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LLMの不確実性に基づく応答停止が安全性と幻覚を改善する

(Uncertainty-Based Abstention in LLMs Improves Safety and Reduces Hallucinations)

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田中専務

拓海さん、最近部下から「LLMを使えば効率化できます」と言われて困っています。正直、どこまで信用していいのか分かりません。特に間違った回答や危ない回答が出たら困るのですが、これはどう考えればいいですか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!まず結論を一言で言うと、大規模言語モデル(Large Language Models, LLMs)に「分からない」と言わせる仕組みを入れるだけで、安全性と正確性がかなり改善できるんです。大丈夫、一緒に整理していきましょう、です。

田中専務

「分からない」と言わせる仕組み、ですか。それって要するにモデルに曖昧なときは黙らせるということですか。黙らせると成果が出ないのでは、と心配になります。

AIメンター拓海

いい質問ですよ。ここで重要なのは三点です。第一に、モデルが無条件に答えるのではなく不確実なときに応答を控えることで誤答や幻覚(hallucination/事実と異なる創作回答)を減らせる点、第二に、応答停止は完全な沈黙ではなくヒューマンによる確認や追加情報収集につなげる点、第三に、投資対効果(ROI)の改善につながる点です。安心してください、ただ黙らせるだけで終わらせませんよ、です。

田中専務

なるほど。で、不確実性って言葉が出ましたが、それは具体的にどう測るのですか。現場の社員でも扱える指標になりますか。投資して導入しても現場が使えないのは困ります。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!不確実性には二種類あります。一つはStatistical Uncertainty(統計的不確実性)で、モデルの内部の確信度を数値化したものです。もう一つはIn-Dialogue Uncertainty(対話内不確実性)で、ユーザーとのやり取りの中で生じる曖昧さを検出するものです。どちらも閾値(しきいち)を設定して「ここまで低ければ応答をやめる」とすれば現場運用は現実的にできますよ、です。

田中専務

閾値で止めるのは分かりましたが、実際に止めたときの割合や効果はどの程度なのですか。現場から「回答が少なくなって使えない」と言われないか心配です。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!研究の結果では、Statistical Uncertaintyに基づく応答停止は正確性を2%〜8%改善するケースが見られます。Unanswerable(答えがない)質問に対してはIn-Dialogue Uncertaintyで約半分を検出し幻覚を抑えます。さらに安全性に関しては、RLHF(Reinforcement Learning from Human Feedback、ヒトのフィードバックによる強化学習)で調整されたモデルでも統計的不確実性を使うと70%〜99%の改善が得られる場合があるのです。要するに、ただ止めるのではなく正答率と安全性のバランスを改善できるんですよ、です。

田中専務

これって要するに、モデルが確信を持てないときは「知らない」と言わせ、それで間違いを減らすということですか。だとすれば導入は現場の負担を大きくしないで済みそうですね。

AIメンター拓海

その通りですよ。重要な点を三つにまとめると、第一に不確実性に基づく応答停止は誤情報と幻覚を実務レベルで減らせる、第二に停止時はヒトの確認フローに組み込みやすくROIを改善しやすい、第三にRLHFで調整されたモデルでも不確実性指標は有効である、ということです。現場運用では閾値とフォールバック手順を決めれば導入は現実的にできます、です。

田中専務

導入するときに経営として何を指標にすればいいですか。具体的なKPIやチェックポイントがあれば教えてください。コスト対効果を示せないと稟議が通りません。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!経営層は三つの指標を重視すべきです。まず正答率の変化、特に重大な誤答の減少率。次にヒューマンレビューが発生した場合の処理コストと時間、最後にユーザー満足度やクレーム減少です。これらを導入前後で比較すれば投資対効果を明確に示せますよ、です。

田中専務

分かりました。最後にもう一度整理させてください。私の理解で合っていますか。モデルが自信を持てないときに応答を止める仕組みを入れることで、誤答や危ない回答が減り、現場の確認フローに結びつけてROIを改善できる、ということでよろしいですか。

AIメンター拓海

その通りですよ、田中専務!要点はまさにそれです。あとは業務プロセスに合う閾値と確認フローを決めるだけです。大丈夫、一緒に設計すれば必ずできますよ、です。

田中専務

分かりました。では私の言葉で言い直します。要するに、AIに”知らない”と言わせる設計で誤りと危険を減らし、必要なときだけ人間が介入してコスト対効果を上げる、ということですね。これなら部長たちにも説明できます。ありがとう、拓海さん。


1.概要と位置づけ

結論から述べる。本研究は大規模言語モデル(Large Language Models, LLMs)(大規模言語モデル)の応答を無条件に受け入れるのではなく、不確実性を検出して応答を控える仕組みを導入することで、正確性と安全性を実務レベルで改善できることを示した点で重要である。現場の意思決定において最も変わるのは、AIの回答を“全自動で信頼する”運用から、“不確実なときは人が介入する”運用へと変える点である。

背景として、LLMsは文章生成が得意である一方で事実と異なる回答、いわゆる幻覚(hallucination)(幻覚)を生じることが知られている。幻覚は問い合わせが答えのない内容であったり情報が不足している場合に顕在化しやすく、業務で放置すると誤った意思決定を招く。したがってモデルの“答えるべきでない状況”を検出するメカニズムが求められている。

本研究は不確実性を指標化し、閾値で応答を止める手法を検討する。具体的にはStatistical Uncertainty(統計的不確実性)とIn-Dialogue Uncertainty(対話内不確実性)という二種類の不確実性を評価し、それぞれが正答率改善や幻覚抑制、安全性向上にどう寄与するかを定量的に示した。RLHF(Reinforcement Learning from Human Feedback、ヒトのフィードバックによる強化学習)で微調整したモデルでも不確実性指標が有効である点も確認された。

ビジネス上の位置づけとして、この手法は顧客対応、ナレッジ検索、内部文書作成などで適用可能である。運用は完全自動と人間介在のハイブリッドを想定し、応答停止時のフォールバック手順を設計することが肝要である。経営判断の観点では導入時に想定される効果と確認コストを比較して投資判断することが求められる。

要点は三つである。第一に不確実性に基づく応答停止は誤答を実務レベルで減らす、第二に幻覚の発生するケースの検出にIn-Dialogue Uncertaintyが有効である、第三にRLHF済みモデルでも統計的不確実性を活用できる。これらが組織のリスク管理と運用効率に直接つながる点で本研究は価値を持つ。

2.先行研究との差別化ポイント

先行研究の多くはモデルの生成能力向上や事後編集による誤り修正に焦点を当ててきたが、本研究は“応答を控える(abstention)”という考え方をLLMの文脈で体系的に検討した点で差別化される。従来の分類タスクにおける応答停止の考えを生成モデルに拡張し、質問応答タスクにおける実用性を評価した点が新規性である。

従来の手法はしばしば生成結果のスコアリングやファクトチェッカーによる事後検証に頼っていた。これに対し本研究はモデルの内部的指標であるStatistical Uncertaintyを用いることで、生成前後のコストを抑えつつ誤答の発生を未然に抑制するアプローチを提示した点で実装負荷を低減する利点がある。

またIn-Dialogue Uncertaintyという概念を導入し、会話の文脈から答えの可否を推定する方法を示した点も先行研究との差別化要因である。特に答えが存在しない質問(unanswerable questions)や曖昧な問い合わせに対して即時に「応答を控える」判断が有効であることを示した。

さらにRLHFで調整されたモデルに対する不確実性指標の挙動を解析した点も特徴である。RLHFは人間らしい応答を促す半面で確信度の分布を変化させるが、本研究はその変化後でも不確実性ベースの閾値運用が成立することを示した。

結論として、先行研究が“よりよく答えさせる”ことに注力していたのに対し、本研究は“答えるべきでないときに答えさせない”という実運用に直結した視点を持ち込んだ点で実務的差別化を果たしている。

3.中核となる技術的要素

本研究の技術的中核は不確実性指標の定義と運用方法にある。まずStatistical Uncertainty(統計的不確実性)はモデルが出力する確率分布やスコアの形状から導出される指標であり、内部の信頼度を数値化する役割を持つ。これは簡単に言えば「モデルがどれだけ自信を持って答えているか」を数値化する道具である。

次にIn-Dialogue Uncertainty(対話内不確実性)は、会話の流れや照会内容の特性から答えの可否を判断する指標である。具体的には質問が事実に基づく応答を想定しているか、あるいはそもそも正解が存在しないかを文脈的に評価するもので、幻覚を検出するのに有効である。

これらの指標を組み合わせて閾値を設定し、閾値未満のときには自動応答を停止してヒトによるレビューや追加情報要求へフォールバックする運用を設計する。閾値の調整は業務の許容リスクと処理コストのバランスを見ながら行う必要がある。

またRLHF(Reinforcement Learning from Human Feedback、ヒトのフィードバックによる強化学習)で微調整したモデルにおける確信度分布の変化を踏まえ、閾値や不確実性の算出方法を適応的に調整することが求められる。RLHFは応答の人間らしさを高めるが、そのままでは過度な自信表現を促すことがあるためである。

技術導入の観点では、不確実性指標の算出は既存の推論パイプラインに比較的容易に組み込める。一方で停止時の業務プロセス設計やモニタリング体制、KPI定義は別途整備が必要である。これらが実用化のカギとなる。

4.有効性の検証方法と成果

検証は質問応答タスクを中心に行われ、正確性、幻覚率、安全性という三つの側面で評価された。正確性についてはStatistical Uncertaintyに基づく応答停止で2%〜8%の改善が報告され、実務で意味のある誤答削減が見込める水準であることが示された。これは業務上の誤判定コストを直接下げるインパクトを持つ。

幻覚に関しては、特に答えが存在しない質問に対するIn-Dialogue Uncertaintyの有効性が示された。In-Dialogue Uncertaintyに基づく閾値で約50%の未回答質問を検出でき、結果的に幻覚を発生させるケースを半減できるという成果が得られている。

安全性の評価では、RLHFで微調整したモデルに対してStatistical Uncertaintyを適用した場合、危険や有害な応答の発生割合が大幅に低下することが観察された。報告値としては70%〜99%という幅が示され、業務やサービスのリスク削減に寄与することが確認された。

検証方法は既存のベンチマークに加えて業務シナリオに即したケーススタディも併用されており、理論的効果だけでなく実装上の現実性も評価されている。閾値設定の感度分析やヒューマンレビューコストとのトレードオフ評価も行われ、導入基準の設計指針が提示された。

総じて、本研究は不確実性に基づく応答停止が実務レベルで有効であることを複数角度から示した。導入に当たってはベネフィットと追加コストの定量化が必須だが、効果の現実性は高いと結論付けられる。

5.研究を巡る議論と課題

本手法には優れた点がある一方で課題も残る。まず閾値設定の難しさである。閾値を厳しくすれば誤答は減るがヒューマンレビューが増えコストが上がる。逆に緩めると誤答削減効果が薄れるため、組織ごとの業務特性に合わせた最適化が不可欠である。

第二は不確実性指標の解釈性である。Statistical Uncertaintyは数値化されるが、その意味を運用者が直感的に理解できるように可視化する仕組みが必要である。可視化としきいち設計の経験則を蓄積する運用文化の構築が求められる。

第三にRLHFの影響である。RLHFは応答の人間らしさを高める反面、確信度の分布を変化させ指標の挙動に影響を与える。したがってRLHF済みモデルでは指標の再評価と閾値再調整が必要となる点が実務上の課題である。

また法的・倫理的観点も無視できない。応答停止がユーザー体験に与える影響や、停止判断に関する説明責任は事前に整理しておく必要がある。特に顧客対応では「なぜ回答しなかったのか」を説明できる設計が信頼維持に重要である。

最後に技術的進化の速度も課題だ。モデルが進化すると不確実性の定義や閾値の有効性も変わり得るため、継続的な評価体制とフィードバックループを運用に組み込むことが不可欠である。

6.今後の調査・学習の方向性

今後はまず業務ごとの閾値最適化の実践研究が求められる。具体的にはコスト構造とリスク許容度を反映した閾値設計を行い、導入効果を定量化することが重要である。実証実験を通じたベストプラクティスの蓄積が必要である。

次に不確実性指標の可視化と説明可能性の強化が課題である。経営層やオペレーターが指標を理解しやすくすることで運用への抵抗を減らし、意思決定の質を高めることができる。可視化ダッシュボードや説明文の標準化が期待される。

さらにRLHFと不確実性指標の共進化を研究する必要がある。RLHFの調整が確信度に与える影響を体系的に測定し、調整後の指標の再キャリブレーション手法を確立することが望ましい。これにより実運用での安定性が高まる。

またIn-Dialogue Uncertaintyをさらに拡張し、対話設計段階で未回答の可能性を低減する工夫も重要である。ユーザーへの誘導質問や追加情報要求の自動化により、応答停止の頻度を抑える工夫が考えられる。

最後に企業内での運用ガイドラインと教育が鍵である。経営層は応答停止の目的と期待効果を明確にし、現場にわかりやすく伝える必要がある。運用ルールとKPIの整備を通じて現場定着を図ることが今後の重要な課題である。

検索に使える英語キーワード

Uncertainty-based abstention, Large Language Models (LLMs), In-Dialogue Uncertainty, Statistical Uncertainty, RLHF, hallucination mitigation

会議で使えるフレーズ集

「本手法はモデルが確信を持てないときに応答を控え、必要時に人が介入する運用に移行します。」

「不確実性指標による応答停止で誤答と安全リスクを低減し、ヒューマンレビューの運用コストと比較してROIを評価します。」

「RLHFで調整されたモデルでも不確実性指標は有効で、閾値設計と可視化が導入の鍵です。」

C. Tomani et al., “Uncertainty-Based Abstention in LLMs Improves Safety and Reduces Hallucinations,” arXiv preprint arXiv:2404.10960v1, 2024.

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