単一のニューロンがスーパーコンピューターになり得る、中国の研究で判明

何十年もの間、脳がどのように思考するかについての標準的な描像は、多くの単純な点状のニューロンが信号をやり取りし、そのうちに計算が何らかの形で創発するというネットワーク像であった。中国の研究者による新たな研究はこの描像に異議を唱える。彼らは、単一のニューロンは決して単純なノードではないと主張する。その枝分かれした樹状突起は、それ自体で高度な認知計算を実行できる「スーパーコンピューター」に相当するという。

この研究は、上海に拠点を置く中国科学院の脳科学・知能技術卓越創新センターの研究者、徐寧龍氏が率いるチームによるものである。研究成果は10月16日、世界で最も引用される総合科学誌の一つである「サイエンス」にオンライン掲載された。

「複数のコンピューターがネットワークでつながれて働くようなもので、単一の『樹状突起』スーパーコンピューターがそれをやってのける」と徐氏は、中国科学技術省の機関紙「科技日報」の報道で語った。樹状突起とは、ニューロンの細胞体から伸びて入力信号を受け取る樹木のような枝であり、神経細胞のあらゆる図でおなじみの特徴である。

従来のモデルでは、ニューロンは多数のシナプスに到達する信号を合計し、その合計が閾値を超えると発火する。各細胞にとってはかなり控えめな仕事であり、本当の知能は膨大な数の接続から生じるとされてきた。新たな研究は、信号が細胞体に到達する前に樹状突起自体が実質的な処理を行い、事実上単一の細胞内で計算を実行していることを示唆している。

その影響は基礎神経科学にとどまらない。生物学的ニューロンがなぜこれほど効率的に計算するのかを理解することは、より高性能でエネルギー効率の良い機械を構築しようとするコンピューター技術者や、学習、記憶、神経疾患を個々の細胞レベルで理解しようとする研究者にとって長年のインスピレーションである。

この発見は、中国の脳科学におけるより広い傾向にも合致する。研究者らは、生きたニューロンの働きを観察できるイメージング、記録、モデリングの技術に多額の投資を行ってきた。単一の樹状突起内での計算を示すには、繊細な実験と本格的な理論モデリングの両方が必要である。

この研究は、中国メディアでその日の主要な科学ニュースの一つとして報じられ、漸進的な成果ではなく教科書の前提を書き換えるものとして位置づけられた。一般読者にとっての要点は単純である。脳の構成要素は標準的な図が示すよりもはるかに賢い可能性があり、「一つの細胞」と「ネットワーク」の境界は科学者がかつて考えていたよりも曖昧だということだ。

どんな新しい成果にも言えることだが、疑問は残る。この樹状突起計算が脳の領域や種を超えてどの程度広く使われているのか、そして実際の行動にどう寄与しているのかを明らかにするには、何年もの追跡研究が必要だろう。しかし、主張自体は衝撃的である。もし単一のニューロンが認知計算を実行できるなら、脳の推定数百億のニューロンは、旧モデルが認めていたよりもはるかに大きな計算能力を表していることになる。