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AIDB Daily Papers

脳活動をガイドにLLMの推論能力を強化し、より堅牢なAIへ

原題: Beyond representational alignment with brain-guided language models for robust reasoning
著者: Mingqing Xiao, Kai Du, Zhouchen Lin
公開日: 2026-06-10 | 分野: LLM cs.CL cs.AI cs.LG q-bio.NC AI支援

※ 日本語タイトル・ポイントはAIによる自動生成です。正確な内容は原論文をご確認ください。

ポイント

  • 本研究では、大規模言語モデル(LLM)の内部表現と人間の推論に関わる脳活動との関連性を調査しました。
  • LLMの表現は脳活動と部分的に一致するものの、推論の種類によっては乖離も見られ、脳信号によるLLMの強化が可能であることが示されました。
  • 脳信号をガイドとしてLLMの推論能力を向上させるフレームワークを提案し、10種類のLLMで最大13%の精度向上と、推論能力の堅牢化を実現しました。

Abstract

The correspondence between large language models (LLMs) and the neural mechanisms underlying human higher-order cognition remains insufficiently characterized. Given that language and reasoning in the human brain appear dissociable, an open question is whether LLMs align with neural signals from reasoning-related regions and whether such signals can improve them. Here, focusing on deductive reasoning, we show that LLM internal representations are not only partially aligned with task-fMRI activity but can also be directly enhanced by these signals. Using a neural-predictivity metric, we find that LLMs explain a substantial fraction of the explainable variance in reasoning-related regions at the aggregate level, whereas predictivity within specific reasoning types is lower, indicating both alignment and divergence. Building on this, we propose a brain-guided framework: we steer model representations along directions induced by the joint structure of model and brain representations, applying intervention at inference and fine-tuning during training. We demonstrate that task-evoked brain signals can directly enhance LLM reasoning, yielding gains orthogonal to language-only supervision across 10 LLMs (1.5B-72B), with transfer across reasoning types and up to 13% absolute accuracy gain. Our results advance LLM-brain correspondences from correlation to guidance, establishing a brain-signal-driven pathway toward more robust and cognitively aligned AI.

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