原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
あなたの脳には、世界をナビゲートするのを助ける 2 つの特別な作業チームがあると想像してみてください。**「場所チーム」と「グリッドチーム」**です。
- 場所チーム（海馬に存在）は、地図上の「あなたが今ここ」というピンとして機能します。彼らは、あなたのリビングルームのソファのように、1 つの特定の場所にいるときだけ点灯します。
- グリッドチーム（内側嗅覚野に存在）は、方眼紙のように機能します。彼らは、あなたがどこへ行っても、距離と方向を測定するための普遍的な座標系を作り出すために、どこへ行っても繰り返される六角形のパターンで点灯します。
大きな謎
長い間、科学者たちは「ニワトリと卵」のようなパズルに立ち往生していました。場所チームとグリッドチームは互いに接続し、助け合っていますが、発達の過程で両者はどのようにして現れるのでしょうか？
- グリッドチームがまず地図を作り、場所チームが単に場所を選ぶのでしょうか？
- それとも、場所チームがまず場所を見つけ、グリッドチームがその周りに地図を作るのでしょうか？
ほとんどのコンピュータモデルは、この問題を解決しようとして、まず一方のチームを作り、その後にもう一方を出現させるよう強制するものでした。それらは、両者が自然に共に成長する様子を正確に捉えきれていませんでした。
新しい解決策：予測ゲーム
この論文は、脳を予測的な推測ゲームとして扱う新しいコンピュータモデルを紹介し、この謎を解きます。
あなたが直前に見たものや移動の仕方に基づいて、次に何が見えるかを推測するビデオゲームをプレイしていると想像してください。
- 左に曲がれば、左側の壁が見えると予想します。
- 前に進めば、景色が移動すると予想します。
研究者たちは、すべてのニューロンが「Go」信号（興奮性）か「Stop」信号（抑制性）のどちらかであるという規則に従う、単一の統合された「ニューロン」（コンピュータノード）のネットワークを構築しました。彼らはこのネットワークを、「場所細胞になれ！」や「グリッド細胞になれ！」と教えることなく、単に次に何が見えるかを推測することに特化させるよう訓練しました。
魔法のような結果：共発現
驚くべきことに、ネットワークが推測ゲームを上手になるにつれて、両方のタイプの細胞が特別な指示なしに自発的に現れました。
- 一部のニューロンは場所チームのように振る舞い始めました（現在の視覚を再構築するために特定の場所に焦点を当てる）。
- 他のニューロンはグリッドチームのように振る舞い始めました（移動を予測するためにパターンに焦点を当てる）。
これは、謎を一緒に解こうとする人々のグループのようなものです。「探偵」が誰で「地図作成者」が誰かを指示されなくても、パズルを解く最も効率的な方法であるため、自然にその 2 つの役割に分かれます。
なぜこれが重要なのか
このモデルは単にこれらの細胞を作っただけでなく、複雑な状況において実際の動物の脳と全く同じように振る舞いました。
- ヘアピン迷路: 道が自分自身にループして戻る場合、グリッドパターンは実際の実験で起こるのと同じように崩壊します。
- 壁の除去: 壁が消えると、異なる部屋からのグリッドパターンは、現実で起こるのと同じように融合します。
- 飛ぶコウモリ: 自由に飛ぶコウモリで見られる 3 次元のグリッドパターンさえも再現しました。
- 発達: 「場所」的思考のスタイルが「グリッド」スタイルよりもわずかに先に現れる傾向があることを示し、赤ちゃんの動物が成長する過程で私たちが目にする現象と一致しました。
結論
この論文は、脳がこれらのナビゲーションシステムを構築するために 2 つの独立した設計図を必要としないことを示唆しています。代わりに必要なのは、たった 1 つのシンプルな目標です。**「次に何が起こるかを予測する」**こと。
これをうまく行うために、脳は自然に 2 つの相補的な戦略を発達させます。
- 再構築: 「今、この特定の場所はどう見えているか？」（場所細胞）。
- 予測: 「もしこの方向に動けば、次に何が見えるか？」（グリッド細胞）。
「次の視覚を推測する」という単一のゲームをプレイすることで、脳は自然に「あなたが今ここ」というピンと「方眼紙」の地図を同時に構築します。
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