この世界にあふれる膨大な情報を、私たちは脳内でどのように表現し、操作しながら日々の生活を送っているのでしょうか。これまでの研究から、脳内の情報表現には、異なる状況にも共通して使える「汎化性能」があることが示されてきました。例えば、見え方が変わっても同じ物だと認識できるように、脳は個々の違いを超えた共通性を捉えて情報を表現します。しかし、脳が情報を表現するだけでなく、「刺激を処理する」「情報を一時的に保持する」といった認知操作そのものが、異なる種類の情報に対して再利用されるかどうかは、十分に分かっていませんでした。例えば私たちは日常生活の中で、物、場所、音、行動計画など、さまざまな情報を処理し、短時間保持しています。では、脳は情報の種類ごとに専用の神経回路を使うのでしょうか。それとも、同じ認知操作を担う神経細胞群を柔軟に再利用しているのでしょうか。

　この問いに答えるため、私たちは、マウスが刺激処理と短期記憶という二つの認知操作を、異なる情報に対して繰り返し使う行動課題を開発しました。マウスには高音または低音を二回提示し、二つの音が同じならポートをなめ、異なればなめないように訓練しました。一回目の刺激後には音の情報を、二回目の刺激後には「なめる」「なめない」という行動の情報を短期間保持（短期記憶）する必要があります。前頭前皮質の神経活動を解析したところ、刺激処理を担う神経細胞群と、短期記憶を担う神経細胞群は異なる一方、それぞれが一回目と二回目の両方で同様に活動していました。つまり、異なるタイミングで異なる情報を処理する際にも、新たな神経細胞集団をその都度動員するのではなく、同じ神経細胞群を繰り返し動員して、同じ認知操作を実行していることが明らかになりました。特に短期記憶では、保持する内容が音から行動へと変化しても、同じ神経細胞群による共通の活動パターンが再利用され、異なる種類の情報を保持するために同じ神経回路の計算資源が繰り返し利用されていました。人工ニューラルネットワークを用いた解析でも、これらの各神経細胞群が異なる認知操作を専門的に担うことが支持されました。

　本研究の重要な点は、特に前頭前皮質の神経活動が、似たような情報を共通の形式で表すという従来の「情報表現の汎化」から一歩進み、情報に対して何をするかという「認知操作の汎化」を示したことです。脳は、扱う情報の内容が変わっても、同じ操作を担う神経細胞群を再利用することで、限られた脳内の計算資源から多様で柔軟な行動を生み出していると考えられます。この知見は、脳の柔軟な情報処理の理解を深めるとともに、計算機能を再利用して新しい課題に対応できる、効率的で汎用性の高いAIの開発にもつながることが期待されます。