霊長類の研究により、脳内で信号とノイズを分離する神経機構が解明される

画像によって脳を観察すると、安静時の脳から生じる自発的な電気活動である「ノイズ」が多く発生します。これは感覚入力から来る脳の活動とは異なるように見えますが、信号からのノイズがどの程度似ているか、あるいは異なるかについては議論の余地があります。

東京大学のチームが主導する新しい研究では、脳内で生成されるノイズと刺激に関連するパターンとの関係がさらに解き明かされ、自発的活動と刺激誘発反応のパターンが大脳の下部視覚野で類似していることが判明したしかし、下位の視覚野から上位の視覚野に移動するにつれて、徐々に独立、つまり「直交」するようになります。

この研究結果は、脳が信号とノイズを区別できるようにするメカニズムの理解を深めただけでなく、ノイズ耐性を発達させるための手がかりも提供する可能性があります。 人工知能 生物学的な脳に見られるものと同様のメカニズムが組み込まれています。研究というのは、 出版された 日記で ネイチャーコミュニケーションズ。

「脳は非常にうるさいのです」と医学研究科の大木健一教授は言う。 「何もなくても常にアクティブです 感覚入力。騒音にもかかわらず、私たちの感覚は非常に安定しています。私たちは、脳が内部で生成されたノイズを処理して安定した知覚を実現するメカニズムに興味を持っていました。」

この内部脳ノイズと刺激関連信号の間の直交または独立した関係は、感覚知覚がどのように安定しているかを説明するでしょう。

どの理論が脳の騒音と刺激関連活動との関係を説明しているのかを検証するために、研究者らはマーモセットサルを観察した。マーモセットサルは平らな新皮質（霊長類の脳で最大の領域）を持ち、脳の高次機能に関与する皮質領域を観察しやすくしている。 。彼らは、GCaMPと呼ばれる遺伝的にコード化されたカルシウム指標を運ぶウイルスを注入しました。 緑色蛍光タンパク質 それは～に縛られている カルシウムイオン 画像スキャンで脳の活動を強調します。

当初、自発的な脳活動は斑点のある空間パターンを持つ波のように見えました。この斑点のある活動は、霊長類の脳の一般的な特徴であると思われます。自発的な騒音と刺激に関連した活動は、低位では同様に見えました。 皮質領域、これは以前の研究と一致しています。しかし、研究者らがサルが動画を処理するのを助ける霊長類の脳の一部である高次皮質領域を詳しく観察するにつれて、この2つのタイプの脳の類似点は減少した。 脳活動。

細胞のイメージングと神経活動の分析により、脳のノイズと刺激関連の信号を分離するのに役立つ階層が適切に存在していることが判明しました。

「皮質ネットワークの階層構造は、内部ノイズを感覚出力から分離するために重要です。この分離プロセスは直交化と呼ばれます」と、京都の同志社大学大学院脳科学研究科の現教授である松井哲平氏は語った。本研究当時、東京大学大学院医学系研究科。

研究者らは将来に向けて、この直交関係を理解するために脳の研究を続け、これが人工知能にとって何を意味するのかを理解したいと考えている。とは異なり 人工ニューラルネットワーク、自発的な活動は生物学的な脳の特徴です。

「次のステップは新皮質を特定することです 神経回路 大木教授は、「今回の発見が、新たなノイズ耐性のある人工知能の開発に貢献することを期待しています。」と述べました。