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[04: 基本形をつなぐ情報表現はどのように脳内で表現されているのか] |
○人間は、どんな形で３次元の情報を持ってるんでしょうか。先生のお名前をパラパラと検索したなかにも出てきますが、ビーダーマンは基本的な「ジオン（geon）」という形が組み合わさって表現されているんじゃないかという考え方を示してますよね。
http://www.ics.kyoto-su.ac.jp/~fujii/JutenRepo99/sakata.html
でもそれをじゃあ、どういうふうに具体的に情報表現として持っているんだろうということが、僕は以前からよく分からなくて、ピンと来ないんです。
■うん、実はそこはね、分かってないんですよ。
○人工知能の立場からビジョンをやってる先生がたのなかには、基本形があってどうのこうの、という話をされる方もいらっしゃいますよね。それが理屈として非常に正しそうだということは感じるし、納得もするんですが、じゃあどういうふうに……。
■いくつか、それっぽいニューロンというのは見つけてはいるんですけどね。
○それっぽいのというのは？
■たとえば、四角柱と円柱は断面の形が違うだけで全体の形状はだいたい似てるじゃないですか。ジオンですよね。それを見せると、四角柱には反応するんだけど円柱には反応しないっていうニューロンがあるにはあるんですよ。
あと、細長い棒状の刺激に反応するんだけれど、幅を大きくして面状にしていくと反応が弱くなってしまう、逆に細長くのばしていくと、ある程度までは反応が強くなるニューロンとかがありますね。
○へえ……。
■でも、そんなにたくさん見つけてないし、特に形状に反応するニューロンはシステマティックに調べてないんですよ。だから、ジオンのところまではまだ行かないんですね。今、僕たちがやっているのは面の傾きに反応するニューロンで、デビッド・マーの計算理論でいうところの３次元形態を規定する一つ手前までのところです。マーの計算理論はご存じですか？
○ああ、はい。『ビジョン 視覚の計算理論と脳内表現』（産業図書）のマーですね。
■基本形を認識するときには面の傾きの認識が大切で、面の傾きが分かると、その面と面の境目に輪郭ができて３次元的な基本形態がわかるという理論ですが、ニューロンレベルでは面の傾きがわかるという、まだその段階なんですよ。
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[05: 曲面を認識する細胞] |
■いま新しいテーマとしてやってるのは、カーブです。
○カーブ？
■カーブ。曲面です。それを認識する細胞があるだろうということで、勝山君が実験をやってくれています。ケンドリンク図形ってご存じですか？
○ケンドリンク？ なんですか。
■shape indexとcurvednessという二つのパラメータを操作すると、砲弾型の凸面、シリンダー型の凸面、サドル型、シリンダー型の凹面、砲弾型の凹面と連続的に曲面を規定できる数式があるんです。で、おそらく曲面を記述するときにはこれが基本になるんだろうと予測して、shape indexとcurvednessに対してパラメトリックに反応するニューロンがあるかどうかを今しらべてるんです。ぼちぼちと見つかっていて、curvednessに対してだけ選択性を持っているもの、あるいはサドル型だけに反応するニューロンとかが少し見つかっています。
○ふーん……。いろいろな情報表現に対応したニューロンがあるとして、その先はどんなものが予想されているんでしょうか。
■その先は、どういう形で出てくるか。おそらく、面と面の組み合わせ、最終的には基本形ということになるんでしょうけど、どんな組み合わせが重要かというあたりは計算理論をやってる方の助けを借りないとわからないかなと思ってますね。面から基本形までの間に、どういう中間形態のニューロンが出てくるか、予想をつけてもらえると助かります。
もっとも、その手前の段階、たとえば面の傾きを表現するとき、単純に視差に反応するニューロンから、視差の勾配に反応するニューロンができあがる過程、つまり、どうやって視差の勾配を計算するのか、という点も一緒にやっていかないと分からないところですね。視差から曲面についてももちろんそうですね。
○はい。
■どうやって組み上げられてくるのかっていうあたりは理論が伴わないとダメですね。最近は計算理論をやってる若い人たちの中に神経科学に興味を持っている人が多いから、「こういうニューロンがあって、こうなるはずなんだけど」って言えば、誰かがそのうちやってくれるだろうとは思ってるんですけどね（笑）。
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[06: 二つの図形の相対的な位置関係を反映していると思われるニューロンはある] |
○特定の形に反応するようなニューロンは、あることはあるんですね。
■ええ。あるのはあります。ただ、ちゃんと調べてない。
まず第一に、何が３次元的な基本形か、と言われると非常に難しいところがあるんですね。ビーダーマンのジオンは確かに基本形ではあると思うのですが、ジオンの組み合わせでできあがった形は、やっぱり実物とはだいぶん違いますよね。だから、あれが本当に基本形かって言われると、なかなかむつかしいところってありますよね（笑）。
○ええ。
■側頭葉の形に反応するニューロンが調べられたときには、実物を簡素化していって、基本形として使っていますから、３次元形態でも同じような操作が必要かもしれません。
ただ、調べるとなると、取りあえずあれしかないとは思っていますけどね。というのは、今、面の傾きに反応するニューロンを調べていますが、それですらいろいろなパラメータを操作して、確かに面の傾きに反応していると証明するのは大変なんです。３次元形態はそれにさらにパラメータが加わる訳ですから、システマティックに調べようとすると、すっごい複雑になるんですよね。そうするとサルでもってそういうニューロンの性質をしらべることは途轍もなく大変になるんですよ。
○というのは？
■面の傾きを調べる時でさえ、一つのニューロンの性質調べるのに１時間くらいかかるんですよ。すると、形について調べると、たぶん２〜３時間くらいかかっちゃうってことになりますよね。そうすると一日一個か二個しかニューロンが調べられない。論文書くのに必要な個数を集めて、となると２，３年かかっちゃうわけです（笑）。いまはそんなに悠長なことやってると、研究費がもらえなくなっちゃいますよ。でも、やらないわけにはいかないでしょうから、どうするかっていうと、ちょっと言葉は悪いけれど、どのへんである程度見切りをつけるか、どこまで言えばある程度一般化できるか、エッセンスはどこか、それをうまく取り出す研究方法はっていうのが大切になってきますね。
○基本形が組み合わさっていろいろな形ができあがるというあたりは……。
■その質問は、良く受けるけど、やっぱりよくわかりませんね。
○理屈としては分かるんですけども、具体的にはどうなってるのかな、というのも……。
■ヒントはなくはないです。これも英語の論文にはなってないんですけど、頭頂葉には物の相対的な位置関係で反応が変わるニューロン、言い換えると、物と物の相対的な位置関係を記述してるんじゃないかな〜と思われるニューロンがけっこうあったりするんですよね。これもあんまり、パラメトリックには調べてないんですけども。
○どういうことですか？
■ビーダーマンのジオンの理論では、円筒形の横っちょにちっちゃな直方体が何がくっついていると懐中電灯にみえるという具合に、一つの図形に対しての、もう一つの図形の相対的な位置関係がすごく重要ですよね。実際にそういう位置関係に対して反応するニューロンって、なくはないんですよということです。
実験室で見る限りにおいては、円柱とか立方体みたいな基本形に応じるようなニューロンがあって、二つを組み合わせて見せたときに、その相対的な位置関係で反応が変わるニューロンが確かにあることはあるんです。
○ほう。面白いですね。
■ただ、ビーダーマンのジオンの理論は、すべて線画で考えられた理論ですよね。実物ではない。そのあたりのギャップはどうだろうというのはありますけど。たぶん、それほどの違いはないと思いますけど。
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[07: ３次元の形態は意識に上がるか上がらないか] |
○モノをパッと見たときに、すぐに形が分かりますよね。それはどこでやってることになってるんですか。
■Parietal（頭頂葉）ですね。と、言っていいかどうか。いま、すごく問題になっているのは「３次元の形態」っていうのが、ヒトの意識にあがるか上がらないかということなんですよ。
○意識にあがるか上がらないか？
■たとえば、はじめに言ったように、パッとものを掴むとき、相手の形状が意識にあがる必要はないですよね。ないでしょう？ 運動のコントロールのために情報が自動的に垂れ流されればそれでいいわけじゃないですか。
○ええっと……。ああ、そうか。たしかに。
■で、そのことをすごく強く言っているのがカナダの心理学者のグッデール（Goodale）っていう人なんですよ。
「二つの視覚経路」っていう話は今までに聞かれたことあるでしょう。頭頂葉がＷhere、空間視の経路で、側頭葉の経路がWhatの経路だと。このWhereの経路に対して、グッデールたちはHowってことを言ってるんですね。
彼らは「頭頂葉でモノの３次元形態が処理されるんだけど、それは実は意識に上がらないものなんだ、無意識の運動のコントロールに使われる情報なんだ」ってことを、強く主張するわけですよ。
○確認ですが、そこで先生が仰る「意識」っていうのは−−？
■「あ、こういう格好してる」っていうような。僕もね、頭頂葉で処理されている三次元情報が意識に上がるか上がらないかということに関しては悩んでいるんですよ。基本的には、運動のことを考えたら意識に上がる必要はないんだけど、今までサルにやらせてた面の傾きの実験では、面の傾きが同じか違うかということを判断させてるんですよね。だから、傾いているっていうことが分かる、つまり、意識しないとできない課題だから、意識するってことはあるかなって思うんですよね。
しかも、最初にでた面と、次の面を出すまでにすこし待ち時間があるんだけど、その間に最初にでた面の情報を保持しているニューロンというのを筒井君が見つけて論文にしましたからね。
そうするとやっぱり、３次元的な形態っていうもの意識へあがることがあるのかなっていう気はするんだけど、なんか、自分自身ですっきりとしていないんですよね。
○一時期、情報を保持するニューロンっていうのは、ワーキングメモリーみたいな奴ですか。
■そうです。基本的にはそうです。前頭葉にあるのと同じようなニューロンです。頭頂葉では３次元的な形態情報をしばらく保持している、っていうニューロンがあるんですよ。
○そういうものも含めて、今はワーキングメモリーと呼ばれているんですか？
■うーん、単に短期記憶、ショートタームメモリーと言う方がいいかな。論文はそうしています。ワーキングメモリーの定義は混乱していて、心理学者と生理学者の言っているワーキングメモリーの定義は違っていたりするんで気をつけないといけないんです。前頭葉で言われているのは、ある行動のために短期間保持される記憶のことをワーキングメモリーと言いましょうということですから、ワーキングメモリーといっても間違いではないとおもいますけど。
○次号へ続く…。
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