Nature論文：全身麻酔の無意識下でも、ヒトの脳はLLMのように単語を予測している

全身麻酔で完全に意識を失っている患者に物語を聞かせたとき、脳はその言葉を理解しているのだろうか。

従来の神経科学の常識では、答えは「ノー」だった。全身麻酔は意識のスイッチを切り、高度な認知や言語処理も停止すると考えられていたからだ。

しかし、5月6日付の英科学誌Natureに掲載されたベイラー医科大学の研究が、その前提を覆した。全身麻酔下にある患者の海馬において、脳が音声をリアルタイムで言語として処理し、さらに大規模言語モデル（LLM）のように次に続く単語を予測していることが明らかになった。

海馬深部に刺したNeuropixelsプローブ

この発見は、てんかんの手術現場でもたらされた。同大の脳神経外科教授サミール・シェス（Sameer Sheth）博士らの研究チームは、治療のために海馬へアクセスする機会を活かし、これまでこの脳領域では使われていなかった高精度電極「Neuropixelsプローブ」を初めて挿入した。

記憶を司る海馬の中で、全身麻酔状態にある数百個の単一神経細胞の活動を直接記録したのだ。

研究チームはまず、規則的な反復音の中に時折異なるトーンを混ぜて聞かせた。すると海馬のニューロンはその異変を正確に見分けただけでなく、時間の経過とともに識別精度を向上させた。麻酔下でも神経可塑性や学習のような現象が起きている証拠だ。

続いてチームは、患者に短い物語を聞かせる実験を行った。すると海馬は音声をリアルタイムで言語として解析し、神経発火のパターンによって名詞、動詞、形容詞といった品詞の違いまで識別していることが分かった。

LLMと同じ「次単語予測」が無意識下で動く

さらに研究者を驚かせたのは、神経信号が文中で「次にどんな単語が来るか」を事前に予測していた点だ。

共同研究者のベンジャミン・ヘイデン（Benjamin Hayden）博士は、こうした「予測符号化」は本来、覚醒して集中しているときに働くものと考えられてきたと指摘する。しかし実際には、完全に意識がない状態でも、LLMが次のトークンを生成するのとそっくりな予測処理が行われていた。

つまり、高度な言語理解や予測機能には意識の存在が必須ではない。意識とは単一の脳領域の活動ではなく、脳全体のより広範なネットワーク連携によって成立している可能性が高い。

ただし、筆頭著者のヴィギ・カトロウィッツ（Vigi Katlowitz）博士らは慎重な見方も示している。今回のデータは特定の麻酔薬を用いたてんかん手術患者に限られており、通常の睡眠や昏睡状態でも同様の現象が起きるかは不明だ。また、海馬以外の領域がどう関与しているかも今後の課題として残る。

なぜ重要か

この成果は、脳コンピュータインターフェース（BCI）や失語症患者向けの音声プロテーゼ開発にとって極めて大きな意味を持つ。

脳卒中や外傷で発話能力を失った患者を支援する従来の技術は、運動野の信号や意識的な発声の試みに依存してきた。もし海馬が持つ無意識下の言語予測信号を活用できれば、患者が言葉を必死に組み立てようとする前に、意図を先回りして補完する極めてスムーズな音声補綴デバイスが実現するかもしれない。

また、AIの観点からも示唆に富んでいる。LLMの「次の単語を予測する」仕組みに対しては、これまで「単なる確率計算であり本質的な知能ではない」という批判が根強くあった。しかし、人間の脳自身が無意識の深層で全く同じ予測メカニズムを走らせていたという事実は、生物学的知能と人工知能の情報処理原理が本質的に地続きであることを物語っている。

私たちは、動物実験で培われた電極技術をてんかん手術の隙間に持ち込み、ヒトの深部脳活動を捉えた着眼点こそが見事だったと考える。実用化にはまだ時間がかかるとしても、人間の脳の底知れなさとAIの類似性を同時に照らし出した一歩として注目に値する。