脳の本質 いかにしてヒトは知性を獲得するか

乾敏郎 / 門脇加江子

なぜ細胞の集合体である脳から自我が生まれ、感情が湧くのか。
どうして相手の心がわかるのか。脳はいかに言語を操るのか。
そもそもなぜ生命を維持できるのか。鍵は、脳がする「予測」と予測誤差の修正だ。
本書では、知覚、感情、運動から、言語、記憶、モチベーションと意思決定まで、脳が発達する原理をひもとく。
子どもの学習や障害、意識の構造も一望。
人類に残された謎である、高度な知性を獲得するしくみを解き明かす。

まえがき

第１章 脳の本質に向けて
脳科学の祖ヘルムホルツ 世界が止まって見える理由 幸運な出会いから科学の爆発へ サイバネティクス 悪魔的天才と呼ばれたフォン・ノイマン シャノンの情報理論 人間の能動性と心の発達 予測と模倣 シュレーディンガーの仮説

第２章 五感で世界を捉え、世界に働きかける
知覚・運動機能に関する脳研究の夜明け ホムンクルスの発見 知覚とは何か 脳内の階層的処理によって生まれる知覚 脳はどのように推論するのか 推論の基本――ベイズ推論 脳の推論メカニズムを探る フリストンの自由エネルギー原理 予測誤差最小化を実証する 運動制御 知覚と運動の循環 注意機能とニューロン反応の同期 視覚と運動を統合するミラーニューロン まとめ

コラム１ 感覚統合――異種感覚を統合する

第３章 感情と認知
感情に関する脳研究の夜明け 感情はどのように決定されるのか外環境と内環境 内臓状態の知覚と運動 ホメオスタシスとアロスタシス アロスタシスの仕組み 内受容予測符号化 内臓感覚皮質の構造と感情 内受容感覚と自閉症 感情の発達 まとめ

第４章 発達する脳
発達・学習研究の夜明け 人間の視覚野の臨界期 ヘブ則からＢＣＭ理論へ 赤ちゃんの手腕運動 じーっと見る赤ちゃん 発達の原理 動機づけのメカニズム 滑らかな運動を司る小脳知識を書き換える赤ちゃん ＧＡＢＡの役割と神経発達症（発達障害）との関係 まとめ

コラム２ ヘブの洞察力

第５章 記憶と認知
記憶研究の夜明け 海馬損傷の患者 過去の記憶は海馬にはないのか エピソード記憶は多感覚である 海馬の役割 二つの発見――エピソードの予測と時系列化 記憶を再構成する 睡眠は記憶の強化と要約を行う 概念細胞の発見 場所細胞の発見 運動予測――ボールを見てバットを振る 身体化による
認知 メンタルシミュレーションの仕組み まとめ

コラム３ 海馬の機能――出来事の順序を記憶し、再生する

第６章 高次脳機能――知識、言語、モチベーション
モノがわかるとは何か 二つの視覚系経路 動的概念の獲得から言語獲得へ 意図の理解 言語の基礎とブローカ失語 名詞と動詞の理解 目的語の理解 文の意味理解 チョムスキーの生成文法 予測しながら会話する モチベーション（動機づけ）とは何か 人間行動の基礎理論へ 再び注意と視線移動行動の決定とモチベーション 予測誤差とドーパミン 好奇心はどこから来るのか まとめ

第７章 意識とは何か
意識の科学 意識の神経相関 意識の芽生え ホメオスタシス感情と痛み 自己意識――自己主体感・自己所有感・自己存在感 錯覚 後付け的再構成（ポストディクション） 認知や意識の上書き メタ認知 人工知能と脳科学の接点――対照学習 まとめ

終 章 脳の本質

あとがき

参考文献

索 引

• カテゴリ: ビジネス・実用
• ジャンル: 学術・語学 / 医学
• 出版社: 中央公論新社
• 掲載誌・レーベル: 中公新書
• ページ数: 264ページ
• 電子版発売日: 2024年11月20日
• コンテンツ形式: EPUB
• サイズ(目安): 10MB

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脳の本質は予測。
そのために記憶があり、海馬から大脳皮質に出来事がエピソードとして残され、海馬もそのリンクに関わっていく。記憶、知識がベースとなって脳は様々なモデルを作り、ベイズ統計学的な予測を立て、実際に体の内部、外部で感知するずれをミニマイズしていく。不確実性の多寡がネガティブ、ポジティブな感情を生じさせる。それが外部の探索の必要性を作り、意識も生んでいくことになると著者は考えている。
よって、脳以外の基幹も脳と同じように重要であ。

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「人が考えること」「意識的に行動すること」が、脳の各所によって処理されているという仕組みと学ぶ。その脳は、生まれ持ったものだけではなく、育った環境や経験によって発達の度合いも異なり、さらにニューロンという神経細胞の伝達のパターンまでもが変化する――これが、人が「それぞれ違う」ということの科学的な裏づけと言えるのだと思う。

この前提に立つと、「自分が正しい」と思っていることも、あくまで「自分という存在の中で培われた基準」に過ぎないということが見えてきます。つまり、他人にも他人の脳があり、他人の基準がある。そのことを意識するだけで、人との接し方が変わってくると感じた。

自分が他人と接するとき、「自分の基準に合わせてもらうべきか」「相手の基準をそのまま尊重するべきか」という問いが生まれます。この思考の往復運動そのものが、きっと成熟への一歩と思います。そして、仕事のように「共通のルール」がある場では、「決められたことに従う」ことが、ひとまずのよりどころになる考えに至った。

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【この本のテーマ】
人間の脳がいかにして知性を獲得するのかを紐解きながら、その知識を日々の生活に活かしたり、そもそも人間とはなんなのかを考えるきっかけを与える。

【概要】
全８章をかけて、脳科学の歴史と脳が持つ機能や学習・発達のメカニズムが述べられている。
脳の研究自体は古代ギリシャ時代からあるものだが、高次機能研究は1800年代後半にヘルマン・フォン・ヘルムホルツが基盤を築いた。ヘルムホルツは、我々が見ている世界は脳が推論して作り上げているということを提唱したり、「位置の恒常性」を解明したりしたが、さらに重要な発見は「自由エネルギー」という概念を導き出したことだった。自由エネルギーとは、脳の予測と現実とのズレ（誤差）を表す指標であり、ズレが大きいことを自由エネルギーが高い（不確実性が高い）、ズレが小さいことを自由エネルギーが小さい（不確実性が低い）と表現する。（１章）
後のカール・フリストンは、この自由エネルギーの概念をもとに「自由エネルギー原理」を考案した。脳は自由エネルギーを最小化することで生命を維持しているといい、この原理によってこれまで説明し得なかった多くの脳機能と神経回路の関係が説明できるようになった。たとえば身体運動では、脳の予測にもとづいて筋肉を動かし、実際に得た知覚のフィードバックを繰り返し、その誤差を最小化していくことで狙い通りの運動を実現・習得する。（２章）
感情においては、自由エネルギーが高まる状態、つまり不確実性が高くなるときにネガティブな感情（恐れなど）になり、不確実性が下がるときにポジティブな感情（希望、安心）になる。（３章）
このようにして人間はあらゆることを「予測」しながら活動しており、会話やモチベーション、意識にまで、自由エネルギーが関わっている。（６、７章）
これらから導き出せる「脳の本質」は、「予測」である。より具体的には、①環境を知る、②複数データに基づき推論する、③誤差を修正する、④環境に働きかける、⑤神経修飾物質で精度をコントロールする、⑥世界のモデルを学び続ける。（終章）

【印象に残ったポイント】
本書で紹介されるすべての人間の活動が「予測」とその「誤差の修正」によって成り立っているという点。
また、さまざまな認知を担う脳の部位がかなり詳細に特定されていること。
ラバーハンド錯覚など、どこかで聞いたことのある実験がたくさん紹介されている。

【気づき】
これまで自分は「生成AIは単に言葉の繋がりを予測しているだけであり、人間とはやっていることが全然違う。AIが人間を超えることはまだまだ遠い未来なのでは」と漠然と考えていた。
しかし本書を読むと、人間の活動はほぼ予測によって行われているということを目の当たりにし、生成AIは人間がやっていることそのものだという理解に至った。そして人間が過去の経験・知見をもとに予測・誤差修正をしていることに対して、AIには人間では処理しきれないほどの膨大なデータに基づいたアウトプットが出せる性能がある。
このように考えると、AIが人間を超えるのは時間の問題だな、と考えを改めるようになっし、AIが人間の理解を超える（自由エネルギーが高騰）し、不安でたまらない世の中になってしまうのではないかと考えるようになった。
そのとき、自分も含めて人間はどのような挙動を示すのだろうか？

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【はじめに】
自由エネルギー原理の解説書としては今までで一番わかりやすい。著者は『脳の大統一理論 自由エネルギー原理とはなにか』という解説本も書いているが、こちらは数式もたっぷりで決してわかりやすいとは言えなかった。本書は、新書というフォーマットであることもあり、本の構成も説明もやさしい。本当にわかっている人が丁寧に書くととてもわかりやすいものになるという実例になっている。

【本書の内容】
この本の軸は、カール・フリストンが提唱した自由エネルギー原理にある。この原理はあらゆる脳機能が自由エネルギーという評価関数が最小になるように設計されて動作しているというものである。ここで言う脳機能には認識だけでなく、運動や探索も含まれる。さらには内環境感覚とその制御(ホメオスタシス)や感情もこの原理で説明可能であるという。現在、この原理が脳の働きを説明する大統一理論として期待されている。
著者はヘルムホルツの法則、ベイズ統計、深層学習、ヘブの法則などの説明を通して説明していく。また最新の脳生理学の観点から、ミラーニューロンやガンマ波の同期、眼球のサッカード運動、胎児の動作学習、海馬による記憶再生などを解説し、自由エネルギー原理との関係を説明する。
自己意識についても、まずは世界の予測であるとして、ここからいかにして自己意識を構成する自己主体感、自己所有感、自己存在感が生まれているのかの仮説を提示する。自己意識をこの三つの要素に分解して考えるというのはこれまで意識することはなかったが、説明してもらうと確かにこの三つはいったん分けて考えた上で総合するべきだと腑に落ちた。ここからAIは自己意識を持ちうるのかという議論をしてみても面白い議論になるだろうなと期待する。
すべてが予測であるということについてはそれをある程度裏付けるポストディクションの話が興味深い。自己主体感が基本的には正しい意味で錯覚に基づくものであることもよくわかる。われわれの自己認識が、未来の状態の予測と過去の状態から現在を予測するということを繰り返すという絶え間ない脳の働きから生まれるのではないかと考えられているということも理解できた。

【脳の本質】
タイトルの『脳の本質』の答えとして、著者らは脳機能の本質は「予測」であると結論づけた。われわれが知覚するのは構築した世界モデルに対する予測した世界なのだ。運動を含めて予測誤差を最小化するサイクルが常に働いて感覚データとの誤差を合わせこむようにして後付けしたものだという。
認識や意識に関する実験がおおむねその仮説を支持していることから、「予測」と「学習」がその基礎にあることは間違いないだろう。以下が終章にまとめられた著者が考える脳で何が起きているのか(=脳の本質)である。著者の考えが比較的シンプルにまとまっていることとともに、意識の問題を考えるにあたってのベースにもなりうると考えるのでいったんここに書き写してみた。

① 環境を知る
・脳の最重要課題は生命維持である。そのために身体内外の環境を性格に把握するよう努める。
・私たちは感覚を通じて世界を推論しているのであり、それを直接知ることはできない。
・知覚している世界は、現実の世界ではなく、予測された世界である。
・私たちは、自分が作り上げた「世界に対するモデル」に基づいて予測する。
・脳は予測を行うための推論エンジンである。
② 複数データに基づき推論する
・正確な推論のためには、単一ではなく複数の感覚データを利用する。
・多感覚を利用するには統合が必要である。感覚統合は、ベイズ推論に基づく(ベイズ統合)。
・ベイズ統合は、信頼性(精度)により各感覚データに重みづけがされる。
・複数時点の感覚データを使い、現在の状態を推論する。情態がいかに推移するか(時間変化、時系列)も推論している。
③ 誤差を修正する
・予測で生じる誤差は側役正しいものに修正され、修正されたものだけが知覚される。
・環境の推移とともに予測するため、必然的に過去に遡った修正が必要となる。
・過去の修正とは、記憶の書き換えである。
・現在の状態を決定するために、過去の状態に基づく予測、また未来の状態からの後付けがなされる。
④ 環境に働きかける
・現在の状態を推論するためにも、私たちは世界に働きかけ、反応や変化を見る。
・未来において生体が望ましい状態を維持できるよう、適切な行動(運動)が選択され、実行される(アロスタシス)。
・私たちは予測可能で、組織化された世界を好む。行動は、目標達成と不確実性を低下させることを目的に実行される。
・不確実性を低下させるため、置かれた環境を的確に知る探索行動を取る。その際、環境から最大の情報が得られるような方法が選ばれる。視線移動もこのように決定される。
・環境の不確実性が低下すると、次に望ましい状態を達成する行動に移る。
⑤ 神経就職物質で精度をコントロールする
・脳内の予測信号や予測誤差信号の精度をコントロールするのが神経修飾物質である。
・アセチルコリンによって予測誤差の精度を上げると、対象物をより正確に捉えることができる。注意を向けることによって、感覚信号に対する予測誤差の精度を高める。
・モチベーションは、行動の結果得られる報酬量と不確実性の低下量によって決定される。ドーパミンによる制度制御と関連する。
・不確実性が低下すればポジティブな感情が生まれ、不確実性が増加すればネガティブな感情が生まれる。
・精神疾患や神経発達症の特徴は、神経修飾物質が精度をうまくコントロールできないことで説明される。
⑥ 世界のモデルを学び続ける
・私たちは環境の変化に関するモデルを学習する。このモデルは、現在を推論する以外に、未来を予測するためにもある。
・世界を探索し、世界に関する適応的で予測可能な知識を使うことで、こうしたらどうなるか、ああしたらどうなるかといった疑問に答える能力を鍛えている。そのため外環境(世界)のさまざまな知識をつねに学習し、記憶しなければならない。
・予測誤差が生じた場合、モデルを書き換える。世界に対するモデルはつねに修正され昂進される。
・経験した多くの感覚や自分の運動も記憶される。一つのエピソードを構成する感覚や運動のインデックスが海馬にある。インデックスに紐づけられた、大脳新皮質の活性化があって、記憶の再現が可能となる。
・記憶の役割は、過去の出来事を思い出すこと(リプレイ)の他に、未来の出来事をイメージすること(プレプレイ)である。いずれも海馬が担う。

【まとめ】
自由エネルギー原理が、知覚、運動、感情などを統一的に説明可能であり、かつ数理モデル化が可能であることから個人的にも近年における非常に重要なステップだと思う。本書は数式をほとんど使わずに自由エネルギー原理を説明してくれており、その分野に興味をもっている人にはぜひ広く読まれてほしい本である。
同時に本書内でも言及されているが、現在のGenAIの動作原理とも整合性があるところも多く、それが自由エネルギー原理の正しさを不完全ながらも裏打ちをするものでもあり、またAIの意識についても理論的に議論することができる素地が整いつつあるのかと思った。
硬派だが、難しい内容をとてもReadableにまとめており、その射程も(あるレベルにおいて)一般的な興味とも重なる部分もあるというとても優れた本だと思うので、あまり意識とか興味がないという人にもおすすめ。そういう人が読んでどういう感想を持つのかも興味がある。

[ブクログ · ★★★★☆]

脳の本質は「予測する」こと。
その予測を修正する機能。
過去、現在、未来の不確実性を最小化する。
まだ咀嚼しきれていないけれど、とても興味深い内容が多かった。

[ブクログ · ★★★★☆]

第一章：脳の本質に向けて、第二章：五感で世界を捉え、世界に働きかける、第三章：感情と認知、第四章：発達する脳、第五章：記憶と認知、第六章：高次脳機能、第七章：意識とは何か、終章：脳の本質。脳機能の本質は「予測」である。我々は感覚データそのものを見たり感じたりすることはできない。世界に対する知識（生成モデル）に基づき「予測」した世界である。シナプスで発火する信号によって形作られた世界なのだ。
2025.06.29　再読　前よりも理解しやすくなった。脳がする「予測」と予測誤差の修正がキーであるという。

[ブクログ · ★★★★☆]

不思議に思わないか。
なぜ細胞の集合体である脳から自我が生まれるのか。意識が生じるのか。
そんな単純疑問の答えに辿りつきたくて手に取る。

しかしながら、答えはそう簡単に見つからない。
が、ヒントは得ることができた。鍵は、脳がする「予測」と予測誤差の修正だ。
本書第７章にそのヒントが書かれている。
「意識は、側頭葉、頭頂葉、前頭葉の神経活動と相関している。そして、未来の不確実性を考え、その不確実性が最小になるような行動を選択する機能をもって初めて、意識が芽生える」
分かるようでよくわからない。もう少しでたどり着けそうな気もする。

[ブクログ · ★★★☆☆]

うーん、結構難しかった。
脳がする「予測」と予測誤差を最小化していくのがポイントということは理解しました。
再読したらもう少し理解できるかしら。