私たちが眠って夢を見ているとき、私たちの脳は実際に内部で「世界モデル」を実行しています。

夢と現実の区別がつかなくなることがよくありますか？夢があまりにもリアルで、少し怖いので、怖くて目が覚めてしまうこともよくあります。

カリフォルニア大学サンフランシスコ校の2人の神経科学者による最近の研究が注目を集めている。

彼らは、動物が夢を見る睡眠段階に入ると、脳が内部で「世界モデル」を実行して外界との相互作用をシミュレートすると指摘した。

実験結果は、睡眠中に実際の動きが起こらなくても、脳が動きの命令をシミュレートし、覚醒状態と同様の脳活動を示すことができるという強力な証拠を示しています。

この研究は発表されるとすぐに多くの学者から賞賛され、共有されました。

一部のネットユーザーは、トレーニングデータが不足している問題を解決するために、AIに「夢のシミュレーション」技術を適用することを提案した。

睡眠中の脳の活動は、覚醒中の脳の活動と非常に似ています。

鮮明な夢は主に、急速眼球運動睡眠（レム睡眠）と呼ばれる段階で起こります。

脳がレム睡眠中にどのように行動とその結果とを模倣するかを調べるために、研究者はマウスを使って、脳の2つの主要な領域に焦点を当てた実験を行いました。

上丘（SC）と視床前背核（ADN）。SCは方向感覚を司る運動指令中枢であり、ADNには動物の頭部の向きを反映する「頭部方向感覚細胞」と呼ばれる細胞が含まれています。

まず、研究者たちはマウスの覚醒時に左上丘の神経活動を記録しました。その結果、上丘のニューロンの約半数が、頭部を回転させると活動に顕著な変化を示すことが分かりました。これらのニューロンは「ターン細胞」と呼ばれています。

ほとんどの回転細胞は時計回りの回転を好み、複数の時計回り回転細胞が同時に活性化されると（「グループ回転イベント」と呼ばれる現象）、動物が頭を時計回りに回転する確率が大幅に増加します。

次に、研究者らは覚醒時とレム睡眠時の上丘の活動を比較した。

驚くべきことに、レム睡眠中の上丘の活動パターンは覚醒時のものと非常に類似しています。「集団回転イベント」もレム睡眠中に観察され、その頻度は覚醒時よりもわずかに高くなっています。

つまり、睡眠中でも上丘は覚醒時と同様の運動指令を出し続けているのです。

睡眠中のこうした「運動命令」が脳の内部表現に影響を及ぼすのかどうかを理解するために、研究者らはADN内の頭部を指向する細胞の活動も記録した。

彼らは、ADNの神経活動に基づいて頭部の向きを推測できるデコーダーを開発しました。意識状態においては、このデコーダーは実際の頭部の向きを正確に予測することができます。

その結果、レム睡眠データに適用すると、デコーダーは「仮想的な頭の回転」を表示した。

動物が静止していても、脳内の頭の向きの内部表現は変化し続けます。

上丘の活動と仮想的な頭部回転との因果関係を証明するために、研究者らはテトロドトキシン (TTX) を使用してマウスの右上丘の活動を阻害しました。

また、結果は、この閉塞により、レム睡眠中の時計回りの仮想的な頭部回転が大幅に増加し、さらには360°の時計回りの仮想的な回転が継続することさえ示しました。

これらの研究結果は、REM 睡眠中、たとえ実際に行動が実行されなくても、脳は行動とその結果のシミュレーションを行っていることを示唆しています。

脳内の「世界モデル」

研究者たちは、このシミュレーションは外部の感覚フィードバックではなく、脳内のモデルに依存しているのではないかと推測している。

頭部運動の欠如は、前庭器官の関与を否定するものでした。さらに、マウスの外眼筋に固有受容器官が存在しないことからも、レム睡眠に特徴的な眼球運動の固有受容フィードバックが頭部方向表象の変化に有意な影響を与える可能性は否定されました。

研究者らはこの見解を裏付ける他の研究も引用した。

例えば、これまでの研究では、レム睡眠中に私たちの目は急速に動くことが示されており、この現象は睡眠中に脳が行っている何らかの認知活動を反映している可能性がある。

片側無視の患者は、覚醒時に視野の片側を認識または認識できない場合があります。興味深いことに、これらの患者はレム睡眠中に、通常無視している側に向かって移動する傾向があります。

これは、睡眠中でも、患者の脳は起きているときの認知パターンをある程度模倣または再現していることを示唆している。

さらに、いくつかの研究では、レム睡眠自体が内部モデルの形成と改良に役立つと推測されています。

そのため、研究者らは、REM 睡眠中に観察される SC と ADN の協調活動の内部モデルは、覚醒中の動物でも機能する可能性があると示唆しています。

これにより、脳は SC から発行された運動コマンドを実行する前に頭の向きの変化を予測できるようになり、前庭系からの感覚フィードバックに頼るのではなく、頭の向きをリアルタイムで推定できるようになります。

このモデルが意識状態で機能する場合、脳は予測された頭の向きの変化と実際の変化の違いを識別し、それに応じて予測を調整して、起こりうるエラーを修正するメカニズムを必要とします。

しかし興味深いことに、この誤った信号はレム睡眠中には抑制されます。この信号がないと、脳は実際の感覚入力による補正の影響を受けず、内部モデルに基づいて自由にシミュレーションを行うことができます。

この自由にシミュレーションする能力は、レム睡眠中や類似の状態にある脳内で創造的思考や夢の生成の基礎となっている可能性があります。

この研究は発表以来、大きな注目を集めています。睡眠は実際には脳を「訓練」するプロセスであるという考えも、インターネット上で広く議論されています。

睡眠は一種の訓練プロセスになり得ます。このプロセスにおいて、脳は情報が現実世界から来ているのか、それとも自ら訓練して形成した神経ネットワークから来ているのかを判断する必要があります。現実と虚構の区別がつかなくなった時、訓練は完了します。

私たちが夢見る非現実的な冒険は、非現実的な冒険に対処するための訓練ではないかもしれません。むしろ、私たちが直接意識していない脳のより深層部のメカニズムを訓練しているのかもしれません。例えば、空を飛ぶ夢は、視空間処理能力の向上に役立つかもしれません。

これについてどう思いますか?

参考リンク: [1] https://www.biorxiv.org/conte... [2] https://news.ycombinator.com/... [3] https://x.com/yutasenzai/stat...