2026年11月1日
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arXiv

脳エンコーダーがあなたの「似ている」を学び始める

AI が描いたイメージ

視覚脳モデルの個人化は、ある人のスキャン信号を再現することだけを目指す必要はない。その人がどの画像を似ていると感じるかも学習できる。研究者は8名の参加者に100枚の画像の類似性を判断してもらい、そのデータを使って、脳エンコーダーと個人の判断との平均相関を0.192から0.377に引き上げた。この方法が臨床で検証されれば、神経リハビリテーションの診療室で行う視覚再構成は、患者自身の分類方法を優先的に保てるようになる。

現在の視覚脳モデルは、1枚の画像からある人のfMRI反応を予測できたとしても、その人がどの画像を似ていると感じるかまでは分からないことがある。スキャナー内の信号を正確に再現できても、ある人が「似ている」と考える2枚の画像を、その人とはまったく異なる関係に並べる可能性がある。脳活動から画像を再構成しようとするシステムにとって、この違いは現実的な意味を持つ。画像がもっともらしく見えることは、見る人が本当に重視する類似性を保っていることと同じではない。

2種類の「似ている」を区別する

fMRIが測定するのは、脳内の血中酸素の変化による間接的な信号であり、ニューロンの即時の活動ではない。高価でノイズも多いが、人が画像を見たときの脳のおおまかな反応を記録できる。脳エンコーディングモデルは画像からこの活動を予測するものであり、脳デコーディングは逆に、活動からその人が見た、あるいは想像したものを推定する。

しかし、人の判断は視覚皮質の反応だけから生まれるわけではない。意味、経験、注意、そしてそのときの課題が、「この2枚の画像は似ているか」に影響する可能性がある。そのため、ある人のスキャン信号に適合するモデルは、その人の脳活動のパターンを学習したことは示せても、その人の知覚の仕方まで学習したとは限らない。

モデルに個人の類似性を学習させる

研究者は8名の参加者に自然画像を見せ、同じ100枚の画像を、自分が感じる類似度に従って並べてもらった。各人が行う課題は、約45分で1回だけである。研究者は次に、これらの判断を使って汎用知覚モデルDreamSimの特徴量の重みを調整し、特定の人により近いバージョンへと変えた。

続いて、この個人化バージョンは、約9,000枚の訓練画像からなる画像ペアについて、「どちらとどちらがより似ているか」を推定した。研究者はこの推定を使って各人の脳エンコーダーを微調整した。参加者に数千枚の画像を1枚ずつ判断してもらったわけではない。こうして、少量の行動データが大規模な脳モデルの訓練に使う教師信号になった。

結果によると、ベースラインの脳エンコーダーと個人の類似性判断との平均相関は0.192だった。個人化した知覚モデルを加えると、0.377に上昇した。単に特定の人により近づいただけではない。異なる人の間にある知覚の違いの構造も保ち始めたのである。言い換えれば、モデルの「個人化」はもはや「あなたのスキャンにより近い」だけではなく、「あなたが何を似ていると感じるかにより近い」ことも含む。

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Figure 1: Overview of the human image similarity judgment-brain encoding model alignment framework. (a) Each of the eight NSD participants arranged an identical set of 100 images according to their perceived similarity, producing a subject-specific human similarity judgment matrix. (b) A generic model of human perception (here called Population DreamSim) was adapted to each participant’s observed similarity judgments to create perceptual similarity models that reflect that person’s judgments (here called personalized DreamSim). Population and personalized DreamSim models were used to generate similarity values between each pair of images in a given participant’s approximately 9,000 training set images. (c) Each participant’s brain encoder was fine-tuned using both population and personalized DreamSim estimates of image similarity to increase alignment of the brain encoder’s predictions of brain responses with human perception. (d) The resulting representations were evaluated by their alignment with human similarity judgments and their preservation of across-subject similarity structure.How a person perceives the similarity of two images, or human perceptual similarity, is a popular area of study in the broader field of psychophysics. Behavioral similarity experiments in these areas ask individuals to organize stimuli according to their perceived relationships. Representational similarity analysis (RSA) is a statistical approach that provides a framework for comparing similarity structures across various , multi-modal spaces ([Kriegeskorte et al., 2008](https://arxiv.org/html/#bib.bib25); [Sucholutsky et al., 2024](https://arxiv.org/html/#bib.bib24); [Nili et al., 2014](https://arxiv.org/html/#bib.bib44); [Kriegeskorte and Kievit, 2013](https://arxiv.org/html/#bib.bib43); [Simkova et al., 2026](https://arxiv.org/html/#bib.bib37)). RSA can be applied in this context to perceptual similarity, measured brain activity via fMRI, and encoding model predictions of brain activity to enable comparison of how image similarity spaces are conserved across the modalities. Analysis of these representational spaces can also allow quantification of either the similarity of representations across modalities within an individual or how the across-subject correlations of similarity spaces are preserved. A brain encoding model trained on individual participant data may be subject-specific in the sense that it predicts that participant’s neural activity in an identifiable way (compared to other subjects’ data), while still failing to reflect that person’s perceptual relationships between stimuli. 出典: Alignment of visual brain encoding models with individual perceptual similarity judgments(arXiv)
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Figure 3: (a) Within-subject alignment of an individuals’ image-pair similarity judgments for the 100 images in the perceptual task compared to the representational similarity of: population DreamSim, personalized DreamSim, baseline brain encoder, brain encoder + population DreamSim, and brainencoder + personalized DreamSim, for the same image-pairs. Bars above pairs of boxplots indicate those with significant differences (p<0.05p<0.05). (b) Human similarity judgment alignment (Spearman ρ\\rho) between each subject-specific model (rows) and each subject’s human similarity judgments (columns); red boxes mark the maximum value for each column. Boxes on the diagonal indicate that person’s model best matched to their observed similarity judgments compared to others’ similarity judgments. (c) Intersubject correlations of representational spaces for human similarity judgments vs intersubject correlations of representational spaces the same modalities listed in panel (b). Each of the 28 points represents a unique pair of individuals, where the x-axis is the correlation of those two individuals’ human similarity judgment RSMs and the y-axis is the correlation of those two individuals’ RSMs for that specific modality.We compared three brain encoders: the baseline brain encoder, the baseline brain encoder finetuned with Population DreamSim (Brain Encoder + Population DreamSim), and the baseline brain encoder finetuned with Personalized DreamSim (Brain Encoder + Personalized DreamSim). Within subject alignment of human judgment RSMs and brain encoder RSMs increased significantly across the three models: Baseline Brain Encoder (mean ρ=0.192\\rho=0.192, all p≤0.032p\\leq 0.032), Brain Encoder + Population DreamSim (mean ρ=0.287\\rho=0.287, all p<0.001p<0.001), and Brain Encoder + Personalized DreamSim (mean ρ=0.377\\rho=0.377, all p<0.001p<0.001), see Fig. [3](https://arxiv.org/html/#S4.F3 "Figure 3 ‣ 4.2 Personalized DreamSim models and Brain Encoder Finetuning ‣ 4 Results ‣ Alignment of visual brain encoding models with individual perceptual similarity judgments")a. The Baseline Brain Encoder RSMs had significantly lower correlation with human similarity judgment RSMs compared to the Brain Encoder + Population DreamSim (W=2W=2, p=0.023p=0.023) and the Brain Encoder + Personalized DreamSim (W=0W=0, p=0.008p=0.008), the latter two also being significantly different (W=0W=0, p=0.008p=0.008). The Brain encoder + personalized DreamSim also had higher correlations to human similarity judgments within individuals compared to just Personalized DreamSim (mean ρ=0.377\\rho=0.377 vs 0.3140.314 W=0W=0, p=0.008p=0.008). 出典: Alignment of visual brain encoding models with individual perceptual similarity judgments(arXiv)

人にはより近くなっても、スキャンには近くなくなる可能性

この手順には代償がある。個人化のための微調整後、モデルがボクセル活動を予測する正確さは平均で9.2%低下した。元のモデルは参加者間のfMRIの構造を非常によく再現したが、その構造は、類似性判断における参加者ごとの差とは対応していなかった。そこで研究者は、脳信号への適合と個人の知覚への適合は同じ目標ではなく、自動的に同じ種類の真実とみなすこともできないと指摘している。

この方法がより多くの人、より多くの画像カテゴリー、そして独立したスキャンデータで成り立つことが確認されれば、神経リハビリテーションの診療室では別の手順が登場するかもしれない。患者が短い時間を使って画像カードを「似ているかどうか」に従ってドラッグして並べ、医師がスキャン結果を確認するとき、システムは集団平均に最も合う画像だけでなく、その患者自身の分類方法により近い視覚再構成を優先して示すのである。前提となるのは、臨床スキャンの品質、異なる病気の状態、そして見たことのない画像でこの方法を検証し、その個人化が実際に判断を改善することを示すことである。

出典

arXiv, 「Alignment of visual brain encoding models with individual perceptual similarity judgments」