脳の本質　いかにしてヒトは知性を獲得するか

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不思議に思わないか。
なぜ細胞の集合体である脳から自我が生まれるのか。意識が生じるのか。
そんな単純疑問の答えに辿りつきたくて手に取る。

しかしながら、答えはそう簡単に見つからない。
が、ヒントは得ることができた。鍵は、脳がする「予測」と予測誤差の修正だ。
本書第７章にそのヒントが書かれている。
「意識は、側頭葉、頭頂葉、前頭葉の神経活動と相関している。そして、未来の不確実性を考え、その不確実性が最小になるような行動を選択する機能をもって初めて、意識が芽生える」
分かるようでよくわからない。もう少しでたどり着けそうな気もする。

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配架場所・貸出状況はこちらからご確認ください。
https://www.cku.ac.jp/CARIN/CARINOPACLINK.HTM?AL=01435775

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脳とはどのようなものなのか。多角的なアプローチと研究の歴史を交えながら脳について知っていく1冊。生物とは切っても切り離せない存在でありながら無知。そんな脳の仕組みをこの本を読んで少しは理解できたのではないのかもしれない。調査対象も一因となって、実験は普段その単語を聞いてイメージするそれとは違うものばかり。登場する実験も状況だけ見るとどこかユニークさを持ち合わせているような印象もあった。だが前後関係を知ると研究者の工夫が見て取れる。

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脳の本質に向けて：
脳科学の祖ヘルムホルツ
世界が止まって見える理由
科学の爆発
サイバネティクス
予測と模倣
シュレーディンガーの仮説
五感で世界を捉え世界に働きかける：
知覚・運動機能
ホムンクルスの発見
脳内の階層的処理
推論の基本・ベイズ推論
フリストン・自由エネルギー原理
知覚と運動の循環
ミラーニューロン
感情と認知：
感情・外環境と内環境
内臓状態の知覚と運動
ホメオスタシスとアロスタシス
発達する脳：
人間の視覚野の臨界期
ヘブ則→ＢＣＭ理論
動機づけのメカニズム
記憶と認知
高次脳機能―知識、言語、モチベーション
意識とは何か：
意識の神経相関
ホメオスタシス感情と痛み
自己主体感・自己所有感・自己存在感
メタ認知
人工知能と脳科学の接点―対照学習

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第一章：脳の本質に向けて、第二章：五感で世界を捉え、世界に働きかける、第三章：感情と認知、第四章：発達する脳、第五章：記憶と認知、第六章：高次脳機能、第七章：意識とは何か、終章：脳の本質。脳機能の本質は「予測」である。我々は感覚データそのものを見たり感じたりすることはできない。世界に対する知識（生成モデル）に基づき「予測」した世界である。シナプスで発火する信号によって形作られた世界なのだ。

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うーん、結構難しかった。
脳がする「予測」と予測誤差を最小化していくのがポイントということは理解しました。
再読したらもう少し理解できるかしら。

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【はじめに】
自由エネルギー原理の解説書としては今までで一番わかりやすい。著者は『脳の大統一理論 自由エネルギー原理とはなにか』という解説本も書いているが、こちらは数式もたっぷりで決してわかりやすいとは言えなかった。本書は、新書というフォーマットであることもあり、本の構成も説明もやさしい。本当にわかっている人が丁寧に書くととてもわかりやすいものになるという実例になっている。

【本書の内容】
この本の軸は、カール・フリストンが提唱した自由エネルギー原理にある。この原理はあらゆる脳機能が自由エネルギーという評価関数が最小になるように設計されて動作しているというものである。ここで言う脳機能には認識だけでなく、運動や探索も含まれる。さらには内環境感覚とその制御(ホメオスタシス)や感情もこの原理で説明可能であるという。現在、この原理が脳の働きを説明する大統一理論として期待されている。
著者はヘルムホルツの法則、ベイズ統計、深層学習、ヘブの法則などの説明を通して説明していく。また最新の脳生理学の観点から、ミラーニューロンやガンマ波の同期、眼球のサッカード運動、胎児の動作学習、海馬による記憶再生などを解説し、自由エネルギー原理との関係を説明する。
自己意識についても、まずは世界の予測であるとして、ここからいかにして自己意識を構成する自己主体感、自己所有感、自己存在感が生まれているのかの仮説を提示する。自己意識をこの三つの要素に分解して考えるというのはこれまで意識することはなかったが、説明してもらうと確かにこの三つはいったん分けて考えた上で総合するべきだと腑に落ちた。ここからAIは自己意識を持ちうるのかという議論をしてみても面白い議論になるだろうなと期待する。
すべてが予測であるということについてはそれをある程度裏付けるポストディクションの話が興味深い。自己主体感が基本的には正しい意味で錯覚に基づくものであることもよくわかる。われわれの自己認識が、未来の状態の予測と過去の状態から現在を予測するということを繰り返すという絶え間ない脳の働きから生まれるのではないかと考えられているということも理解できた。

【脳の本質】
タイトルの『脳の本質』の答えとして、著者らは脳機能の本質は「予測」であると結論づけた。われわれが知覚するのは構築した世界モデルに対する予測した世界なのだ。運動を含めて予測誤差を最小化するサイクルが常に働いて感覚データとの誤差を合わせこむようにして後付けしたものだという。
認識や意識に関する実験がおおむねその仮説を支持していることから、「予測」と「学習」がその基礎にあることは間違いないだろう。以下が終章にまとめられた著者が考える脳で何が起きているのか(=脳の本質)である。著者の考えが比較的シンプルにまとまっていることとともに、意識の問題を考えるにあたってのベースにもなりうると考えるのでいったんここに書き写してみた。

① 環境を知る
・脳の最重要課題は生命維持である。そのために身体内外の環境を性格に把握するよう努める。
・私たちは感覚を通じて世界を推論し���いるのであり、それを直接知ることはできない。
・知覚している世界は、現実の世界ではなく、予測された世界である。
・私たちは、自分が作り上げた「世界に対するモデル」に基づいて予測する。
・脳は予測を行うための推論エンジンである。
② 複数データに基づき推論する
・正確な推論のためには、単一ではなく複数の感覚データを利用する。
・多感覚を利用するには統合が必要である。感覚統合は、ベイズ推論に基づく(ベイズ統合)。
・ベイズ統合は、信頼性(精度)により各感覚データに重みづけがされる。
・複数時点の感覚データを使い、現在の状態を推論する。情態がいかに推移するか(時間変化、時系列)も推論している。
③ 誤差を修正する
・予測で生じる誤差は側役正しいものに修正され、修正されたものだけが知覚される。
・環境の推移とともに予測するため、必然的に過去に遡った修正が必要となる。
・過去の修正とは、記憶の書き換えである。
・現在の状態を決定するために、過去の状態に基づく予測、また未来の状態からの後付けがなされる。
④ 環境に働きかける
・現在の状態を推論するためにも、私たちは世界に働きかけ、反応や変化を見る。
・未来において生体が望ましい状態を維持できるよう、適切な行動(運動)が選択され、実行される(アロスタシス)。
・私たちは予測可能で、組織化された世界を好む。行動は、目標達成と不確実性を低下させることを目的に実行される。
・不確実性を低下させるため、置かれた環境を的確に知る探索行動を取る。その際、環境から最大の情報が得られるような方法が選ばれる。視線移動もこのように決定される。
・環境の不確実性が低下すると、次に望ましい状態を達成する行動に移る。
⑤ 神経就職物質で精度をコントロールする
・脳内の予測信号や予測誤差信号の精度をコントロールするのが神経修飾物質である。
・アセチルコリンによって予測誤差の精度を上げると、対象物をより正確に捉えることができる。注意を向けることによって、感覚信号に対する予測誤差の精度を高める。
・モチベーションは、行動の結果得られる報酬量と不確実性の低下量によって決定される。ドーパミンによる制度制御と関連する。
・不確実性が低下すればポジティブな感情が生まれ、不確実性が増加すればネガティブな感情が生まれる。
・精神疾患や神経発達症の特徴は、神経修飾物質が精度をうまくコントロールできないことで説明される。
⑥ 世界のモデルを学び続ける
・私たちは環境の変化に関するモデルを学習する。このモデルは、現在を推論する以外に、未来を予測するためにもある。
・世界を探索し、世界に関する適応的で予測可能な知識を使うことで、こうしたらどうなるか、ああしたらどうなるかといった疑問に答える能力を鍛えている。そのため外環境(世界)のさまざまな知識をつねに学習し、記憶しなければならない。
・予測誤差が生じた場合、モデルを書き換える。世界に対するモデルはつねに修正され昂進される。
・経験した多くの感覚や自分の運動も記憶される。一つのエピソードを構成する感覚や運動のインデックスが海馬にある。インデックスに紐づけられた、大脳新皮質の活性化があって、記憶の再現が可能となる。
・記憶の役割は、過去の出来事を思い出すこと(リプレイ)の他に、未来の出来事をイメージすること(プレプレイ)である。いずれも海馬が担う。

【まとめ】
自由エネルギー原理が、知覚、運動、感情などを統一的に説明可能であり、かつ数理モデル化が可能であることから個人的にも近年における非常に重要なステップだと思う。本書は数式をほとんど使わずに自由エネルギー原理を説明してくれており、その分野に興味をもっている人にはぜひ広く読まれてほしい本である。
同時に本書内でも言及されているが、現在のGenAIの動作原理とも整合性があるところも多く、それが自由エネルギー原理の正しさを不完全ながらも裏打ちをするものでもあり、またAIの意識についても理論的に議論することができる素地が整いつつあるのかと思った。
硬派だが、難しい内容をとてもReadableにまとめており、その射程も(あるレベルにおいて)一般的な興味とも重なる部分もあるというとても優れた本だと思うので、あまり意識とか興味がないという人にもおすすめ。そういう人が読んでどういう感想を持つのかも興味がある。