予測誤差を生成する視床皮質回路機構

Główne pojęcia

脳は内部モデルを使って感覚を予測し、予測と実際の感覚の違いを検出することで、予期せぬ出来事に注意を向けることができる。この予測誤差信号の生成には、視床と大脳皮質の協調的な抑制回路機構が重要な役割を果たしている。

Streszczenie

本研究では、マウスの一次視覚野(V1)における感覚予測誤差信号の生成メカニズムを明らかにした。

• 予期に反する視覚刺激提示時に、V1の最も刺激選択性の高い層2/3ニューロンの応答が増強される。
• この選択的な応答増強には、視床の背側視床核(pulvinar)からの入力と、皮質の血管作動性腸管ペプチド発現抑制性介在ニューロン(VIP)が協調的に関与している。
• VIP細胞は特定のソマトスタチン発現抑制性介在ニューロンを抑制し、それによって背側視床核からの入力が選択的に増強される。
• つまり、脳は予期せぬ感覚情報の顕著性を高めることで、予測誤差を検出し、注意を向けることができる。

Statystyki

予期に反する視覚刺激提示時に、V1の最も刺激選択性の高い層2/3ニューロンの応答が増強される。
VIP細胞は特定のソマトスタチン発現抑制性介在ニューロンを抑制し、それによって背側視床核からの入力が選択的に増強される。

Cytaty

「脳は内部モデルを使って感覚を予測し、予測と実際の感覚の違いを検出することで、予期せぬ出来事に注意を向けることができる。」
「この予測誤差信号の生成には、視床と大脳皮質の協調的な抑制回路機構が重要な役割を果たしている。」

Kluczowe wnioski z

Cooperative thalamocortical circuit mechanism for sensory prediction errors - Nature

by Shohei Furut... o www.nature.com 08-28-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07851-w

Głębsze pytania

予測誤差信号の生成メカニズムは、他の感覚モダリティや高次認知機能においてもどのように機能しているのだろうか。

この研究から得られる示唆によれば、予測誤差信号の生成メカニズムは他の感覚モダリティや高次認知機能においても重要な役割を果たしている可能性があります。例えば、視覚野における予測誤差信号の生成メカニズムが他の感覚野や脳の領域にも類似した仕組みで機能している可能性が考えられます。さらに、予測誤差信号は知覚や行動の予測に関連するだけでなく、高次認知機能においても情報処理や意思決定に影響を与える可能性があります。

予測誤差信号の生成に異常をきたすことで、どのような神経・精神疾患につながる可能性があるのだろうか。

予測誤差信号の生成に異常が生じると、神経・精神疾患の発症や症状の変化に関連する可能性があります。例えば、予測誤差信号の過剰な生成や欠如は、統合失調症や自閉症スペクトラム障害などの神経発達疾患に関連していると考えられています。これらの疾患では、予測誤差信号の処理や調節が異常をきたし、現実との乖離や社会的相互作用の困難などの症状が現れる可能性があります。

予測誤差信号の生成メカニズムは、人工知能システムの予測・学習能力の向上にどのように応用できるだろうか。

予測誤差信号の生成メカニズムは、人工知能システムの予測・学習能力の向上に革新的な応用が可能です。例えば、予測誤差信号を用いた強化学習アルゴリズムの開発により、機械学習モデルの性能向上や効率的な意思決定プロセスの実現が期待されます。さらに、予測誤差信号を活用したニューラルネットワークの訓練手法の改善により、人工知能システムの柔軟性や汎用性の向上が可能となるでしょう。