クオリア構造と対応する情報構造の脳活動からの抽出

• 研究領域: クオリア構造と脳活動から得られる情報構造の関係性理解
• 研究課題/領域番号: 20H05712
• 研究種目: 学術変革領域研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 学術変革領域研究区分(Ⅰ)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大泉 匡史 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (30715371)
• 研究期間 (年度): 2020-10-02 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 23,140千円 (直接経費: 17,800千円、間接経費: 5,340千円); 2022年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2021年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: 意識 / クオリア / クオリア構造 / 教師なしアラインメント / 最適輸送 / Gromov-Wasserstein距離 / 情報 / 統合情報理論

研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、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。特に、意識の本質的な性質を情報と統合にあると考え、神経細胞間で統合された情報のパターン（情報構造）とクオリアが対応する、という仮説の検証に取り組む。具体的には、B01山田が得る脳活動データから抽出する情報構造と、A01土谷が大規模心理物理実験によって抽出するクオリア構造との対応関係を見ることで、クオリア構造と情報構造とが対応するかを明らかにする。

研究成果の概要

我々は、異なる個人の主観的体験（クオリア）を、個人間のクオリアの対応関係を予め与えずに比較する手法を開発した。これは個々の感覚（例えば赤を見た時の「赤」のクオリア）が同一であると仮定せず、クオリアの関係性（クオリア構造）のみから比較するものである。この方法を色の類似度データや物体の類似度判断のデータに適用し、異なる被験者間でクオリア構造が対応することを示した。一方、定型と非定型色覚の被験者間ではクオリア構造は一致しないことも示した。さらに、この手法を用いて脳活動の構造とクオリア構造との対応関係を調べることで、どのような脳活動がクオリアと対応するかという問題に取り組むことが可能となる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

個人の主観の質（クオリア）は定量化することが不可能なのものと考えられてきた。我々はクオリア同士の関係性（クオリア構造）に着目し、個人間でクオリア構造同士が対応するかどうかを、定量的に比較する新しい数学的な方法論を提案した。この方法論は従来法とは異なり、予め自分の「赤」の主観が他人の「赤」の主観と対応することを仮定しないで、関係性の観点から自分の「赤」が他人の「赤」と対応するかどうかを調べる。このような主観的な構造の比較を通して、従来不可能と考えられてきた自分と他者のクオリアの類似性を定量的に評価することが可能となった。この枠組みで主観と脳活動との対応関係を調べることも可能となる。

研究成果

• [国際共同研究] Monash University(オーストラリア)
• [雑誌論文] Is my "red" your "red"?: Unsupervised alignment of qualia structures via optimal transport (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawakita Genji、Zeleznikow-Johnston Ariel、Takeda Ken、Tsuchiya Naotsugu、Oizumi Masafumi
  • 雑誌名: PsyArXiv 巻: -
  • DOI: 10.31234/osf.io/h3pqm
  • 国際共著
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 大泉 匡史
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 73 号: 1 ページ: 59-63
  • DOI: 10.11477/mf.2425201466
  • ISSN: 0370-9531, 1883-5503
  • 年月日: 2022-02-15
• [雑誌論文] Bidirectionally connected cores in a mouse connectome: towards extracting the brain subnetworks essential for consciousness (2022)
  • 著者名/発表者名: Kitazono Jun、Aoki Yuma、Oizumi Masafumi
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 33 号: 4 ページ: 1383-1402
  • DOI: 10.1093/cercor/bhac143
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantifying brain state transition cost via Schr?dinger Bridge (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawakita Genji、Kamiya Shunsuke、Sasai Shuntaro、Kitazono Jun、Oizumi Masafumi
  • 雑誌名: Network Neuroscience 巻: 6 号: 1 ページ: 118-134
  • DOI: 10.1162/netn_a_00213
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bidirectionally connected cores in a mouse connectome: Towards extracting the brain subnetworks essential for consciousness (2022)
  • 著者名/発表者名: Jun Kitazono, Yuma Aoki, Masafumi Oizumi
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Information flow in the rat thalamo-cortical system: spontaneous vs. stimulus-evoked activities (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishizu Kotaro、Shiramatsu Tomoyo I.、Hitsuyu Rie、Oizumi Masafumi、Tsuchiya Naotsugu、Takahashi Hirokazu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 19252-19252
  • DOI: 10.1038/s41598-021-98660-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fast, cell-resolution, contiguous-wide two-photon imaging to reveal functional network architectures across multi-modal cortical areas (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Ota, Y. Oisi, T. Suzuki, M. Ikeda, Y. Ito, T. Ito, H. Uwamori, K. Kobayashi, M. Kobayashi, M. Odagawa, C. Matsubara, Y. Kuroiwa, M. Horikoshi, J. Matsushita, H. Hioki, M. Ohkura, J. Nakai, M. Oizumi, A. Miyawaki, T. Aonishi, T. Ode and M. Murayama
  • 雑誌名: Neuron 巻: - 号: 11 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2021.03.032
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Is my “red” your “red”?: Unsupervised alignment of qualia structures via optimal transport (2022)
  • 著者名/発表者名: 大泉匡史
  • 学会等名: Workshop OT 2023
  • 招待講演
• [学会発表] Is my "red" your "red"?: Unsupervised alignment of qualia structures via optimal transport (2022)
  • 著者名/発表者名: G. Kawakita, A. Johnston, N. Tsuchiya, M. Oizumi
  • 学会等名: Mind Brain Body Symposium 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 意識の質(クオリア)と脳活動をつなぐ数理の探求 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大泉匡史
  • 学会等名: 日本視覚学会
  • 招待講演
• [学会発表] クオリア構造の定量化と発達研究への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大泉匡史
  • 学会等名: 日本赤ちゃん学会
  • 招待講演
• [学会発表] Towards elucidating the mathematical relationship between qualia and brain activity (2021)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Oizumi
  • 学会等名: 日本神経科学学会
  • 招待講演
• [学会発表] クオリア構造の定量化に基づく意識の理論の検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大泉匡史
  • 学会等名: CBI学会
  • 招待講演
• [学会発表] Neural manifold alignment for the foundation of brain-to-brain communication (2021)
  • 著者名/発表者名: Genji Kawakita, Masafumi Oizumi
  • 学会等名: 日本神経回路学会
• [学会発表] 色のカテゴリカルな神経表現の獲得 (2021)
  • 著者名/発表者名: 片岡 麻輝, 大泉 匡史
  • 学会等名: 日本神経回路学会