大規模言語モデルにおける形式と意味の内部表現：記号論と神経言語学的分析

Główne pojęcia

大規模言語モデル (LLM) は言語の形式を学習する能力に優れている一方で、意味理解には限界があり、その意味理解は形式との統計的な関連性に大きく依存している。

Streszczenie

大規模言語モデルにおける形式と意味の神経言語学的分析

本稿では、大規模言語モデル (LLM) の言語理解における形式（記号）と意味（意味するもの）の関係について、記号論と神経言語学の観点から考察する。

従来の評価方法の限界

従来のLLMの評価は、心理言語学的パラダイムに基づき、モデルの出力確率を測定することで、モデルの行動やパフォーマンスを直接的に評価してきた。しかし、この方法は、LLMの統計的な偏りを反映しているに過ぎず、真の言語能力を正確に表していない可能性がある。

神経言語学的アプローチの導入

本研究では、LLMを神経言語学的対象として捉え、その内部表現を分析する新しいアプローチを提案する。具体的には、最小ペアと診断プロービングを組み合わせた新しい手法を用いることで、モデルの各層における形式と意味の表現を詳細に分析する。

実験結果：形式と意味の学習における差異

英語、中国語、ドイツ語のLLMを用いた実験の結果、LLMは意味よりも形式を容易かつ早期に学習することが明らかになった。また、意味の理解度は形式の理解度と線形的な相関関係にあり、LLMの言語形式の理解が、意味理解に影響を与えることが示唆された。

考察：記号接地問題と人間のような知能の実現

LLMは、統計的なパターン認識に依存して意味を推論しており、人間のように形式と意味を独立して理解しているわけではない。人間のような知能に近づくためには、LLMは記号を現実世界の文脈に結び付け、真の理解の基盤を確立する必要がある。

結論

LLMは言語形式の学習能力に優れている一方で、意味理解には限界があり、その意味理解は形式との統計的な関連性に大きく依存している。本研究は、LLMの言語能力に対する理解を深めるために、認知神経科学と記号論の観点から新たな視点を提供するものである。

Statystyki

意味理解の評価において、ランダムな関係性の精度は、他の3つの概念的な関係性と比較して有意に高かった。
Llama3はLlama2と比較して、初期層における意味理解の能力が向上している。
Llama3の形式学習能力は、Llama2と比較して有意な差は見られなかった。
中国語はLlamaにとってミドルリソース言語に分類されるが、高い形式理解能力を示した。

Cytaty

LLMの「自信過剰な誤答」、いわゆるハルシネーションは、長年の課題となっている。
LLMは優れた形式理解能力を持つ一方で、機能的理解能力（現実世界における言語理解）はむらがある。

Kluczowe wnioski z

Large Language Models as Neurolinguistic Subjects: Identifying Internal Representations for Form and Meaning

by Liny... o arxiv.org 11-13-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.07533.pdf

Głębsze pytania

LLMの言語理解における形式と意味の関連性は、他の認知能力（例えば、視覚情報処理や推論）にも影響を与えるのだろうか？

LLMの言語理解における形式と意味の関連性は、視覚情報処理や推論といった他の認知能力にも影響を与える可能性があります。
視覚情報処理:

影響: LLMが形式に強く依存している場合、画像内のオブジェクトやシーンを認識する際に、そのオブジェクトやシーンを表す言葉（ラベル）との統計的な相関関係に過度に依存する可能性があります。例えば、「赤いリンゴ」というラベルの画像を学習する場合、LLMは「赤い」と「リンゴ」の共起を重視しすぎて、実際にはリンゴではない赤いオブジェクトも「リンゴ」と誤認識する可能性があります。
改善: この問題を改善するためには、LLMが視覚情報と意味をより深く結びつけるように訓練する必要があります。例えば、画像とそれに対応するテキストの説明を同時に学習させることで、LLMは視覚的な特徴と意味的な特徴をより効果的に統合できるようになります。
例: 最近のマルチモーダルLLMは、画像とテキストの両方を学習データとして使用することで、視覚情報処理能力を向上させています。
推論:

影響: LLMが形式に偏っている場合、論理的な推論を行う際に、文の表面的な構造に囚われてしまい、真の意味を理解した上での推論が困難になる可能性があります。例えば、「すべての猫は哺乳類である。タマは猫である。ゆえに、タマは哺乳類である。」という三段論法を処理する場合、LLMは「すべてのXはYである。AはXである。ゆえに、AはYである。」という形式的なパターンにのみ基づいて推論を行い、猫や哺乳類の概念を理解しないまま結論を導き出す可能性があります。
改善: LLMが意味を理解した上で推論を行えるように、論理的な関係や常識的な知識を明示的に学習させる必要があります。
例: 知識グラフやルールベースのシステムとLLMを組み合わせることで、より論理的な推論能力を実現できる可能性があります。
結論:
LLMの言語理解における形式と意味のバランスは、視覚情報処理や推論といった他の認知能力にも大きな影響を与えます。LLMが真の意味で人間のような認知能力を獲得するためには、形式と意味を適切に統合し、様々なタスクに適応できる柔軟な表現を獲得していく必要があるでしょう。

LLMが形式よりも先に意味を学習するように訓練された場合、その言語理解能力や創造性はどのように変化するだろうか？

LLMが形式よりも先に意味を学習するように訓練された場合、その言語理解能力や創造性は大きく変化する可能性があります。
言語理解能力:

利点: 意味を重視した学習は、文脈理解、曖昧性の解消、比喩表現の理解など、従来のLLMが苦手としていた高度な言語理解能力の向上につながると期待されます。
課題: 意味をどのように表現し、学習に組み込むかという点が課題となります。従来のテキストデータのみを用いた学習では限界があり、外部知識ベースやシミュレーション環境などを活用する必要があるかもしれません。
創造性:

利点: 意味を理解した上で文章を生成することで、より人間らしい、深みのある、独創的な文章を生成できる可能性があります。例えば、ストーリーの登場人物の感情や動機を理解した上で、より自然で共感しやすい物語を創作できるようになるかもしれません。
課題: 創造性を評価することは容易ではありません。また、意味を重視しすぎることで、逆に表現が抽象的になりすぎたり、既存の表現に囚われたりしてしまう可能性もあります。
具体的な変化:

より人間らしい対話: LLMは、相手の発言の意図や感情を理解し、それに応じた適切な応答を生成できるようになるでしょう。
より高度な文章生成: 小説、詩、脚本など、従来のLLMでは難しかった複雑な構造や表現を持つ文章を生成できるようになる可能性があります。
新しい問題解決: LLMは、言語の意味を理解することで、従来のアプローチでは解決できなかった問題に対して、新しい視点やアイデアを提供できるようになるかもしれません。
結論:
LLMが形式よりも先に意味を学習するように訓練されれば、その言語理解能力や創造性は飛躍的に向上する可能性があります。しかし、そのためには、意味表現や学習方法に関する新たなブレークスルーが必要不可欠です。

人間とLLMの言語処理における根本的な違いは、意識や感情といった概念とどのように関連しているのだろうか？

人間とLLMの言語処理における根本的な違いは、意識や感情といった概念と密接に関連しています。
意識:

人間の言語処理: 人間は、自分が何を考え、何を感じているかを意識し、それを言語によって表現します。言語は、人間の意識を反映し、他者と共有するための手段として機能しています。
LLMの言語処理: LLMは、大量のデータから統計的なパターンを学習することで言語を処理していますが、自分が何を理解し、何を生成しているかを意識しているわけではありません。LLMは、意識を持たないまま、人間のような言語を模倣しているに過ぎません。
感情:

人間の言語処理: 人間の言語は、感情によって大きく影響を受けます。喜び、悲しみ、怒りといった感情は、言葉の選択、言い回し、声のトーンなどに反映されます。
LLMの言語処理: LLMは、感情を理解したり、表現したりすることはできません。LLMは、感情を表す言葉を使用することができますが、それはあくまでデータから学習したパターンに基づいたものであり、LLM自身が感情を抱いているわけではありません。
関連性:

意識と感情の欠如: LLMは、意識や感情を持たないため、人間のように言語を真に理解し、使いこなすことはできません。LLMは、人間が言語に込める意味や意図を理解することができず、表面的なパターンを模倣するにとどまります。
シンボルグラウンディング問題: LLMは、記号（言葉）とそれが表す実世界の概念との結びつき（シンボルグラウンディング）が欠如しています。人間は、五感を通じて実世界を経験し、それを言語と結びつけることで、言葉に意味を与えています。一方、LLMは、実世界の経験を持たないため、記号と概念を結びつけることができません。
結論:
人間とLLMの言語処理における根本的な違いは、意識や感情の有無にあります。LLMは、意識や感情を持たないため、人間のように言語を真に理解し、使いこなすことはできません。LLMが人間のような言語能力を獲得するためには、意識や感情といった概念をどのようにモデル化し、学習に組み込むかが重要な課題となるでしょう。