[論文レビュー] Concerning the Neural Code

Christoph von der Malsburg|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 2018

Neural dynamics and brain function参考文献 25被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、神経コードが自己組織化され、構造的なネット断片から成り立ち、精神状態を表す動的で自己整合的なネットワークを形成すると提案する。これらのネットワークは、感覚に駆動された自己組織化を通じて出現し、信号経路や推論の連鎖における一貫性を維持することで、知覚、記憶、認知を可能にする。

ABSTRACT

The central problem with understanding brain and mind is the neural code issue: understanding the matter of our brain as basis for the phenomena of our mind. The richness with which our mind represents our environment, the parsimony of genetic data, the tremendous efficiency with which the brain learns from scant sensory input and the creativity with which our mind constructs mental worlds all speak in favor of mind as an emergent phenomenon. This raises the further issue of how the neural code supports these processes of organization. The central point of this communication is that the neural code has the form of structured net fragments that are formed by network self-organization, activate and de-activate on the functional time scale, and spontaneously combine to form larger nets with the same basic structure.

研究の動機と目的

• 脳と心の間の問題を解決するため、脳と心の両方に共通する機能的原則を特定すること。
• 感覚入力が疎であるにもかかわらず、自己組織化された神経ネットワークを用いて、脳が豊かな精神的表象を生成する仕組みを説明すること。
• ネットワーク構造とダイナミクスの観点から、神経コード、記憶、学習のメカニズムの本質を明確にすること。
• 意識と精神的構築が、一貫性のある神経ネットワーク状態の発生的性質としてどのように理解できるかの枠組みを提供すること。

提案手法

• 脳の機能的状態を、活性化したニューロンと接続の自己整合的ネットワークとしてモデル化し、論理的証明系に類似させること。
• 記憶が、自己組織化によって形成された恒久的な結合パターンである構造的ネット断片の重ね合わせとしてエンコードされていると提唱すること。
• 感覚入力がネットワークの自己組織化を駆動し、代替の信号経路間の一貫性を優遇することを提唱すること。
• コンピュータシミュレーションを用いて、出生前後において、投影経路とオブジェクトモデルが同時に出現することを示すこと。
• 活性化したニューロンを基本的な論理的命題、活性化した接続を推論規則として解釈し、一貫した推論の網を形成すること。
• ホメオモーフィズムの概念を用いて、シーン内にスキーマ的なネット断片を同定し、スキーマに基づく行動と学習を可能にすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 限られた感覚入力から、脳はどのように豊かで一貫性のある現実や想像の表象を生成するのか？
• RQ2 神経ネットワークの自己組織化が、神経コードや精神状態を形作る上で果たす機能的役割は何か？
• RQ3 記憶の痕跡は、ネットワーク構造のレベルでどのように形成され、保存されるのか？
• RQ4 変化し続ける環境において、知覚、予測、行動の間の一貫性を保証するメカニズムは何か？
• RQ5 意識と精神的構築は、神経ネットワークの一貫性のダイナミクスからどのように発生するのか？

主な発見

• 神経コードは、機能的時間スケール上で動的に形成・活性化・不活性化される自己整合的ネット断片として構造化されている。
• 記憶は、孤立したシナプスではなく、保存された結合パターンを表す構造的ネット断片の重ね合わせとしてエンコードされている。
• 感覚入力によって駆動され、一貫性を優先する神経ネットワークの自己組織化が、記憶と精神的内容を形成する根幹的メカニズムである。
• 活性化した神経ネットワークは、ニューロンが命題を表し、接続が推論規則を表す論理的システムとして解釈できる。
• 感覚的信号と内部予測の間の一貫性が、知覚の自信と知覚におけるナチュラルリアリズムの根拠となっている。
• スキーマに基づく行動は、遺伝的に事前にワイヤードされたネット断片から生じ、ホメオモーフィズムを介して環境的特徴と照合され、学習によって洗練される。