<講義ノート>脳と知能の物理学

Abstract

我々の脳は約1, 000億もの神経細胞からなる巨大なネットワークである。認知、予測、推定、判断、思考、運動制御、記憶、学習など、我々が持つ極めて高度な情報処理能力は、このネットワーク上で実現する集団現象にその実体を持つ。近年、神経系に対する実験的及び理論的技術が急速に進展したことにより、これまで長く未解明に残されてきた脳の動作原理に関して、多くの性質が具体的に明らかになり始めた。この講義では、特に興味深く、また極めて重要と思える脳の「自発揺らぎ」と呼ばれる現象を軸に、脳科学の最新の研究成果を紹介する。まず自発揺らぎが神経系において実現されるメカニズムを数理的に解説し、さらに自発揺らぎを利用することによって、現在機械学習などで利用されるものとは大きく異なる「脳の学習アルゴリズム」が得られることを示す。この学習アルゴリズムは、我々の脳(具体的には大脳皮質)に関する多く実験結果を整合的に説明することでき、脳の情報処理とは一体何なのかという疑問に一つの答えを与えているように見える。それらを学習することを通じて、生命の「知能」の実体について議論していこう。