定される」対象が必然的に存在することになる。これは技術的限界や知識不足によるものではなく、評価システムの論理構造に内在する根本的制約である。

第二不完全性定理の類比は、さらに深刻な問題を提起する。安全性評価システムがそれ自身の妥当性を内部的に証明することは論理的に不可能であり、常に外部的な検証手段に依存せざるを得ない。この構造は「安全性の安全性」とでも呼ぶべき再帰的問題を生み出し、無限後退に陥る危険性を孕んでいる。

ゲーデルが用いた「ゲーデル数」による自己言及的構造の構築技法も、興味深い示唆を与える。食品安全評価においても、「この評価方法は信頼できない」という種類の自己言及的命題が存在し、それらは評価システム内では決定不能となる可能性がある。

統計学的検定における第一種・第二種過誤の哲学的含意

統計学的検定における偽陽性（第一種過誤、α）と偽陰性（第二種過誤、β）の概念は、食品安全評価の不確実性を定量的に表現する重要な枠組みである。しかし、これらの概念の背後には深刻な哲学的問題が潜んでいる。

第一種過誤は「実際には安全なものを危険と判定する」確率であり、第二種過誤は「実際には危険なものを安全と判定する」確率である。問題は、この定義が「実際の安全性」という客観的真理の存在を前提としていることである。しかし、前述のクワインの議論からも明らかなように、「実際の安全性」は観察と理論の相互作用の中で構成されるものであり、観察から独立した客観的実在ではない。

さらに重要なのは、αとβの設定が価値判断を伴うという事実である。一般的にα=0.05、β=0.20という慣習的設定が用いられるが、これは「偽陽性を偽陰性の4倍重要視する」という暗黙の価値判断を含んでいる。食品安全の文脈では、この価値判断は「経済的損失よりも健康リスクを重視する」という社会的選択を反映している。

しかし、この価値判断自体が科学的に正当化できるものではない。「偽陽性と偽陰性のどちらがより重大か」という問いに対する科学的に客観的な答えは存在せず、それは政治的・倫理的・経済的考慮に基づく社会的決定に委ねられる。

測定理論における表現定理と尺度の不変性

測定理論（measurement theory）の観点から検出技術を分析すると、「不検出」概念の曖昧性がより明確になる。物理的属性の測定は数学的構造への同型写像として理解されるが、食品中の遺伝子組み換え成分濃度の測定を例に取ると、実際の分子数という物理的実在と、検出器が示す数値という数学的対象の間には、必ずしも線形的対応関係が成立しない。

特に極低濃度領域では、検出確率がポアソン分布に従うため、同一の真の濃度に対して異なる測定値が確率的に生じる。この確率的変動は、測定結果の「順序尺度」としての性質を示している。すなわち、「AよりBの方が濃度が高い」という順序関係は比較的安定しているが、「Aの濃度はBの2倍である」という比例関係は成立しない。さらに、「濃度がゼロである」という絶対的判断は、間隔尺度や比例尺度を前提とするため、順序尺度レベルでの測定では論理的に不可能である。

尺度の不変性（scale invariance）という観点からも、「不検出」判定の問題性が明らかになる。検出限界の設定方法、標準化手順、器具の校正プロトコルの変更により、同一サンプルで異なる「不検出」判定が生じる可能性がある。このことは、「不検出」が測定対象の内在的性質ではなく、測定系と測定対象の相互作用の産物であることを示している。

科学実在論vs道具主義論争の現代的意義

科学哲学における科学実在論（scientific realism）と道具主義（instrumentalism）の論争は、食品安全評価の基盤となる認識論的立場を明確化する上で不可欠である。科学実在論者は、科学理論が客観的実在を記述し、理論的対象（遺伝子、タンパク質、分子など）が実在すると主張する。一方、道具主義者は、科学理論を現象を予測し制御するための道具として捉え、理論的対象の実在性については不可知論的立場を取る。

「遺伝子組み換え成分が検出されない」という観察結果の解釈において、この立場の違いは決定的な意味を持つ。科学実在論的解釈では、「検出されない」ことから「実際に存在しない」という存在論的結論を導出する傾向がある。これは、検出技術が客観的実在を直接的に反映するという前提に基づいている。

対照的に、道具主義的解釈では、「検出されない」ことは単に「現在の技術的手段では予測・制御可能な現象として捉えられない」ことを意味するに過ぎない。この立場では、「実際の存在」という形而上学的問題を回避し、実用的な予測能力と制御可能性に焦点を当てる。

ヒラリー・パトナムの内在的実在論（internal realism）やバス・ファン・フラーセンの構成的経験主義（constructive empiricism）といった現代の中間的立場も、重要な示唆を提供する。これらのアプローチでは、「実在」概念を概念図式や理論枠組みとの関係で相対化し、絶対的な「検出可能性」や「存在性」を問うことの無意味性を強調する。

予防原則と証明責任の転換問題

欧州連合の環境法で発達した予防原則（precautionary principle）は、「科学的不確実性の存在下で、深刻で不可逆的な害のリスクがある場合、科学的証明の欠如を対策延期の理由としてはならない」と規定する。この原則の食品安全評価への適用は、従来の「安全性の証明責任」を根本的に転換する。

従来のアプローチでは、「危険性が科学的に証明されるまでは安全と見なす」という立場が支配的であった。この論理では、「不検出」は「安全性の証拠」として機能し、規制当局は危険性の立証責任を負う。しかし、予防原則の適用により、「安全性が十分に証明されるまでは潜在的に危険と見なす」という立場への転換が生じる。

この転換は、検出技術の限界に対する認識を根本的に変化させる。「不検出」は「安全性の証拠」ではなく、単に「現時点での技術的限界」として理解されるべきものとなる。さらに、「検出不可能な低濃度での長期暴露」「複数物質の相互作用」「感受性の高い個体群への影響」といった、従来の検出技術では捉えきれないリスクシナリオが重要性を増す。

予防原則の適用は、統計学的検定における第一種・第二種過誤の重み付けにも影響を与える。従来のα=0.05という設定は、「偽陽性を避けることを重視する」という価値判断を反映していたが、予防原則下では偽陰性の回避がより重要視され、より厳格な基準（例：α=0.01）の採用が検討される。

知識の正当化と無限後退問題

認識論における正当化（justification）の問題は、食品安全評価の認識論的基盤を理解する上で避けて通れない。「遺伝子組み換え成分が存在しない」という知識主張を正当化するためには、その根拠となる証拠（「不検出」という観察結果）を提示する必要がある。しかし、その証拠自体の信頼性を正当化するためには、さらなる証拠（検出手法の妥当性検証）が必要となる。

この過程は理論的には無限に継続し、「無限後退」（infinite regress）問題を引き起こす。エドマンド・ゲティアの「正当化された真なる信念」批判以降の現代認識論では、この問題に対する様々な解決策が提案されている。

基礎づけ主義（foundationalism）は、自己正当化的な基礎的信念の存在を主張し、無限後退を基礎で止める。食品安全評価では、「感覚的観察の直接性」や「数学的・論理学的真理の自明性」がこの基礎的信念に相当する。しかし、理論負荷性の問題が示すように、純粋に理論中立的な観察は存在せず、基礎づけ主義的解決は困難である。

整合主義（coherentism）は、信念体系内の相互整合性を正当化の基準とする。この立場では、「不検出」という観察結果は、検出理論、統計理論、分子生物学理論などとの整合性により正当化される。しかし、整合性のみでは真理性を保証できず、「整合的だが偽である」信念体系の可能性を排除できない。

信頼主義（reliabilism）は、信念形成過程の信頼性を正当化の基準とする。食品検査においては、検出手法の「妥当性」（validity）と「信頼性」（reliability）がこの観点に対応する。しかし、新技術の評価や既存手法の限界評価において、「何が信頼できる過程か」という問いに対する客観的基準を確立することは困難である。

科学的厳密性と政策的実用性の調和点

これまでの分析を通じて明らかになったのは、「最新の検出技術によっても検出が不可能」から「存在しない」への論理的移行が、多層的な哲学的問題を孕んでいるという事実である。ポッパーの反証可能性、クーンのパラダイム論、クワインの決定不全性テーゼ、ラッセルの帰納法批判、ゲーデルの不完全性定理といった科学哲学の知見は、いずれも「不検出＝不存在」という単純な等式の問題性を異なる角度から照らし出している。

しかし、この哲学的分析は、食品安全政策の実用的必要性を否定するものではない。むしろ、科学的不確実性の認識を前提とした、より堅牢な政策決定枠組みの必要性を示唆している。「不検出」を「安全性の絶対的証明」として扱うのではなく、「現在利用可能な最良の技術による暫定的判定」として位置づけることで、技術進歩や新たな科学的知見に対する適応可能性を保持できる。

完全な確実性の追求は論理的に不可能であることを認識しつつ、合理的な意思決定のための十分な科学的根拠を確保する。この困難な課題に対する解答は、技術的改良のみならず、科学哲学的洞察と社会的価値判断の統合的検討を通じてのみ見出されるだろう。

現行の食品安全評価制度における方法論的課題は、まさにこうした認識論的・存在論的問題の具体的現れである。「検出不可能＝不存在」という論理的飛躍を回避し、科学的不確実性を適切に管理する新たな枠組みの構築が、21世紀の食品安全政策における最重要課題の一つと位置づけられるべきである。

参考文献

検出技術・分析化学

Bustin, S.A., Benes, V., Garson, J.A., Hellemans, J., Huggett, J., Kubista, M., Mueller, R., Nolan, T., Pfaffl, M.W., Shipley, G.L., Vandesompele, J., & Wittwer, C.T. (2009). The MIQE guidelines: minimum information for publication of quantitative real-time PCR experiments. Clinical Chemistry, 55(4), 611-622.
Forootan, A., Sjöback, R., Björkman, J., Sjögreen, B., Linz, L., & Kubista, M. (2017). Methods to determine limit of detection and limit of quantification in quantitative real-time PCR (qPCR). Biomolecular Detection and Quantification, 12, 1-6.
Taylor, S.C., Laperriere, G., & Germain, H. (2017). Droplet Digital PCR versus qPCR for gene expression analysis with low abundant targets: from variable nonsense to publication quality data. Scientific Reports, 7(1), 2409.

科学哲学

Popper, K.R. (1959). The Logic of Scientific Discovery. London: Hutchinson.
Kuhn, T.S. (1962). The Structure of Scientific Revolutions. Chicago: University of Chicago Press.
Quine, W.V.O. (1951). Two dogmas of empiricism. Philosophical Review, 60(1), 20-43.
Russell, B. (1912). The Problems of Philosophy. London: Williams and Norgate.
Gödel, K. (1931). Über formal unentscheidbare Sätze der Principia Mathematica und verwandter Systeme I. Monatshefte für Mathematik, 38, 173-198.

統計学・測定理論

Krantz, D.H., Luce, R.D., Suppes, P., & Tversky, A. (1971). Foundations of Measurement. New York: Academic Press.
Neyman, J., & Pearson, E.S. (1933). On the problem of the most efficient tests of statistical hypotheses. Philosophical Transactions of the Royal Society, 231, 289-337.

科学実在論・認識論

Putnam, H. (1975). Mathematics, Matter and Method: Philosophical Papers, Volume 1. Cambridge: Cambridge University Press.
van Fraassen, B.C. (1980). The Scientific Image. Oxford: Clarendon Press.
Gettier, E.L. (1963). Is justified true belief knowledge? Analysis, 23(6), 121-123.