The quasi systematic nature of splitter cells

あなたの脳のナビゲーションシステムを、何百万もの小さな働き手（ニューロン）が、道を見つけるために絶えずおしゃべりをしている、活気にあふれた混沌とした都市だと想像してみてください。長年、科学者たちは「スプリッター細胞（splitter cells）」と呼ばれる特定のグループの働き手に魅了されてきました。彼らは脳の「交通整理の警官」だと考えてください。たとえ全く同じ場所に立ち、同じ方向を向いていたとしても、あなたが交差点に到達し、左に曲がるか右に曲がるかを決める瞬間にのみ、彼らは光り輝くようです。

長い間、研究者たちは、この交通整理の警官たちが、意思決定という仕事のために特別に雇われた、ユニークな従業員であると考えてきました。彼らは、こうした特別な細胞を生み出すために、脳は非常に特殊で複雑な構造を持っていなければならないのではないかと考えたのです。

実験：ランダムな都市
これを検証するために、この論文の著者たちはコンピュータ上で脳のモデルを構築しました。凝った特注の都市を作る代わりに、彼らは「ランダムな都市」を作りました。想像してみてください。誰からも指示を受けず、人々がただランダムに叫び合っている部屋を。彼らはこのランダムなネットワークに、単純な仕事を与えました。それは、迷路をナビゲートし、交差点で左か右かを選択することです。

驚きの発見
ネットワークは完全にランダムであったにもかかわらず、それは迷路を解くことを学習しました。そして、何が起きたと思いますか？ スプリッター細胞が自然に現れたのです。 まさに実際の脳の中で起きていることと同じように、これらの「交通整理の警官」は、エージェントが意思決定を行うのを助けるために、混沌の中から出現したのです。このことは、これらの細胞を得るために特別な設計図は必要ないことを示唆しています。ランダムなネットワークがナビゲーションをうまく学習すれば、それらは自然と現れるのです。

「抜き打ちテスト」：システムを壊す
ここからが、この物語の最も面白いところです。研究者たちは、「モグラ叩き」のようなゲームをすることに決めました。彼らは体系的にスプリッター細胞を見つけ出し、「病変（lesion）」させました（つまり、シミュレーション内でそれらをオフにするか、取り除いたのです）。

• 彼らが予想したもの： エージェントは道に迷い、混乱し、その「交通整理の警官」がいなくなったために迷路の攻略に失敗するだろう。
• 実際に起きたこと： エージェントは完璧に走り続けました！

ほとんどの場合、古い交通整理の警官を取り除くと、新しい警官がネットワークの別の場所で自然に現れました。 システムは即座に再編成されたのです。これら特定の細胞を使わずに迷路を解ける、別の目に見えない戦略を用いて解決した稀なケースを除いて、システムは即座に自己組織化しました。

大きな全体像
研究者たちは、仕組みを詳しく調べるために、特別な数学的なレンズ（部分空間アライメント／subspace alignment）を使用しました。彼らは、特定の働き手は変わっても、会話の全体的な形は変わらないことを発見しました。それは、サッカーチームの全選手を新しい人たちに入れ替えたとしても、チームが依然として全く同じフォーメーションでプレーし、試合に勝ち続けるようなものです。「幾何学的な構造」は、個々のニューロンが回転したり移動したりしても、維持されていたのです。

まとめ
この論文は、スプリッター細胞は魔法ではないということを教えてくれます。彼らは、脳が機能するために「必要」とされる、特別にプログラミングされたヒーローではありません。むしろ、複雑な経路をうまくナビゲートすることを学習したあらゆるネットワークの、自然な副産物なのです。

それは、暗い部屋の中で出口を見つけようとしている群衆のようなものです。ある人が「左！」と叫び、別の人が「右！」と叫ぶのが見えるかもしれません（それがスプリラー細胞です）。しかし、もしその二人の声を封じても、群衆はパニックに陥りません。物事を進めるために、誰か他の人がすぐに「左！」あるいは「右！」と叫ぶでしょう。意思決定は不可なるものですが、その叫び声を上げている「特定の人物」は、必ずしも不可欠ではないのです。脳は、これらの特定の「交通整理の警官」がいてもいなくても、問題を解決できるほど柔軟なのです。