🪰 ハエに足し算を教えてみた

ショウジョウバエの2段キノコ体回路(第1キノコ体: 視覚認識 0〜9 + 第2キノコ体: 連想記憶 0〜18)による手書き数字足し算の 3D 実験デモ

出題 → 3Dのハエが数字を2つ書いて足し算判定 ハエ準備中

足し算テスト 正答率 75%2段キノコ体 10k steps
脳モデルを読み込み中…
自動出題中
数字 A:
ハエの認識: ?
+
数字 B:
ハエの認識: ?
=
? ハエの予測
出題を準備中…
ハエ脳モデル (WebAssembly / FlyWire Connectome) を読み込んでいます…

問題は MNIST テストセットから。ハエは 2 つの数字を前脚で順番に地面に書き、キノコ体(第1キノコ体で各数字を視覚認識 → 第2キノコ体で和を連想出力)で足し算を計算して、和(0〜18)の旗を掲げて判定します。 正解なら砂糖水のご褒美が落ちてきて、歩いて行って口吻(proboscis)を伸ばして飲みます。 不正解なら首をかしげて考え込みます。

19クラス MBON 相対ドライブ (和 0〜18) ※ドライブが最も低い区画がハエの答え

各区画の MBON(キノコ体出力ニューロン)が受ける入力の強さ。学習によって正しい和のシナプス結合が弱まるため(LTD)、最も入力の弱い(ドライブが低い)区画がハエの選択になります。

ケニヨン細胞の活動 (5,177 KC) 発火細胞: –

沈黙している KC 数字Aの認識 (オレンジ) 数字Bの認識 (イエロー) 足し算の計算 (ピンク) ふだんの微弱な自発発火 (青)

FlyWire の細胞体位置(Soma XY座標)でプロットした 5,177 個のケニヨン細胞。キノコ体(MB1)が数字Aをオレンジ、数字Bをイエローで認識し、第2キノコ体(MB2)が鮮烈なピンク色で足し算の和を計算・連想出力します。前脚で文字を書く運動や旗あげ運動のときはキノコ体は光らず、運動ニューロン(DN)が働きます。

実験結果とアーキテクチャ比較

モデル / アーキテクチャ 足し算正答率 学習メカニズム 特性・ボトルネック
ランダム推定 (Chance) 5.26% 一様ランダム 1/19の確率
単段キノコ体 (Split-ALPN 直結) 14.0% 生物学的ヘブ則 (LTD/LTP) 入力解像度半減+多対一のシナプス干渉
線形分類 (Ridge) 19.6% L2 正則化線形回帰 非線形 XOR 類似パターンの分離限界
2層パーセプトロン (MLP) 70.6% 誤差逆伝播法 (Backprop) 多層非線形表現(生物学的妥当性なし)
🪰 2段キノコ体 (Dual-MB: MB1+MB2) 80.0% 生物学的ヘブ則 (LTD/LTP) 左右キノコ体の機能分化(視覚認識+連想記憶)

生物学的示唆: ショウジョウバエのキノコ体は、左右対称に2対存在します。単一のキノコ体に画像2枚を同時に突っ込む(Split-ALPN)と解像度低下と多対一のシナプス干渉で 14% に低下しますが、第1キノコ体(視覚認識)と第2キノコ体(足し算連想記憶)に機能分化させることで、生物学的ヘブ可塑性のみを用いて 約80% の正答率 を達成できることが実証されました。

🧠 脳の活動ふだん(背景入力だけ)
通常
投射 PN
ケニヨン KC
出力 MBON
運動 DN
最後に計算した足し算: KC が発火。和の区画 (MB2):
キノコ体の計算を約 1/3〜1/4 倍速で表示(1 本の縦線 = 25 ms)。ふだんは投射ニューロン全部に弱いランダム入力(20 Hz)が入っているだけで、ケニヨン細胞はほとんど黙っている(青いかすかな自発発火)。オレンジ(A)とイエロー(B)の光が数字を認識している時間(MB1)。鮮やかなピンク色の帯と発光が足し算を計算している時間(MB2)。緑の帯が数字を地面に書いている時間で、前脚を動かす下行性ニューロン(DNg11・DNg12)を筆の動きに合わせて駆動している。タイトルバーをつかんで動かせる。