【テクノロジー解説】AIの「ニューラルネットワーク」ってなに?脳の神経のつながりをまねた計算のしくみ。物理学の道具で育てた2人が2024年ノーベル物理学賞、いまのAIブームの土台
チャットAIも画像認識も、いまのAIの多くは「人工ニューラルネットワーク」を使った機械学習です。もとは脳のしくみにヒントを得たもので、神経細胞にあたる「ノード」が、シナプスのように強くも弱くもなる「つながり」で影響しあいます。2024年のノーベル物理学賞は、1980年代から、物理学の考え方を使ってこのネットワークを育ててきたホップフィールド博士とヒントン博士に贈られました。ゆがんだ画像から覚えた画像を思い出すネットワーク、データの特徴を自分で見つけるネットワーク。やさしく解説します。
プレ男AIでノーベル「物理学賞」って、どういうこと?AIって情報科学じゃないの?
メル美「ニューラルネットワーク」って、脳みたいなものなのかな?
こんにちは、Dr. Taro です。 「テクノロジー解説」、今回は、いまの AI の土台になっている人工ニューラルネットワークと機械学習です。2024年ノーベル物理学賞の公式発表をもとにまとめました。
AIの多くは「ニューラルネットワーク」の機械学習
ノーベル賞の発表によると、
- 「人工知能(AI)」というとき、多くの場合は、人工ニューラルネットワークを使った機械学習のことを指しています
- この技術は、もともと脳のつくりにヒントを得たものです
- 人工ニューラルネットワークでは、脳の神経細胞にあたるものを「ノード」で表し、ノードはそれぞれ値をもちます
- ノードどうしは、シナプスのような「つながり」で影響しあい、つながりは強くも弱くもできます
- ネットワークは、たとえば同時に大きな値をもつノードどうしのつながりを強くすることで「学習」します
プレ男よく一緒に使う「つながり」ほど強くなる…なんか、人の記憶とか習慣みたいだね。
ホップフィールド博士:思い出すネットワーク
- ジョン・ホップフィールド博士は、パターンを保存して、再現するネットワークをつくりました。ノードを画像の画素のように考えるとイメージしやすくなります
- このネットワークは、原子のスピン(原子を小さな磁石にする性質)をあつかう物理学を使っています。ネットワーク全体を、物理の「エネルギー」のように表し、保存した画像のエネルギーが低くなるように、つながりの強さを決めます
- ゆがんだ画像や欠けた画像を入れると、ネットワークはエネルギーが下がるようにノードの値を少しずつ更新していき、いちばん似ている保存した画像を見つけます
ヒントン博士:特徴を自分で見つけるネットワーク
- ジェフリー・ヒントン博士は、ホップフィールドのネットワークをもとに、「ボルツマンマシン」という新しいネットワークをつくりました
- たくさんの同じような部品からなる系をあつかう統計物理学の道具を使い、データの中の特徴的な要素を自分で見分けられるようにしました
- 画像を分類したり、学習したパターンの新しい例をつくりだしたりできます
- ヒントン博士はこの研究を発展させ、いまの機械学習の爆発的な発展のきっかけをつくった、とされています
なぜ「物理学賞」?
- 2人は、1980年代から、物理学の道具を使って人工ニューラルネットワークの重要な研究をしてきました
- ノーベル物理学委員会の委員長は、物理学でも、特定の性質をもつ新しい材料の開発など、とても幅広い分野で人工ニューラルネットワークが使われている、と述べています
いまのAIの多くは、脳の神経のつながりをまねた人工ニューラルネットワークを使った機械学習です。物理学の考え方でその土台をつくった2人が、2024年のノーベル物理学賞を受けました。
つながる技術
- 文章をつくる AI のしくみは LLMってなに?
- AI の計算を動かす半導体は 半導体チップってなに?、その電気は データセンターってなに?
- 同じ2024年、AI でたんぱく質の形を予測した研究がノーベル化学賞を受けました:AlphaFoldってなに?
プレ男AIの根っこに、磁石の物理があったなんて意外!
メル美1980年代からの積み重ねが、いまのAIブームにつながってるんだね。
ニューラルネットワークが考古学の発見を変えた例は、AIが考古学を変えたへ。
まとめ
- いまの AI の多くは、人工ニューラルネットワークを使った機械学習
- ノード(神経細胞)が、強くも弱くもなるつながり(シナプス)で影響しあい、学習する
- ホップフィールド博士:ゆがんだ画像から保存した画像を思い出すネットワーク(原子のスピンの物理)
- ヒントン博士:データの特徴を自分で見つける「ボルツマンマシン」(統計物理学)
- 2024年ノーベル物理学賞。いまの機械学習の爆発的な発展の土台
参考文献
- The Royal Swedish Academy of Sciences. Press release: The Nobel Prize in Physics 2024. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2024/press-release/ (閲覧日:2026年10月5日)
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