モデルオブザマインド　脳を読み解く。物理学・工学・数学によるアプローチ

本書は、物理学、工学、統計学、計算機科学などから取り入れられた数学的思考が、脳科学研究に与えた影響を体系的に解説したものである。各章では、神経科学における異なるテーマごとに、生物学的メカニズム、数学的理論、そして両者の相互作用についての物語が展開される。読者が数学の専門知識をもっていることは前提としておらず、方程式の背後にある概念についても丁寧に説明している。脳に関する単一の理論を提示するものではなく、異なるモデルがそれぞれ異なる問題に対処し、相互補完的なアプローチを提供することで、脳の理解を深めるものである。

読者を魅了しつつも平易であり、夢中にさせる科学史であると同時に、神経科学の最前線への優れた案内役ともなっている。
―――リアム・ドリュー（サイエンスライター、神経生物学博士）

脳に関する我々の研究と、脳を理解するための科学的洞察を集めた一冊。
―――ラリー・アボット（コロンビア大学理論神経科学センター教授）

グレース・リンゼイはこの研究分野の魅力を十二分に語っており、難解なテーマを巧みな筆致と機知に富んだ表現で解き明かしている。
―――ショーン・キャロル（ジョンズ・ホプキンズ大学自然哲学科教授）

人間の脳は約850億個のニューロンで構成されており、それらは100兆以上のシナプスによって結びついている。

1世紀以上にわたり、たくさんの研究者たちが、これらのニューロンが何をしているのか、どのように情報をやりとりし、どのようにして思考や知覚、行動を生み出すのかを記述するための「言語」を探し求めてきた。そして求めていた言語こそ数学であり、数学なしには今日のように脳を理解することはできなかっただろう。

『Models of the Mind』では、著者であり計算論的神経科学者のグレース・リンゼイが、数学的モデルがどのようにして意思決定や感覚処理、記憶の定量化など、脳のさまざまなプロセスの解明に貢献してきたのかを解説する。現代神経科学の最も重要な概念を紹介するとともに、数学的モデリングという抽象的な世界と、生物学の複雑で混沌とした現実とがぶつかることで生じる緊張関係にも光を当てる。

本書の各章では、神経科学の特定の分野に適用されてきた数学的手法に焦点を当て、脳の最も基本的な構成要素である個々のニューロンから始まり、相互作用するニューロンの回路、脳の領域全体、そして脳が制御する行動へと進んでいく。

リンゼイはこの分野の歴史を振り返り、18世紀後半にカエルの脚を使って行われた実験から始まり、現代の人工知能の基盤となる大規模な人工ニューラルネットワークのモデルへと至る過程を探求する。そして、神経科学という精緻な機構を記述するうえで、数学という優雅な言語が持つ価値を明らかにしていく。

目次

1章 球形の牛―数学が提供するもの
2章 ニューロンが発火する仕組み―漏れ積分発火モデルとホジキン・ハクスリーニューロン
3章 計算能力の獲得―マカロック・ピッツモデル、パーセプトロン、人工ニューラルネットワーク
4章 記憶の形成と維持―ホップフィールドネットワークとアトラクター
5章 興奮と抑制―バランスのとれたネットワークと振動
6章 視覚の発達―ネオコグニトロンと畳み込みニューラルネットワーク
7章 神経符号の解読―情報理論と効率的符号化
8章 低次元空間における運動制御―動力学、運動学、そして次元削減
9章 構造から機能へ―グラフ理論とネットワーク神経科学
10章 合理的な意思決定の方法―確率とベイズの法則
11章 報酬が行動選択に与える影響―時間差分と強化学習
12章 脳の大統一理論―自由エネルギー原理、1000の脳理論、そして統合情報理論

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