神経科学が解決すべき最も重要な問題の1つは、複数の脳領域の協調的な活動が、どのようにして脳の機能に繋がるのか、ということです。
数百万個の神経細胞の協調的な神経ダイナミクスは、どのようにして認知機能に繋がるのか?
私たち情報理論・複雑系チームは、多変量複雑現象の創発の理論的基盤に焦点を当てて研究を行っています。
ニューロンの相互依存性とそのダイナミクスをより深く理解するために、微分幾何学的手法と確率熱力学をベースに研究を行っています。

KEY WORDS
#情報理論
#情報幾何学
#エマージェンシー

Highlights

(1) A Generalized Maximum Entropy Principle (MEP)

脳のような完全な知識を持たない複雑系の統計的記述を探求する上で、最大エントロピー原理(MEP)を深く理解することは非常に重要なことです。MEPは、統計力学、複雑系解析、ベイズ統計学を橋渡しする複雑系科学の中核をなす基本的な枠組みです。シャノンのエントロピーの関数形はMEPの可能性を制限するため、その拡張が強く望まれています。情報理論の微分幾何学表現に根ざし、我々は曲がった統計多様体の基本特性に基づくMEPの拡張を提唱しています[1]。これにより、Renyiエントロピーが他のエントロピー尺度とは異なる特別な幾何学的性質を持つことを強調し、このエントロピーとダイバージェンスの最近の数多くの応用のための確固たる数学的基礎を確立しました。

((2) Toward a new understanding of consciousness based on information theory

神経系における情報処理は、時空間的な複数のスケールで記述・解析することが可能であるため、過去数年にわたり多くの研究者が模倣学習法を開発してきました。しかし、特定のスケールで処理された情報のみが意識的に利用可能な状態で、ノイズが多く確率の高い個々の神経細胞のスケールで利用可能な情報を直接体験することはできない状況です。また、対人コミュニケーションのような、よりマクロなスケールの相互作用の知見もありません。このような意識の不思議なスケール問題を解決するために、私たちは情報理論に基づく新しい意識理論、「意識の情報閉包理論(ICT)」を提案しました[2]。ICTは、簡潔な定義と仮説により、意識に関連する様々な現象の説明と予測を行う理論であり、意識に関する多くの科学的理論を結びつけるものです。特にICTは、情報が意識と物理的現実の間の共通言語となり得ることを実証していることは最も重要なポイントです。

Members

Pablo Morales, Ph.D.
チーフリサーチャー
2018年、東京大学にて理論素粒子物理学で博士号を取得。元日本学術振興会特別研究員、文部科学省奨学生。現在の研究テーマは、情報幾何学と複雑系を理論神経科学に応用すること。
甘利 俊一 Ph.D.
Research Advisor
数理神経科学者。東京大学名誉教授、理化学研究所名誉科学顧問。情報幾何学を創始し、統計学、信号処理、情報理論、機械学習など様々な分野で広く応用されている。また、ニューラルネットワークの数学的理論を開発したパイオニアの一人でもある。現在は、情報幾何学を用いた統合情報理論やWasserstein距離の研究に取り組んでいる。