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脳はどうやって情報を処理しているのか?

ヒトの脳というのは大脳皮質だけでおよそ140億個の神経細胞から構成されていますが、この働きには民主主義と似たところがあります。

それは一人ひとりの意見というのは、ほとんど意味や力を持ちませんが、一人ひとりが集まった集団の意見というのは意味や力を持つ点で、構造的によく似ています。

一人ひとりの意見は様々であり、意見も気まぐれだったり、極端な意見を持った人もいますが、選挙を行って集団として統計をとってみると結果は概ね民意を反映するように

脳もネコを見たときには変な活動をする神経細胞や全く反応しない神経細胞、あたかもイヌを見ているときのような反応をする神経細胞もありますが、神経細胞の集団で見ればその活動パターンはネコを見ている時の脳活動を反映したものになるのではないでしょうか。

このように脳において神経細胞の集団が情報をコードしているのではないかという立場はポピュレーションコーディング仮説と呼ばれています。

ポピュレーションコーディングにおけるノイズの役割

しかしながら神経細胞の活動を見てみると、その情報はノイズにまみれています。

というのも神経細胞はネコヤイヌが見えたときにだけ活動するのではなく、何も見ていないときでも自発的に活動しており、その活動の仕方というのはサイコロを転がすようにランダムです。

それゆえ何かを見た時の神経細胞の活動=視覚認知に関わる活動+自発的活動(ノイズ)

ということになり、百回ネコを見れば百回異なった神経細胞の活動が現れるはずです。

実験であれば百回猫の写真を見せて、それを加算平均すればノイズは互いに打ち消されて意味のある情報だけが残りますが、

私達の脳というは常に一回勝負でネコ、イヌを見たときはイヌというように判断します。それがばらつきにまみれたノイズまみれの活動であってもです。

はたしてこれはどのような仕組みになっているのでしょうか。

ポピュレーションコーディングにおけるノイズ相関の役割

今日取り上げる論文は、ポピュレーションコーディングにおけるノイズの役割について述べたものです。

内容については数理的に複雑であり、正直なところ理解できなかったのですが、神経細胞同士におけるノイズの相関が情報処理に重要な役割を果たしているのではないかということが述べられています。

日本語の論文では以下のものが参考になり、

「ポピュレーションコーディングにおけるノイズ相関の影響」

この中で示されているこの図が直感的にイメージしやすいのではないかと思います。

非常に難しいなと思いました。

参考URL:Neural correlations, population coding and computation.

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