脳はどうやって計算をするのでしょうか？加算と減算には専用のニューロンがあり、記号と単語は同じグループを活性化することができる。

この記事はAI新メディアQuantum Bit（公開アカウントID：QbitAI）より許可を得て転載しています。転載の際は出典元にご連絡ください。

脳は具体的にどのように計算を行うのでしょうか?

最近まで科学者たちは答えを持っていました -

特殊な「数学ニューロン」が存在します。

計算を行う際、加算中には一部のニューロンが活動しますが、脳が減算を行うと、別のニューロンの波が発火し始めます。

数学記号や加算と減算という言葉が見えるかどうかも重要です。

一度遭遇すると、ニューロンは働くように呼び出されます。

テュービンゲン大学とボン大学による関連研究が、Cellの関連誌Current Biologyに掲載されました。

この研究がどのようなものか見てみましょう。

脳が計算してる？

これまでの研究では、サルの脳にはルールを計算するために特別に使用されるニューロンがあることが示されています。

しかし、人間の脳に関する関連データは存在しません。

このような背景を踏まえ、研究チームは関連する調査を実施しました。

簡単に言うと、この実験では、脳のMTL （海馬とその皮質）領域に微小電極を埋め込み、ボランティアに足し算と引き算をさせて神経活動をテストします。

ボランティアはてんかん患者 9 名で、うち男性 4 名が対象で、平均年齢は 43.3 歳でした。

これらの患者では、てんかん発作は常に脳の同じ領域、つまり中側頭葉から発生するため、医師は欠陥領域を正確に特定するために複数の電極を埋め込みました。

このような前提を利用して、研究者は神経信号を記録するために 9 ～ 10 個の臨床用ベンケ・フリード深部電極を選択しました。各深部電極には、先端が約 4 mm 突き出ている 9 個のプラチナイリジウム微小電極の束が含まれています。

実験中、ボランティアはベッドに座っていました。約50cmの距離に、タッチスクリーンのノートパソコンがあります。

画面に数字（または点）と記号が順番に表示され、ボランティアがテンキーから計算結果を選択すると、コンピューターに「正解」または「不正解」が表示されます。

各表示の間には 800 ミリ秒の遅延があり、各被験者は 4 つのブロックに分割された合計 320 回の試行を受けました。最初の 10 回の試行はリハーサルとみなされ、その後の分析には含まれませんでした。

異なるニューロンが交互に活性化する

研究者らは、MTL領域の合計585個の個々のニューロンからの活動電位を記録しました。

海馬傍回皮質 (PHC) に 126 個のニューロン、海馬 (HIPP) に 199 個のニューロン、嗅内皮質 (EC) に 107 個のニューロン、および扁桃体 (AMY) に 153 個のニューロン。

そして、行動パターン全体が自己学習型コンピュータ プログラムに入力されます。

多因子分散分析に基づいて、ルール選択ニューロンが初めて特定されました。

それはどういう意味ですか？

これらのニューロンは、計算命令（加算または減算）が発行された後に選択的に発火を増加させます。

図の加算規則 A と B では、加算ニューロン (赤) が特定の活動を示していることがわかります。 C と D (青) に示されている減算ニューロンについても同様です。

さらに、このような選択的ニューロンの割合は、タスクサイクルや MTL 領域によって異なります。

さらに、研究チームは、計算ルールの符号化はルールの手がかりとは独立しており、海馬傍回皮質（PHC）領域（図I）では、同じ算術課題において異なる加算ニューロンが交互に活性化していることを発見しました。

研究者たちは、まるで電卓のプラスキーの位置が絶えず変化しているようだと説明した。減算についても同様です。

ボン大学病院てんかん科のモルマン教授は、この研究は脳内の数学的計算を理解する上で重要な一歩となると述べた。

次のステップは、これらのニューロンがどのような役割を果たすかを理解することです。

論文リンク:

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)00116-6#secsectitle009000116-6#secsectitle0090)

GitHub リンク:

https://github.com/EstherKutter/Neuronal-Codes-For-Arithmetic-Rule-Processing-In-The-Human-Brain