単一の決定を支える神経計算の直接観察

Core Concepts

単一の決定を支える神経活動の変動成分を捉えることで、確率的な意思決定プロセスの実現を示した。

Abstract

本研究では、マカクザルの側頭頭頂皮質(LIP)における神経活動を同時記録し、単一の意思決定を支える神経信号を明らかにした。

• 従来の研究では、試行平均された神経活動しか観察されていなかったが、高密度の神経記録を用いることで、単一試行レベルの変動成分を捉えることができた。
• 単一試行の神経活動は、ランダムな証拠の蓄積と停止境界に到達するというドリフト拡散過程を反映していることが示された。
• この神経信号は、選択と反応時間の変動を説明する決定変数として機能していることが明らかになった。
• 決定変数を表す神経活動は、選択ターゲットの反応野を持つ一部のニューロンによって主に担われていることが示された。一方で、運動方向選択性を持つニューロンは、ノイズの証拠を表現していると考えられる。
• これらの結果は、単一の意思決定を支える神経計算の実現を直接的に示したものである。

Stats

選択確率と反応時間の分布は、ドリフト拡散モデルによく説明される。
単一試行の神経活動の分散は時間とともに増大し、また自己相関の時間変化もドリフト拡散過程に一致する。
単一試行の神経活動は、選択と反応時間の変動を有意に予測する。

Quotes

"単一の決定を支える神経活動の変動成分を捉えることで、確率的な意思決定プロセスの実現を示した。"
"決定変数を表す神経活動は、選択ターゲットの反応野を持つ一部のニューロンによって主に担われていることが示された。"
"これらの結果は、単一の意思決定を支える神経計算の実現を直接的に示したものである。"

Key Insights Distilled From

Direct observation of the neural computations underlying a single decision

by Steinemann,N... at www.biorxiv.org 05-04-2022

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.02.490321v6

Deeper Inquiries

単一ニューロンレベルでの決定変数の表現メカニズムはどのようなものか?

本研究では、ラテラルイントラパリエタル皮質（LIP）のニューロン活動を分析し、単一の決定に関連するニューロンの活動を明らかにしました。ニューロンの活動は、ノイズの多い証拠の蓄積を表現し、選択と反応時間の変動性を説明する決定変数（DV）を近似します。このDVは、ノイズの多い瞬間的な証拠の積分であることが示唆され、意思決定プロセスを制御します。ニューロンの活動は、決定変数を表現する一次元の信号として捉えられ、ドリフト拡散過程を近似します。これにより、LIPにおける意思決定プロセスの神経表現が明らかになりました。

単一ニューロンレベルでの決定変数の表現メカニズムはどのようなものか?

本研究では、ドリフト拡散過程以外の意思決定モデルを支持する証拠は見つかりませんでした。ニューロンの活動を分析した結果、ドリフト拡散過程が単一の決定に関連するニューロンの活動を最もよく説明し、他のモデルには支持されないことが示されました。したがって、本研究の結果は、ドリフト拡散過程が単一の決定に関連するニューロンの活動を支配する主要なメカニズムであることを示唆しています。

本研究の知見は、他の認知課題や意思決定場面にどのように適用できるか?

本研究の知見は、他の認知課題や意思決定場面にも適用可能です。例えば、他の認知課題においても、ドリフト拡散過程が意思決定プロセスを支配する可能性があります。また、この研究で使用された手法やアプローチは、他の認知課題や意思決定場面においても有用である可能性があります。さらに、この研究から得られた知見は、神経科学や行動科学の他の分野においても応用され、意思決定メカニズムや脳内の情報処理に関する理解を深めるのに役立つでしょう。