言語は、各個人の脳が単語の意味に対して同様に反応するため、人々が互いに思考を伝達することを可能にする。我々の新たに発表された研究において、私の同僚と私は、対面会話に携わる話者の脳活動をモデル化するフレームワークを開発した。
我々は、2人の人間が台本のない会話を行う際の脳の電気活動を記録した。以前の研究では、2人が会話をすると、彼らの脳活動が結合、つまり同期することが示されており、この神経結合の程度が話者のメッセージのより良い理解と関連していることが分かっている。
神経コードとは、文脈における個別の単語に関連する特定の脳活動パターンを指す。我々は、話者の脳が共有された神経コード上で同期していることを発見した。重要なのは、脳の神経コードが大規模言語モデル（LLM）の人工神経コードに類似していたことである。
単語の神経パターン
大規模言語モデル（LLM)は、他の単語に最も続く可能性が高い単語を予測することでテキストを生成できる機械学習プログラムである。大規模言語モデルは、言語の構造を学習し、人間のようなテキストを生成し、会話を行うことに優れている。チューリングテストにさえ合格し、機械と人間のどちらと対話しているのかを見分けるのが難しくなっている。人間と同様に、LLMは他の人間が生成したテキストを読んだり聞いたりすることで話し方を学習する。
我々は、大規模言語モデルに会話の書き起こしを与えることで、スクリプトを「読む」際の「神経活性化」、つまり単語を数値に変換する方法を抽出することができた。そして、話者の脳活動を大規模言語モデルの活性化と聞き手の脳活動の両方と相関させた。我々は、大規模言語モデルの活性化が話者と聞き手の共有脳活動を予測できることを発見した。
互いを理解するために、人々は文法規則と文脈における単語の意味について共有された合意を持っている。例えば、「彼は昨日美術館を訪れた」という文のように、過去の行動について話す際には動詞の過去形を使用することを我々は知っている。さらに、同じ単語が状況によって異なる意味を持つことを直感的に理解している。例えば、「あなたは氷のように冷たい」という文の「冷たい」という単語は、文脈に応じて体温か性格特性のいずれかを指す可能性がある。自然言語の複雑さと豊かさのため、大規模言語モデルの最近の成功まで、それを正確に数学的にモデル化する方法がなかった。
我々の研究は、大規模言語モデルが人間の脳における言語情報のエンコード方法を予測できることを発見し、人間の脳活動を解釈する新たなツールを提供した。人間の脳と大規模言語モデルの言語コードの類似性により、私たちは初めて、対面会話中に話者の脳内の情報が単語にエンコードされ、単語ごとに聞き手の脳に転送される過程を追跡することができた。例えば、単語の意味に関連する脳活動が、話者の脳内で単語を発音する前に現れ、同じ活動が単語を聞いた後に聞き手の脳内で急速に再現されることを発見した。
強力な新しいツール
我々の研究は、人間の脳における言語処理の神経コードと、人間と機械の両方がこのコードを使用してコミュニケーションを行う方法について洞察を提供した。大規模言語モデルは、構文や単語が句や文を形成する順序など、言語の異なる特徴と比較して、共有脳活動をより良く予測できることが分かった。これは部分的に、LLMが単語の文脈的意味を組み込む能力や、単語から文、概念的意味まで、言語階層の複数のレベルを1つのモデルに統合する能力によるものである。これは脳と人工神経ネットワークの間に重要な類似点があることを示唆している。
我々の研究の重要な側面は、日常的な自然な会話の録音を使用して、我々の発見が実生活における脳の処理を捉えていることを確認することである。これは生態学的妥当性と呼ばれる。参加者に何を言うべきか指示する実験とは対照的に、我々は研究の制御を放棄し、参加者ができるだけ自然に会話できるようにした。この制御の喪失は、各会話が独特で、自発的に話す2人の相互作用する個人を含むため、データの分析を困難にする。日常会話に従事する人々の神経活動をモデル化する我々の能力は、大規模言語モデルの力を証明している。
他の次元
日常会話中の脳間の共有神経コードを評価するフレームワークを開発したので、我々は現在、この結合を促進または阻害する要因に興味がある。例えば、聞き手が話者の意図をよりよく理解すれば言語的結合は増加するのだろうか？あるいは、専門用語のような複雑な言語が神経結合を減少させる可能性はあるだろうか？
言語的結合に影響を与える可能性のある別の要因は、話者間の関係かもしれない。例えば、親友には少ない言葉で多くの情報を伝えられるが、見知らぬ人には難しいかもしれない。あるいは、政治的同盟者とは神経的によく結合できるが、対立者とはそうではないかもしれない。これは、グループ間で単語の使い方が異なるため、グループ外の人々よりもグループ内の人々と同調し結合しやすくなる可能性があるためである。
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