脳の構造と機能を模倣する新しいAI言語モデルを開発(A new AI language model that mimics the organization of the brain)

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2025-04-24 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)のNeuroAIラボは、脳の神経構造と機能を模倣する新しいAI言語モデル「TopoLM」を開発しました。従来のAIモデルは、機能的な神経クラスターを再現することはできても、それらの空間的配置を考慮していませんでした。TopoLMは、内部表現を空間的に「滑らか」に保つルールを導入することで、脳内の言語処理に関与する神経活動と一致する機能的クラスターを形成します。このモデルは、脳の皮質における言語システムの空間的・機能的組織化を予測し、神経言語学や脳にインスパイアされたコンピューティングの発展に寄与します。また、TopoLMの内部構造は、意味のあるカテゴリーのグループ化を可能にし、大規模言語モデルの解釈性向上にも貢献します。今後、研究チームはTopoLMの予測が人間の脳内でも確認できるかを実験的に検証する予定です。

<関連情報>

TopoLM: トポグラフィ言語モデルにおける脳のような時空間機能組織 TopoLM: brain-like spatio-functional organization in a topographic language model

Neil Rathi, Johannes Mehrer, Badr AlKhamissi, Taha Binhuraib, Nicholas M. Blauch, Martin Schrimpf
arXiv  last revised 18 Mar 2025 (this version, v2)
DOI:https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.11516

Abstract

Neurons in the brain are spatially organized such that neighbors on tissue often exhibit similar response profiles. In the human language system, experimental studies have observed clusters for syntactic and semantic categories, but the mechanisms underlying this functional organization remain unclear. Here, building on work from the vision literature, we develop TopoLM, a transformer language model with an explicit two-dimensional spatial representation of model units. By combining a next-token prediction objective with a spatial smoothness loss, representations in this model assemble into clusters that correspond to semantically interpretable groupings of text and closely match the functional organization in the brain’s language system. TopoLM successfully predicts the emergence of the spatio-functional organization of a cortical language system as well as the organization of functional clusters selective for fine-grained linguistic features empirically observed in human cortex. Our results suggest that the functional organization of the human language system is driven by a unified spatial objective, and provide a functionally and spatially aligned model of language processing in the brain.

1600情報工学一般
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