神経科学者は AI の助けを借りて、脳が決断を下す瞬間を正確に特定できるようになりました

科学者らは初めて、動物の脳活動を観察するだけで、動物が決意し、選択を決意するまさにその瞬間をフリーズフレームで撮影できるようになった。

プリンストン大学が主導した新しい研究では、 出版された 日記で 自然研究者らはAIを使ってラットの前頭皮質における意思決定の軌跡を追跡し、脳が選択に「コミット」し、新しい情報を調整し始めた瞬間を特定した。

このコミットメントのプロセスを理解することで、注意力、衝動性、および感情の研究方法を改善できる可能性があります。 意思決定 健康な脳でも、ADHD や統合失調症などの障害でも。

「我々は、決定が最終決定され、審議が終了する正確な瞬間を示すバイオマーカーを発見した」と共同筆頭著者のトーマス・ルオ氏は語った。彼はユタ大学の次期助教授で、プリンストン神経科学研究所の博士研究員として研究を完了した人物である。

「ニューロンがどのように連携するかについて、より正確な数学的モデルが得られたため、動物が決意し、決断を下す正確な瞬間を正確に特定できるようになりました。」

クリックの決定

どの食料品店のレーンが最も早く移動するかを決めるのは誰もが心配です。

時間がほとんどなく、データが不確実であるため、ほとんどの人は、各レジ係のスキャン速度、他の顧客のカートの見た目の複雑さ、その他の重要な詳細を推測して、どのレーンが最も早く顧客を店から出させられる可能性が高いかを判断します。

ラットはレジでのジレンマからは逃れられるものの、美味しそうなコオロギが草の中のどこに隠れているかをその鳴き声を聞いて追跡するなど、不確実な手がかりに基づいて重要な食物を選択するという問題に直面している。

しかし、チャープを追跡する代わりに、プリンストン神経科学研究所の神経科学教授であるカルロス・ブロディの研究室の研究者らは、のどが渇いたラットに簡単な聴覚算術を計算するよう訓練した。カラカラのネズミが、ほんの一瞬のうちに 2 台のサウンド スピーカーのどちらがより多くのクリック音を発するかを正しく判断するたびに、水を一口飲んだことになります。

ラットがこれらの決定を下している間、研究者たちは数百匹のラットを監視しました。 脳細胞 前頭葉は意思決定に重要な領域です。

選択が行われると数学が光る

共同筆頭著者でブロディ研究室大学院生の同窓生でもあるルオ・キムとティモシー・キムは、膨大なデータセットをふるいにかけるための新しい AI ベースのツールを開発しました。 脳活動。これは、データ内で最も顕著なパターンを検出するための公平なアプローチとして、どのパターンを探すかについての明示的な指示なしで行われました。

不可知論的な分析により、ラットの脳は 2 つの段階を経て変化することが明らかになりました。 明確なフェーズ 意思決定中。

まず、外界からの感覚情報を処理します。このラットにとって、それはスピーカーからのクリック音でした。そして、ある時点で、脳はギアを切り替え、あたかも選択肢に固定され、新しい入力に注意を払わなくなったかのように、独立して行動し始めます。

この第 2 段階は、ネズミが決断を「コミット」した瞬間であると思われます。注目すべきは、この「コミットメントの瞬間」はトライアル全体で異なる時間に発生し、音がいつ開始または停止されたかに必ずしも関連付けられていたわけではありません。これは、意思決定が周囲で起こっていることと、脳が新しい情報をどのように処理し解釈するかという両方に依存していることを示唆しています。

コラボレーションが未来への道筋を描く

これらの発見は、補完的な専門知識を持つ科学者間の協力によってのみ可能でした。ルオ氏は、ラットが認知タスクを実行している間に、複数の脳領域にわたる数千のニューロンを同時に記録する電気生理学的ツールの背景をもたらしました。

「トーマスが収集した大規模な神経記録がなければ、こうした発見はできなかったでしょう」とキム氏は語った。 「そのデータセットのおかげで、動物が意思決定する前後での神経表現の明確な変化を発見する深層学習手法を開発することができました。」

キム氏とルオ氏は協力して、ラットだけでなく人間においても意思決定がどのように行われるかを研究する扉を開いた。

「ニューロンがどのように連携するかを説明する数学的規則を理解できれば、それらの規則がどのように壊れるかが分かるようになるかもしれません。 精神疾患 それは脳のさまざまな部分に影響を及ぼします」とルオ氏は語った。

この研究により、医師がADHD、統合失調症、アルツハイマー病などの症状を診断または治療する方法がいつか改善されるかもしれない。そして長期的には、より脳のように意思決定を行う、よりスマートな AI システムを生み出す可能性さえあります。迅速かつ柔軟で、変化する情報に適応します。