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2021 Fiscal Year Annual Research Report

クオリア構造と対応する情報構造の脳活動からの抽出

Planned Research

Project AreaUnderstanding the relationship between the structure of qualia and the structure of information processing extracted from brain activity
Project/Area Number 20H05712
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

大泉 匡史  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (30715371)

Project Period (FY) 2020-10-02 – 2023-03-31
Keywords意識 / クオリア / 情報 / 統合情報理論
Outline of Annual Research Achievements

我々が物を見た時、音を聞いた時などに感じる、主観的な体験の質(クオリア)は、言語化できない、定量化できないものとされてきた。しかしながら、ある体験に対するクオリアを単体で特徴付けようとするのではなく、他のクオリアとの間の関係性から特徴付けることは可能である。関係性とは例えば、似ている、似ていないという関係性のことを指す。具体的には、「赤」は「ピンク」には似ているが、「青」には似ていないといった関係性である。このような関係性をたくさん集めてくると、「赤」そのものを定量化していることと実質的に同じになる。この考えに基づけば、定量化不可能であると考えられたクオリアは、様々なクオリア同士の関係性が織り成す構造、「クオリア構造」によって、定量化できる。
本研究課題の目的は、クオリア構造によって定量化される、クオリアと脳活動との間にある数理的な関係性を明らかにすることである。
今年度はまず、異なる被験者のクオリア構造同士をラベルなしで比較する, unsupervised alignmentの手法の開発を行った。開発した手法をA01土谷班が大規模心理物理実験によって抽出した、色のクオリア構造のデータに適用して、異なる被験者間でクオリア構造の対応が取れることを示した。
また、ニューラルモデルネットワークを使って、実験で観測されるクオリア構造や神経活動の対応しえる、モデルの学習則の探索を行った。特に、contrastive learningと呼ばれる教師なし学習に着目し、モデルの潜在空間がfew shot learningを可能とする構造を持っていることを示した(片岡, 大泉, 神経回路学会, 2021)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は異なる被験者のクオリア構造同士をつなぐunsupervised alignmentの手法を開発しこと、contrastive learningを用いたニューラルネットワークの潜在空間の研究が進展したことなどから、研究計画は概ね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

今後は今年度の研究成果の論文化を進めていく。また、クオリア構造同士の対応関係を見る上で用いたunsupervised alignmentの手法を、B01班山田が記録する神経活動データにも適用して、神経活動データの構造とクオリア構造同士が対応するかどうかを調べることが課題である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Quantifying brain state transition cost via Schr?dinger Bridge2022

    • Author(s)
      Kawakita Genji、Kamiya Shunsuke、Sasai Shuntaro、Kitazono Jun、Oizumi Masafumi
    • Journal Title

      Network Neuroscience

      Volume: 6 Pages: 118~134

    • DOI

      10.1162/netn_a_00213

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bidirectionally connected cores in a mouse connectome: Towards extracting the brain subnetworks essential for consciousness2022

    • Author(s)
      Jun Kitazono, Yuma Aoki, Masafumi Oizumi
    • Journal Title

      Cerebral Cortex

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 特集 意識 Ⅲ.理論的アプローチ 意識の数理的な理論はどのように実験的に検証されるべきか?2022

    • Author(s)
      大泉 匡史
    • Journal Title

      生体の科学

      Volume: 73 Pages: 59~63

    • DOI

      10.11477/mf.2425201466

  • [Journal Article] Information flow in the rat thalamo-cortical system: spontaneous vs. stimulus-evoked activities2021

    • Author(s)
      Ishizu Kotaro、Shiramatsu Tomoyo I.、Hitsuyu Rie、Oizumi Masafumi、Tsuchiya Naotsugu、Takahashi Hirokazu
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41598-021-98660-y

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fast, cell-resolution, contiguous-wide two-photon imaging to reveal functional network architectures across multi-modal cortical areas2021

    • Author(s)
      Ota Keisuke et al.
    • Journal Title

      Neuron

      Volume: 109 Pages: 1810~1824.e9

    • DOI

      10.1016/j.neuron.2021.03.032

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 意識の質(クオリア)と脳活動をつなぐ数理の探求2022

    • Author(s)
      大泉匡史
    • Organizer
      日本視覚学会
    • Invited
  • [Presentation] クオリア構造の定量化と発達研究への応用2021

    • Author(s)
      大泉匡史
    • Organizer
      日本赤ちゃん学会
    • Invited
  • [Presentation] Towards elucidating the mathematical relationship between qualia and brain activity2021

    • Author(s)
      Masafumi Oizumi
    • Organizer
      日本神経科学学会
    • Invited
  • [Presentation] クオリア構造の定量化に基づく意識の理論の検証2021

    • Author(s)
      大泉匡史
    • Organizer
      CBI学会
    • Invited
  • [Presentation] Neural manifold alignment for the foundation of brain-to-brain communication2021

    • Author(s)
      Genji Kawakita, Masafumi Oizumi
    • Organizer
      日本神経回路学会
  • [Presentation] 色のカテゴリカルな神経表現の獲得2021

    • Author(s)
      片岡 麻輝, 大泉 匡史
    • Organizer
      日本神経回路学会

URL: 

Published: 2022-12-28  

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