思考と言語のモデリングギャップ(On the Thinking-Language Modeling Gap in Large Language Models)

田中専務

拓海先生、最近部署で「LLM(Large Language Model、大規模言語モデル)って思考もできるらしい」と言われて困っております。要するに機械が人間みたいに論理的に考えられるという話でしょうか?投資する価値はありますか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!大丈夫、落ち着いて整理しましょう。結論を先に言うと、LLMは言語を非常にうまく扱えるが、内部で人間のような“思考の言語(language of thought)”を自然と持っているとは限らないんですよ。まずは要点を三つで説明できますよ。

田中専務

三つですか。そこだけ教えてください。現場に導入すると現実にはどう違いが出ますか。たとえば品質判定や工程最適化の現場で誤った判断をしてしまうリスクはありませんか。

AIメンター拓海

いい質問です。要点はこうです。1) LLMは大量の自然言語を真似る能力が高いが、その学習目的は次の単語予測(next-token prediction)であり、その訓練目標が思考と完全には一致しない。2) 人間のSystem 2的な推論は「思考の言語(language of thought、LoT)」という内部表現を順序立てて使うが、言語データだけではその中身が十分に学べない。3) したがって運用するにはLoTのような補助的な仕組みやプロンプト設計が必要で、単に大規模モデルを導入するだけでは誤判断のリスクがあるんです。

田中専務

つまり、言葉をたくさん学ばせただけでは本当に筋の通った考えはできないということですね。これって要するに「言語を真似する力」と「考える力」は別物ということですか?

AIメンター拓海

その通りです!まさに要点を掴んでいますよ。言語モデルは言語の表現を学ぶが、思考を組み立てるための「内的な手順」や因果関係のモデルが欠ける場合があるのです。だから現場での利用では、結果の裏付けや論理の可視化を組み合わせる運用が必要になりますよ。

田中専務

具体的にはどんな手法がありますか。論文では何か対策を示しているのですか。コストのかかる大掛かりな仕組みでなければ現場にも説得しやすいのですが。

AIメンター拓海

論文はLoT(language of thoughts、思考の言語)という概念に着目し、プロンプト設計によって言語バイアスを減らす手法を提示しています。完全な再学習やモデル改造を必要とせず、プロンプトや出力の構造化によって信頼性を高める方向です。要点は三つだけ覚えてください。1) 言語バイアスを意識する、2) 思考の手順を明示させる、3) 出力の検証ルールを組み込む、です。

田中専務

なるほど。言葉を整えて思考のステップを書かせるというイメージですね。ただ、現場の人間が毎回そんな高度なプロンプトを書けるか不安です。簡単に運用できる方法はありますか。

AIメンター拓海

大丈夫です。一緒にテンプレートを用意すれば現場は使えますよ。まずは業務上よくある問いを三つから五つ抽出して、その問いに対してLoT風のテンプレートを作る。次に結果をチェックするための簡単な検証ルールを導入する。これだけで多くの誤答を減らせます。私が伴走すれば必ずできますよ。

田中専務

投資対効果という点で言うと、まず小さく試して失敗を早く検出するフェーズが必要ですね。検証に必要な人員や時間感はどの程度見れば良いでしょうか。

AIメンター拓海

素晴らしい実務的発想ですね。まずはパイロットで三カ月、業務担当者1?2名とITサポート1名程度で回せるケースが多いです。目的はモデルの出力を業務ルールに照らして評価するプロセスを確立することです。これで投資対効果が見えない場合は拡張を控える判断ができますよ。

田中専務

分かりました。では最後に私の理解を確認させてください。これって要するに「言語を大量に学んでも人間と同じ思考の過程は持てない可能性がある。だから思考の手順を明示し、出力を検証する運用を先に作るべきだ」ということですか。

AIメンター拓海

そのとおりです、完璧なまとめですね!まさに本論文が言っている核心で、実務ではLoT的なプロンプトや検証フローでリスクを低減できますよ。一緒に小さな実験から始めましょう。大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。

田中専務

分かりました。では私の言葉で言うと、「言葉だけ学んだAIは口がうまいが筋の通った考えをするとは限らない。だから考えの手順を見える化して、小さく試す」という方針で進めます。ありがとうございました。


1.概要と位置づけ

結論を先に述べる。本研究は「言語(language)を学習しただけの大規模言語モデル(Large Language Models、LLM)は、人間が行う遅く論理的な推論であるSystem 2推論を確実に再現しない」という重要な指摘を示した。つまり、LLMの高い言語生成能力は、人間の思考過程そのものを保証しないということである。これは経営的に言えば、見栄えの良い説明や自然な文章生成と、業務上の正しい意思決定は同一ではないということである。

背景として、人間は複雑な推論を行う際に「思考の言語(language of thought、LoT)」と呼ばれる内部表現を順序立てて組み立てると心理学では説明される。LLMは膨大な自然言語データで学習され、言語表現の模倣に優れるが、学習目標が次の単語予測(next-token prediction)であるために、思考を組み立てるための内的因果構造を必ずしも獲得しない可能性がある。

本研究はその「言語―思考ギャップ(language-thought gap)」を理論的に整理し、単なる言語モデリングによる限界とリスクを明確化した。実務面では、単にLLMを導入してプロンプトで指示するだけでは、論理の飛躍や誤った因果推定を招く恐れがあることを示唆する。

経営層が注目すべき点は二つある。一つは導入前に「アウトプットの裏付け(explainability)」と「検証ルール」を整備する必要性、もう一つは小さな実験で価値を検証するステップを制度化する必要性である。これらが整っていなければAI導入の投資は期待通りの成果を生まない可能性が高い。

本節は全体の位置づけを示すため、基礎的な問題意識と経営判断への示唆に焦点を当てた。次節以降で先行研究との違い、技術的な中核、実証方法と成果、議論と課題、今後の調査方向を順に解説する。

2.先行研究との差別化ポイント

先行研究は主にLLMの言語理解能力や推論能力の可用性を実験的に示してきた。これらの研究はCoT(Chain of Thought、思考の連鎖)などプロンプトベースの手法で人間風の推論を誘発できることを報告している。しかし、これらは主に出力の表現面での改善に留まっており、モデルが内部でどのような因果的表現を保持しているかという観点は十分に検討されてこなかった。

本研究は心理学・神経科学におけるLoTの議論をLLMの文脈に持ち込み、言語モデリングと内部的思考表現の不一致を明確にした点で差別化される。つまり、表面的に見える推論の連鎖と、内部で因果的に構成された思考手順は同一ではないという証明に近い視点を提供した。

加えて、次の単語予測という学習目標自体が持つ「言語バイアス(language modeling bias)」を定式化した点も独自性である。多くのモデルが同じ学習目標を共有する以上、その目標に起因する共通の弱点が生まれるという指摘は、モデル選定や運用設計に直接的な示唆を与える。

実務的には、これまでの先行研究が示す「表現の巧みさ」をそのまま業務に移すリスクを警告している点が重要である。表面的な正確さや説明の自然さだけで導入判断をすると、根拠の弱い決定を支援するシステムを作ってしまう可能性がある。

したがって本論文は、LLM活用の評価基準を「見た目の正しさ」から「推論過程と根拠の妥当性」に移すことを提案している点で、先行研究に対する重要な補完となる。

3.中核となる技術的要素

本研究の技術的中核は三点ある。第一に「構造的因果モデル(Structural Causal Models、SCM)」を簡略化して思考の因果的構成をモデル化した点である。SCMは要素間の因果関係を明示する手法であり、LLMが部分的に示す因果的構造を理論的に評価する枠組みを提供する。

第二に「言語バイアスの形式化」である。次の単語予測に基づく学習は、頻出の言語パターンを優先する傾向を生むため、因果関係よりも表層的相関を再現しやすい。これが誤った推論や強固でない説明を生む原因として分析された。

第三に実践的な対策として提示されるのがLoTに着想を得たプロンプト技術である。これはユーザーに対して思考の中間ステップを明示的に生成させ、モデルの出力が論理的手順に沿っているかどうかを検証しやすくする工夫である。モデル改変を伴わないため現場での導入障壁が比較的低い。

これらの要素は一体となって、単なる言語生成から「検証可能な推論」への転換を促す。実務では出力のログ化、手順テンプレート化、検証ルールの自動化といった運用設計に落とし込める。

技術的には根本解決に至るわけではないが、現場でリスクを低減しつつ価値を出すための合理的なアプローチとして有効である点が評価できる。

4.有効性の検証方法と成果

本研究は理論的主張に加え、LoT風のプロンプトを用いた実証実験を行っている。評価は複数の推論タスクに対する正答率と、出力の因果的一貫性を測る指標で行われた。結果として、単純なCoTプロンプトと比べて言語バイアスの影響を減らし、より堅牢な推論結果が得られるケースが示されている。

実験は標準的なベンチマークに加え、因果的誤りが誘発されやすい合成タスクも用いられ、LoT風プロンプトの有効性が示唆された。だが、全てのケースで万能というわけではなく、特に常識や世界知識に深く依存する問いでは限界が残る。

重要なのは、実験結果が「完全な解」ではなく「運用上の改善余地」を示すものだった点である。つまり、プロンプト改善によって誤答を減らし、出力の検証をしやすくする余地が存在するという現実的な示唆を与えた。

経営レベルでは、この成果は「早期投資の正当化」ではなく「検証可能な小規模実験を通じて価値とリスクを定量化する」フェーズを支持する証拠だと理解すべきである。短期でROIを見極め、次段階へ柔軟に拡張する方針が現実的である。

まとめると、検証はLoT的な手法が効果的なケースを示したが、汎用的な思考獲得までの道のりは依然として残っている。

5.研究を巡る議論と課題

本研究が投げかける主な議論は、LLMの「能力」の評価基準を再考する必要性である。表面的な言語生成の巧みさだけでなく、内部での因果的・手続き的妥当性をどう評価するかが議論の焦点となる。そのための指標設計やベンチマークの整備が課題として残る。

技術的課題としては、LoTのような内部表現を外から検証する難しさがある。黒箱で学習されたネットワークの内部状態を因果的に解釈することは容易ではないため、間接的な検証手法や人間とモデルの共同検証ワークフローが必要である。

運用面の課題も大きい。現場でテンプレート化されたプロンプトや検証ルールを継続的に運用し、モデルの挙動変化に対応するガバナンス体制を作ることは、人的コストと運用負荷を伴う。特に中小企業では専門人材の確保がボトルネックになりうる。

倫理・規制面では、誤った推論が与える意思決定への影響や説明責任が問題になる。モデルの出力に対する人的最終確認やログ保存、説明可能性の担保は法令順守や社会的信頼に直結する課題だ。

したがって研究成果は実務化に向けた方向性を提供するが、完全解決を意味しない。モデル設計、評価指標、運用ガバナンスの三方向で追加研究と実践が必要である。

6.今後の調査・学習の方向性

今後の研究は二段階で進むべきである。第一に、内部的な因果表現をより直接に評価する測定基盤とベンチマークの整備が必要だ。これには合成タスクだけでなく実務に近いシナリオのベンチマーク化が含まれる。第二に、LoT的手法を業務テンプレートとして体系化し、産業横断のベストプラクティスを作ることが求められる。

教育・人材面の投資も重要である。経営層と現場がAIの限界を共通認識し、プロンプト設計と検証ルールを運用できる体制を作ることで、導入の失敗確率を下げることができる。

最後に実務者への提示として、検索に使える英語キーワードを挙げる。”language of thought”, “thinking-language gap”, “chain of thought”, “structural causal models”, “next-token prediction bias”。これらで文献を追えば本研究に関連する詳細を確認できる。

以上を踏まえ、現場では小さな実験を回して得られた知見を元に、テンプレート化とガバナンス構築を並行して進めることが推奨される。これが現実的かつ費用対効果の高い実装戦略である。

会議で使えるフレーズ集

「この出力には根拠の可視化が必要だ。LoT風の中間ステップを要求して検証しよう」。

「まずは三カ月のパイロットで業務担当者一人とIT一名でROIを計測する」。

「モデルが示す因果関係の裏取りをルール化しないと説明責任を果たせない」。

「見た目の文章が上手くても業務決定に使う前に検証フローを入れるべきだ」。


引用元: Liu C., et al., “On the Thinking-Language Modeling Gap in Large Language Models,” arXiv preprint arXiv:2505.12896v1, 2025.

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