中原ラボの研究

私達の研究に関する入り口として入門リーディング・記事等をこちらで紹介しています。
本ページで紹介している内容と合わせてぜひ目を通してみてください。

どちらにしようかな…」「あの人はどう思うかな…」すべては脳の計算である

私たちの研究室は、人が行動を選択するとき、また相手の気持ちになって考えるときの、脳の働きを知りたいと思っています。その解明のために、実験と理論の研究を並行して進め、またその協同や融合研究を行っています。実験では「ヒトfMRI」、理論では「脳計算モデル」や脳の理解と応用に資する「数理や解析技術開発」などの研究を行っています。

人間や動物のしなやかな知能や行動の根幹にある「意思決定と学習」と、私たちの日常でもっとも大切な「社会知性」に関心を持っています。そして、『これらの脳機能は脳活動によって実現され、それは脳の計算つまり情報処理である』と捉え、その脳計算を知りたいのです。そのためには、「脳数理」と「脳型知能」そして「脳データの解析技術」の発展も重要と考えています。

意思決定と社会知性の脳計算を究めることで、私たち人間の深い理解、ひいては心のありかたの理解や心の疾患の診断・治療・予防への新たなアプローチ、脳に学ぶ次代の数理工学や脳型知能開発、そしてより良い社会制度検討への貢献をめざしています。

キーワード
  • 理論脳科学
  • 計算脳科学
  • 数理脳科学
  • 融合脳科学
  • ヒトfMRI

理論と実験から意思決定の脳メカニズムに迫る

中原ラボの研究[意思決定の脳メカニズム]のイメージ画像

意思決定と学習は、人間や動物の適応的な知能と行動の根幹です。なかでも、選ぼうとする行動から得られる報酬の予測と、それをもとにした意思決定はその土台です。人間や動物は経験の中から、より的確な報酬予測と、より報酬を得られる意思決定や行動選択を学習します。この報酬をもとにする学習と意思決定の脳メカニズムと脳計算を明らかにすることを目的とします。この解明のために、強化学習などの計算理論と心理実験・脳活動計測などの実験を組み合わせて研究を進めています。

たとえば、こんなことに興味を持っています

報酬をもとにする学習と意思決定の脳計算論の発展

強化学習の脳計算論を土台に、最新の脳科学の実験的知見を利用して、価値意思決定と学習の脳計算モデルを構築またはヒトfMRI実験を利用してその検証をします。たとえば、強化学習と表現学習(教師なし学習)、 モデルフリー強化学習と外界情報の構造学習(モデルベースド)の協同、これらの学習とベイズ推論を統合する学習。

報酬をもとにする学習と意思決定の脳計算から、より広い脳機能理解への発展

強化学習と価値意思決定にもとづく、情動と感情、推論と計画などをも含む脳計算の理解。そのモデル構築または実験的検証。あるいは、その道のプロ、エキスパートは計り知れない卓越したスキルと着眼をもっています。そんな「スキルの獲得」や「気づき(注意)の発現」の脳機能理解。

これらの学習と意思決定を実現する神経回路モデル

中脳のドーパミン神経細胞や線条体などの大脳基底核や皮質下神経回路そして前頭葉回路。これら回路での効率近似計算と学習のアルゴリズム。情動や感情を意思決定に統合する脳計算の回路メカニズム。ドーパミン神経細胞報酬予測誤差仮説を革新する脳計算モデル(報酬構造学習)。

新たな規範的理解の創出

これらの脳計算の理解から、新たな規範的理解の創出。神経経済学への展開

これらの研究テーマに、「脳計算モデルをつくる」「ヒトfMRI実験をする」「実験と理論の協同・融合研究」、またときには「動物実験の研究室のデータを利用する共同研究」からアプローチしています。

キーワード
  • 意思決定
  • 報酬予測
  • 価値判断
  • 強化学習
  • 大脳基底核
  • 前頭皮質
  • ドーパミン神経細胞
  • 神経経済学
  • 表現学習
  • モデルベースド
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社会知性の脳計算を明らかにする

中原ラボの研究[社会知性の脳計算を明らかにする]のイメージ画像私たちの日常生活の大半は何らかの社会行動です。その脳機能の解明は、すなわち「ヒト」を理解することにつながります。

社会行動の根幹には、他者の心や行動を推断できる社会知性があります。この社会知性の脳計算を明らかにすることを目的とします。特に社会的意思決定を中心に、ヒトfMRI実験と脳計算論の協同・融合を重視して研究を進めています。

たとえば、こんなことに興味を持っています

「心の理論/シミュレーション」を「心の脳計算論」にする

他者の心(状態、意図、感情など)の推測/他者の行動の予測/それらに基づく自らの行動の調整などがいかに実現されるか。脳内他者モデルの学習とそれを用いた社会的意思決定の脳計算への発展。心理物理・行動経済などの実験エッセンスと計算理論の定量性から、複雑な社会行動の土台になる脳計算の基本要素の解明。

社会的特性の脳計算の解明

共感などの社会的情動、社会規範や集団心理などの社会的判断、あるいは個人差(自己と他者あるいは他者間の特性の違い)、これらの社会的特性の学習とそれを利用した社会的意思決定の脳計算の解明。

「データ解析技術」の脳情報・脳解読と協同

社会知性と社会的意思決定の個人差、ひいてはその障害や疾患の理解・診断・治療・予防への新たな提案。

これらの研究テーマに、「脳計算モデルをつくる」「ヒトfMRI実験をする」「実験と理論の協同・融合研究」からアプローチしています。

キーワード
  • 社会知性
  • 社会的意思決定
  • 心の理論
  • 計算精神医学
  • 社会脳科学
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数理で次世代の脳科学と脳型知能に貢献

中原ラボの研究[数理で次世代の脳科学と脳型知能に貢献]のイメージ画像脳機能を理解するための革新的な「1.データ解析技術」の開発と、脳機能にヒントを得た「2.学習や計算の数理」の発展を目的とします。

1.データ解析技術:脳情報と脳解読

脳科学においても、実験計測技術の発展から、「ビッグデータ」「データ中心科学の側面」が増しつつあります。データから情報を十分に引きだすデータ解析手法の開発、その脳情報からより詳細に脳計算を読みだす脳解読技術の発展が大切です。脳ビッグデータ一般への興味とともに、ヒトfMRIデータでの展開に特に留意しています。

たとえば、こんなことに興味を持っています

ヒトfMRIモデル化解析の革新

モデル化解析に、たとえば、ニューラル・ディコーディング(脳解読)や近年のヒトfMRIデータ計測の時空解像度の向上などを取り入れ、脳計算の詳細と脳情報流の解析を刷新。

トップダウンとボトムアップのデータ解析手法の融合

モデル化データ解析と脳解読解析または脳回路データ解析と脳活動データ解析の融合。

新たなアプローチの提案と検証

これらの解析手法の革新を用いた、意思決定や社会知性の個人差や障害・疾患への新たなアプローチの提案と検証。計算精神医学への展開。

脳ビッグデータの解析手法の開発

データの特徴、たとえば時系列、因果構造、高次相互作用あるいはスパース性などを利用する解析手法の開発。脳計算の問いに、数理の洞察を活かして、応える解析手法の開発。

2.学習や計算の脳数理:脳型知能への発展

脳は驚くべき情報処理を適応的に行っています。高次元かつ大規模な情報(ビッグデータ)を瞬時かつ柔軟に処理し、さまざまな機能を実現しています。それらは、新たな効率計算・学習理論のヒントの宝庫です。

たとえば、こんなことに興味を持っています

脳情報処理と脳計算の原理、そのアルゴリズム、脳型人工知能へ

強化学習と表現学習(教師なし学習、ディープ・ラーニング)と構造学習(感情・計画・推論)。高次特徴と効率計算(パターン認識と言語・記号処理)。情報幾何と学習理論。大脳皮質や大脳基底核回路での効率近似推論と学習のアルゴリズムの解明(ベイズ推論(近似)など)。

キーワード
  • 脳情報
  • 脳数理
  • 脳解読
  • モデル化解析
  • 情報幾何
  • ビッグデータ
  • データ中心・データドリブン
  • 統計情報科学
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将来に向けて

社会知性の脳機能の解明は、将来の人間総合科学の要になると思います。社会行動の研究、もっと広く言えば、“文系の質問”を脳科学において問いかけ可能な設問に変えて、脳計算として明らかにしていくことが大切だと考えます。

社会知性を含む意思決定と学習の脳計算理解は、その個人差や障害・疾患への理解を深めます。さらに、計算精神医学という新分野、障害・疾患の診断・治療・予測への新たなアプローチの創出につながります。また神経経済学の発展を促すことで、経済などの社会行動の理解を一段と深めることが期待されます。社会の中で、私たちが行う様々な意思決定が、いずれ脳計算の観点から理解できると考えています。それはまた、脳計算理解からヒトにやさしい社会の制度やシステムの未来を考えることにつながります。

脳計算は、脳回路における情報処理、つまり脳の物質原理と情報原理をつなぐ重要な鍵です。また、行動と脳活動を情報処理という具体性をもってつなぐ言語になります。その言語の普遍性は、脳科学はもとより、文化・社会・経済・心理などを含む人文・社会科学を包括する人間総合科学の土台となり、工学や計算機科学あるいは物理・数学などの数理科学全般との共通言語にもなります。社会知性のみならず、情動や感情、計画や推論、ひいては言語を含む脳の様々な意思決定と学習の脳計算理解が新たな脳型人工知能の開発につながります。

キーワード
  • 人間総合科学
  • 神経経済学
  • 計算精神医学
  • 社会脳科学
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