大半のニューロンは多機能であることを発見(Upending Decades of Debate, Scientists Discover Most Neurons are Jacks-of-All-Trades)

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2026-07-15 コロンビア大学

米国コロンビア大学ザッカーマン研究所の研究チームは、これまで脳神経科学で広く受け入れられてきた「ニューロンは特定の機能だけを担う」という考えを覆し、大多数のニューロンは複数の情報を同時に処理する「ジャック・オブ・オール・トレード(万能型)」であることを明らかにした。この成果はNature Neuroscienceに発表された。研究では、マウスが視覚課題を実行する際の数万個のニューロン活動を大規模カルシウムイメージングと機械学習により解析した。その結果、多くのニューロンは視覚刺激だけでなく、運動、意思決定、報酬期待など複数の情報を重ね合わせて表現しており、単一機能に特化した細胞は少数であることが判明した。また、この多機能性は脳全体で広く見られ、複雑な行動を少ない神経資源で柔軟に実現する仕組みであると考えられる。研究は、脳が多数の専門細胞の集合体ではなく、多目的なニューロンが協調して情報処理を行うネットワークとして機能することを示し、知覚や学習、意思決定の理解に加え、脳疾患研究や次世代人工知能(AI)の設計にも新たな視点を提供する成果となった。

<関連情報>

皮質階層に沿った、まれにしか分類されない、高度に分離可能な表現 Rarely categorical, highly separable representations along the cortical hierarchy

Lorenzo Posani,Shuqi Wang,Samuel P. Muscinelli,Liam Paninski & Stefano Fusi
Nature  Published:15 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-10668-4

大半のニューロンは多機能であることを発見(Upending Decades of Debate, Scientists Discover Most Neurons are Jacks-of-All-Trades)

Abstract

A long-standing debate in neuroscience concerns whether individual neurons are organized into functionally distinct populations that encode information differently (categorical representations1,2,3) and the implications for neural computation. Here we systematically analysed how cortical neurons encode cognitive, sensory and movement variables across 43 cortical regions during a complex task (14,000+ units from the International Brain Laboratory public Brainwide Map dataset4) and studied how these properties change across the sensory–cognitive cortical hierarchy5. We found that the structure of the neural code was scale dependent. At the whole-cortex scale, neural selectivity was categorical and organized across regions in a way that reflected their anatomical connectivity. However, within individual regions, categorical representations were rare and limited to primary sensory areas, and neuronal responses were instead very diverse. With theoretical arguments and empirical evidence, we demonstrate that the diversity of neural responses enables high-dimensional representations and therefore high separability, allowing linear readouts to separate experimental conditions in many arbitrary ways. Indeed, when accounting for information that is actually encoded in each area, all cortical regions exhibit maximal separability. Our results indicate that cortical circuits prioritize diversity over categorical structure, supporting a computational regime geared towards high-dimensional, highly separable neural representations.

医療・健康
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