国や世界全体の観点から、どれほどの基礎研究が望ましいのか、またどの産業で必要なのかは分かっていない。本稿では、国際貿易を取り入れた複数国・複数産業の新たな枠組みから得られた知見を紹介する。この枠組みは、世界の基礎研究投資は少なすぎるうえ、先進工業国に過度に集中し、ハイテク産業を十分に対象としていないことを示している。
「目先の社会的便益を目指す応用研究は不可欠です。基礎研究も同様です。基礎研究は、それ自体が目的でもある知識の蓄積を増やし、変革をもたらす技術を生み出します。基礎科学は投資に対して驚くほど大きなリターンをもたらしますが、どの投資が、いつ実を結ぶのかを予測することはできません。衛星からの時刻信号を補正し、スマートフォンの全地球測位機能を可能にするために相対性理論が応用されるまで、ほぼ1世紀を要しました。」（Ramakrishnan 2017）
ノーベル賞受賞者で王立協会会長のヴェンキ・ラマクリシュナンは、少なくとも一定の基礎研究は不可欠だと論じている。しかし、国や世界全体の観点から、どれほどの基礎研究が望ましいのか、またどの産業や分野を研究対象とすべきなのか。こうした問題は常に政策立案者の関心を集めてきたが、近年の低成長環境、そしてデジタル変革の時代に、特に注目されるようになった。
基礎研究は、イノベーションに必要な新たな知識と理解を生み出す。Nelson（1959）とArrow（1960）以来、基礎研究が公共財の性質を持ち、したがって公的な関与が必要であることはよく知られている。実際、国内経済における民間のイノベーションを促進しようとする各国政府が、基礎研究の大部分に資金を提供し、実施している（Akcigit et al. 2013, Gersbach et al. 2019b）。1
本研究は、こうした投資に伴う各国の費用と便益が、各国の世界経済への統合度に大きく左右されるという認識から出発する。一方では、革新的な国内企業は世界市場に製品を供給することで利益を得るが、その利潤は自国産業の競争状況（ひいては世界の他の地域におけるイノベーション）に左右される。他方、イノベーションは基礎研究から得られる知見やアイデアと、産業固有のノウハウを組み合わせる（Nelson 1959, Arrow 1962, Akcigit et al. 2013, 2016）。このノウハウは主に生産を通じて獲得されるため、イノベーション活動と生産活動を近接させることには合理性がある（Pisano and Shih 2012, McKinsey Global Institute 2012）。
したがって、国際貿易における各国の現在の特化状況は、さまざまな産業でイノベーションを生み出す潜在力に影響する。他の条件が同じなら国内経済が高度で多様であるほど、イノベーションの潜在力は高まり、基礎研究投資から得られる国内の利益も大きくなる。
図1の左の棒は、輸出の顕示比較優位（RCA）が1未満のときに、特許取得のRCAが1を上回る国・産業の組み合わせの割合を示す（Balassa 1965）。右の棒は、輸出のRCAが1を上回る場合の割合を示す。
図1 特許取得の顕示比較優位が1を上回る国・産業の組み合わせの割合、2013年
こうした相互依存関係が、各国および世界全体の基礎研究投資にどのような意味を持つのかを検討した（Gersbach et al. 2019a）。そのため、内生的なイノベーションと国際貿易を取り入れ、今日の世界における基礎研究と応用研究の配分、および世界の利潤に占める各国の割合を説明できる、複数国・複数産業の一般均衡モデルを構築した。
世界全体の観点から見ると、各国政府による基礎研究投資は、次の3つの側面で非効率であることを示した。
世界全体での基礎研究投資は、概して少なすぎる。
基礎研究は先進工業国に過度に集中している。
複雑なハイテク産業のイノベーションを支えるには、基礎研究の対象が十分に絞られていない可能性がある。
これらの知見は、例えばEU加盟国間などの国際協調によって、厚生を高める政策につながる可能性を示唆している。
モデル
基礎研究と応用研究、国際貿易、知識の波及を取り入れた、Romer（1987, 1990）に基づく複数国・複数産業の多様な財の拡大モデルの静学版を用いた。イノベーションのプロセスは本枠組みの中核であり、モデル化にあたっては、世界経済における基礎研究を理解するうえで重要な以下の事実を踏まえた。
基礎研究は公共財である。また、その大部分は各国政府によって提供される。
国を越えた重要な知識の波及がある。基礎研究がイノベーションに重要な国内効果をもたらすため、各国政府は基礎研究に投資する（Jaffe 1989, Jaffe et al. 1993, Audretsch and Lehmann 2004）。しかし、基礎研究のアイデアは最終的に世界中に広がる。
基礎研究から得られる知見は、通常、萌芽的な段階にある。基礎研究の成果を活用するには、民間の応用研究を通じて商業化する必要がある。
応用研究は、基礎研究から得られる知見と産業固有のノウハウを組み合わせる。各国は、国内生産が活発な産業ほどイノベーションを生み出す傾向がある。このことは、各国の基礎研究投資への誘因に重要なフィードバックをもたらす。特に、基礎研究からどのような知見が生まれ、それがどの産業で最も価値を持つのか、またいつ生まれるのかを予測するのは難しい。科学の特定分野を優先するなど、基礎研究の取り組みを特定の産業に向ける余地はあるものの（Cohen et al. 2002）、その対象設定は完全ではない。
したがって、各国政府の投資判断は相互に依存している。世界の他の地域における基礎研究政策とイノベーションは、国内経済にプラスの波及効果をもたらすとともに、さまざまな産業におけるイノベーションの利益にもフィードバックする。世界経済における公的基礎研究の全体像を捉えるため、国際貿易を取り入れた複数国・複数産業の一般均衡モデルを用いた。イノベーションのプロセスに起因する摩擦を切り分けられるよう、リカード型の自由貿易環境を選んだ。モデルでは、各国の経済発展度が異なる。これは、技術、人的資本、制度など、国の経済的繁栄を促すあらゆる要因を捉えるものである。均衡状態では、豊かな国ほど輸出が多様化し、貧しい国は複雑な財の輸出から体系的に排除される傾向がある（Imbs and Wacziarg 2004, De Benediktis et al. 2009, Cadot et al. 2011, Hausmann and Hidalgo 2011, Parteka and Tamberi 2013, Schetter 2019）。これは基礎研究政策に重要な影響を及ぼす。
主な結果
本モデルの均衡は、今日の世界におけるイノベーションに関する主要な事実と整合している。モデルでは、先進工業国の政府は、より大きな費用とより大きな便益の両方に直面する。
先進工業国では、科学者の賃金が高い。生産部門で働くという代替選択肢から得られる賃金が、これらの国では高いためである。一方、国内経済はより多様化しており、幅広い産業でアイデアを商業化できる。5
科学者の生産性も、より発展した経済では高い可能性がある。基礎研究が少なくとも生産と同程度に技能集約的である限り、発展度の高い国はGDPに占める基礎研究投資の割合が高いことを示す。さらに、幅広い産業基盤のおかげで、こうした国々は世界の他の地域からの知識の波及による便益をより多く得るため、イノベーションも活発である。データにも見られるように、その高いイノベーション水準によって、世界の利潤の不均衡に大きな割合を獲得できる（図2参照）。
図2GDP比で見た基礎研究投資、1995年から2015年までの20年間の平均
各国政府の投資を、世界全体の社会計画者が国際協調のもとで最適な政策を策定した場合の解と比較した。基礎研究政策を協調させれば、次の3つの側面で厚生が向上する。
社会計画者は、基礎研究投資をより平等に各国へ配分する。基本的な直観は、発展途上国の国内経済では科学主導型のイノベーションが効果的に行われないため、基礎研究への投資が少なく、その結果、先進工業国に比べて世界の他の地域への知識の波及による損失をより大きく受けるというものだ。
先進工業国に基礎研究投資が高度に集中しているにもかかわらず、世界全体の投資はハイテク産業を十分に対象としていない可能性がある。この直観に反する結果は、国ごとの基礎研究投資の内生的な配分と、各国が産業ごとに基礎研究投資を最適化することから生じる。その背景には、イノベーションにおける暗黙知の重要性と、先進工業国の産業がより多様化しており、単純な産業と複雑な産業の双方で多様な製品を輸出できる一方、発展途上国はより単純な産業に体系的に特化する傾向があるという事実がある。興味深いことに、新しい産業、あるいは製品が比較的複雑なハイテク分野である場合、非効率な対象設定が特に起こりやすい。
各国が基礎研究投資を個別に決定すると、総投資額は概して少なすぎる。
結論
本研究は、基礎研究に関する国際協調が、総投資額の拡大と、国や産業間での基礎研究投資のより効率的な配分を通じて、厚生を向上させる可能性を示している。これは、大学研究者が自身の研究成果の商業化により深く関与するよう促すバイ・ドール法を、世界的な視点から捉えるものだ。
こうした誘因は、純粋科学の観点では研究者の生産性を低下させるとも考えられる。しかし、自国の基礎研究から得られる利益のより大きな割合を各国が獲得できるようにするため、厚生の向上につながる可能性がある。それによって、基礎研究投資を世界全体で効率的な水準へ近づける一助となりうる。
