Recalling the story of the neocortex, let’s look back at this book. I’m writing with quotations.
Imagine your brain resting on a table. The first thing to notice is that the surface looks very homogeneous. It has a pinkish-gray color and is similar in shape to cauliflower with few bumps, but with numerous wrinkles. It is soft to the touch and puyo puyo. This is the neocortex. Nerve cells form a thin membrane that wraps most of the original brain tissue. Almost all activities that are considered to be the work of intelligence, such as cognition, language, imagination, mathematics, art, music, and planning, occur here. It is your neocortex that is reading this text now.
Subsequently, there is talk that all inputs to the neocortex are equivalent. However, sight is light, hearing is sound, and touch is pressure on the skin. Why are the appearance of apples, the barking of goats, the feel of baseball balls, and these different sensations equivalent?
Visual information is carried to the brain by one million fibers of the optic nerve. It quickly passes through the old-evolved thalamus in the brain and reaches the functional area in the neocortex where visual information is first processed, namely the V1 area (primary visual cortex). Sound comes in through the 30,000 fibers of the auditory nerve. It also passes through the thalamus and arrives at the AI field (primary auditory cortex), which is the entrance to visual information. The sensations from the skin and body are carried from the spinal cord through a million fibers. The information is received by the S1 area (primary somatosensory area), which performs the most basic processing of tactile sensation. The functional area where sensory information enters is collectively called the primary sensory area, and is located at the lowest level in the neocortical hierarchy. The above is the main input route of information to the brain. It is also a means for humans to understand the real world.
The author likens these movements to a bundle of wires and optical fibers. Such lines are axons that extend from neurons, and the light sent through the lines is said to be a nerve signal. These signals come from various sensory organs such as the eyes and ears, but when they are converted to action potentials toward the brain, they are all treated equivalently. In other words, it is just a signal pattern. So why does the experience of seeing, hearing, and touching feel different? The reason is that each of them flows through the hierarchy of the neocortex in different ways. So, in fact, there is no kind of action potential itself. Therefore, it can be said to be equivalent. In other words, the author writes that the human brain only knows patterns.
Eric Weienmeier’s story is cited as an example of a story about perceptual equivalence. He lost his eyesight when he was three years old. He was able to see the landscape in 2003 with a device. The device converts the image captured by a small camera into a voltage for each pixel and stimulates it through an electrode stuck in the tongue. With this device, he was able to identify balls rolling on the floor and play rock-paper-scissors.
These neocortical properties, in other words, also suggest perceptual flexibility. For example, Helen Keller, who has lost two major senses, has become a better writer than most others, and the auditory cortex of ferrets is also surgically transformed into the visual cortex. If this is deduced, the world can be perceived by radar, and there can be a feeling of living in four dimensions. This story also leads to hallucinations. It can be said that what you are touching now really exists there and is not always perceived by the antennae.
Awareness and knowledge of the real world is formed by these patterns. So there is no light in my head and no sound. Information that humans perceive is limited to spatial and temporal patterns that come in from axons.
Various things have been written about this point, but the “temporal pattern” of vision comes from the fact that the sight that comes into our eyes is constantly changing. Here, the story of the movement phenomenon of the pupil called saccade left an impression on me. It is a phenomenon in which the pupil moves at high speed three times a second. If the human eye keeps staring at only one point, that viewpoint disappears, so it seems to be said to be a function to prevent it (I tried to find out why the viewpoint disappears but I wasn’t sure). In other words, even while I’m typing characters on my PC, my pupils are constantly moving at high speed, but I don’t feel that way at all. why? That’s because the brain creates identity in the visible landscape itself.
The story of creating the identity of a landscape also leads to the slogan of universal expression in the section that follows. For example, the concept (condition) that a “cat” is a “cat” is also generated in the neocortex. If various kinds of cats appear in front of us, they will be in a state of neuronal excitement in the lower layers of the neocortex. On the other hand, in the upper hierarchy, neuronal excitement is stable. The lower hierarchy processes frequent changes and small features, and the upper hierarchy keeps the whole picture.
This also means, for example, when you’re looking in one direction from a room in my house, you grasp the situation everything that I’m at home, in the living room, looking at the window view. At this time, the upper part of the neocortex has the expression of the home, the lower part has the expression of the room, and the lower part has the view of the window.
From the story of the hierarchical structure of the neocortex, first of all, the memory is not stored in one place, but is distributed and stored in the entire hierarchy. Also, when we imagine a “cat,” it is a nested sequence of the entire hierarchy of the neocortex. That is, there is no image in the brain. If anything, it is reminiscent of a constellation that connects dots.
大脳新皮質の話を思い出して、この本を振り返ってみる。引用も織り交ぜながら書いてます。
脳が台の上に置かれていると想像する。はじめに気が付くのは、表面がきわめて均質に見えるということ。桃色がかった灰色をしていて、形はでこぼこの少ないカリフラワーに似ているけど、おびただしい数のしわがある。触れると柔らかく、ぷよぷよしている。これが新皮質。神経の細胞が薄い膜をつくり、もともとある脳の組織のほとんどを包んでいる。知能の働きとみなされる活動、例えば、認識、言語、想像、数学、美術、音楽、立案などは、ほとんどすべてがここで起きている。今この文章を読んでいるのも、あなたの新皮質である。
続いて、新皮質への入力は、すべて等価であるという話がある。でも、視覚は光、聴覚は音、感触は皮膚が受ける圧力。りんごの姿、ヤギの鳴き声、野球ボールの感触、これらの異なる感覚が、なぜ等価と言えるのか？
視覚情報は、視神経の100万本の繊維によって脳に運ばれる。脳の中で古くに進化した視床を短時間で通過し、新皮質の中で最初に視覚情報が処理される機能領域、すなわちV１野（第一次視覚野）に到達する。音は、聴神経の三万本の繊維を介して入ってくる。同じく視床を経由し、視覚情報の入り口であるAI野（第一次聴覚野）にたどり着く。皮膚と体内からの感覚は、脊髄から100万本の繊維をとおって運ばれてくる。その情報を、触覚のもっとも基礎的な処理を行うS１野（第一次体性感覚野）が受け取る。感覚の情報が入ってくる機能領域は第一次感覚野と総称され、新皮質の階層では最下位に位置している。以上が脳への情報のおもな入力経路だ。人間が現実世界を理解する手段でもある。
こうした運動を、著者は電線や光ファイバーの束に例えている。そうした線は、ニューロンから伸びる軸索であり、線を介して送られる光が神経の信号であるという。それらの信号は目や耳などの様々な感覚器官から送られてくる、だけど、脳へ向かう活動電位に変わると、それらは全て等価な扱いになる。つまり単なる信号のパターンにすぎなくなる。ではなぜ、見て、聞いて、触れるという体験が、違った体験に感じられるのか？それは、それぞれが違った経路で新皮質の階層を流れていく為だという。だから実際のところ、それらの活動電位自体に種類は無い。だから等価と言える。言い換えれば、人間の脳はパターンしかわからないんだとも、著者は書いている。
知覚の等価性についての話の一例として、エリック・ヴェイエンマイヤーの話が引用されている。彼は3歳の頃に視力を失っている。彼は2003年、ある装置によって風景を見ることができたという。その装置とは、舌に電極を設置して、小型カメラに映る映像を、画素ごとに電圧に変換して刺激を与えるというもの。この装置によって彼は、床を転がってくるボールを識別したり、じゃんけんをして遊んだりしたという。
こうした新皮質の特性は、言い換えれば知覚の柔軟性も示唆している。例えば、二つの主要な感覚を失ったヘレン・ケラーは、他のほとんどより優れた著述家になったし、フェレットの聴覚野は手術によって視覚野にもなる。これは演繹すれば、世界をレーダーで知覚するようにもなりうるし、4次元で暮らすという感覚もあり得る事になってくる。またこの話は、幻覚についてとも繋がる。今手に触れているものが、本当にそこに存在していて、触角から感知されているとは限らないと言えるから。
現実世界についての認識と知識は、こうしたパターンによって形成される。だから頭の中には光も無く、音も無い。人間が認識する情報は、軸索から入ってくる空間的、時間的なパターンに限られている。
この点についても色々書かれていたけど、視覚の「時間的なパターン」については、目に入ってくる光景が絶えず変化していることに由来している。ここで、サッカードという瞳孔の運動現象の話が印象に残った。それは、1秒に3回、瞳孔が高速で動く現象。人間の目はある一点のみを見つめ続けた場合、その視点が消失してしまうため、それを防ぐ為の機能と言われているらしい（なんで視点が消失してしまうのかは、軽く調べてみたけどよく分からなかった）。つまり、こうしてPCに文字を打ち込んでいる間も、僕自身の瞳孔は常に高速移動し続けている事になるのだけど、そうした実感は全くない。なぜか？それは脳が、目に見える風景自体に同一性を生成しているからだという。
風景の同一性を生成するという話は、後に続く項の、普遍の表現というくだりにも繋がる。例えば「猫」が「猫」であるという概念（条件）の生成も、大脳新皮質で行われている。仮に色々な種類の猫が目の前に現れた時、新皮質の階層では、下位の階層ではニューロンの興奮状態になる。一方で上位の階層では、ニューロンの興奮は安定している。頻繁な変化、細かな特徴の処理を下位の階層が行い、上位の階層はその全体像を保持し続ける。
この事はまた、自分が自宅のどこかの部屋にいて、一つの方向を見ている時、同時に今自分が家にいて、そこが居間で、窓の景色を見ていることを分かっている、という事でもあるという。新皮質の上位には、自宅の表現があり、下位の領域には部屋の表現があり、さらに下位の領域では窓の景色を見ている。
こうした新皮質の階層構造の話から、まず、記憶は一つの場所に保存されるのではなく、階層全体に分散されて保存されるということ。また、私たちが「猫」を想像する時、それは新皮質の階層構造全体のシークエンスが入れ子になったもの。つまり脳の中に画像は存在しない。どちらかと言えば、点と点を結びあった星座のようなものを連想させられる。
