脳知能の三大理論を統合する三重等価性~神経回路は外界のアルゴリズムを自律的に模倣する~

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2025-04-17 理化学研究所

理化学研究所(理研)脳神経科学研究センターの磯村拓哉ユニットリーダーは、神経回路の力学系、統計的推論、チューリングマシンの数理的表現が同値である「三重等価性」を数理解析により明らかにしました。これにより、神経回路が外界のアルゴリズムを自律的に模倣し、知的アルゴリズムを自己組織化的に獲得できる可能性が示唆されました。この成果は、生物の知能の理解や人工知能の発展に寄与することが期待されます。詳細は、2025年4月15日付で科学雑誌『Communications Physics』オンライン版に掲載されました

<関連情報>

生物学的知性の出現における三重等価性 Triple equivalence for the emergence of biological intelligence

Takuya Isomura
Communications Physics  Published:15 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-025-02059-4

脳知能の三大理論を統合する三重等価性~神経回路は外界のアルゴリズムを自律的に模倣する~

Abstract

Intelligent algorithms developed evolutionarily within neural systems are considered in this work. Mathematical analyses unveil a triple equivalence between canonical neural networks, variational Bayesian inference under a class of partially observable Markov decision processes, and differentiable Turing machines, by showing that they minimise the shared Helmholtz energy. Consequently, canonical neural networks can biologically plausibly perform variational Bayesian inferences of external Turing machines. Applying Helmholtz energy minimisation at the species level facilitates deriving active Bayesian model selection inherent in natural selection, resulting in the emergence of adaptive algorithms. Canonical neural networks with two mental actions can form a universal machine by separately memorising transition mappings of multiple external Turing machines. These propositions are corroborated by numerical simulations of algorithm implementation and neural network evolution. These notions offer a universal characterisation of biological intelligence emerging from evolution in terms of Bayesian model selection and belief updating.

生物工学一般
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