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Visual-TCAV:画像分類の後付け説明可能性のための概念ベース帰属とサリエンシーマップ

(Visual-TCAV: Concept-based Attribution and Saliency Maps for Post-hoc Explainability in Image Classification)

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田中専務

拓海先生、この論文は画像認識モデルの「なぜそう判断したか」を説明する新しい手法だと聞きました。うちの現場でもAIが判断根拠を示してくれないと困る場面が多く、まず要点を教えてください。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!一言で言えば、この論文は「モデルが画像中のどの部分でどんな概念を見て判断したか」を同時に示す手法です。結論を三つにまとめると、①概念の存在位置を可視化できる、②概念が予測にどれだけ寄与したかを算出できる、③従来手法のブリッジになる、という点が重要です。

田中専務

なるほど。現場ではサリエンシーマップ(saliency map)で「ここを見ている」とは分かるが、「それが何の概念か」は分からないと部門から言われます。それを一緒に示すということですか。

AIメンター拓海

その通りです。既存のサリエンシーマップは「どこを見るか」を示すが、概念ベースの手法は「ネットワークがある概念にどれほど敏感か」を示す。Visual-TCAVはその両方を組み合わせて、位置と寄与の両面から説明できるようにしていますよ。

田中専務

それは現場での説明責任やバイアス検出に役立ちそうです。ただ、投資対効果で言うと、導入と運用は大変ではないですか。どのくらい手間がかかるものなのですか。

AIメンター拓海

重要な視点ですね。要点を三つに分けてお伝えします。第一に、ユーザー定義の概念を用いるため、現場での概念収集は必要ですが、それが投資の価値に直結します。第二に、既存のCNN(Convolutional Neural Networks, CNNs)(畳み込みニューラルネットワーク)をそのまま使えるため大規模な再学習は不要です。第三に、概念の可視化と寄与評価ができれば、誤判定や偏りの原因を特定して運用改善に繋げられます。大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。

田中専務

技術的には、どんな要素が鍵になるのですか。例えばCAVと統合勾配という言葉を聞きましたが、それはどう使うのですか。

AIメンター拓海

いい問いです。Concept Activation Vectors (CAV)(概念活性化ベクトル)は、特定の概念を表す方向を特徴空間で学ぶ手法です。Integrated Gradients (IG)(統合勾配)は、ある入力が出力にどれだけ寄与したかを積分的に評価する手法です。Visual-TCAVはこれらを組み合わせ、CAVで概念の方向を得て、IGの一般化でその概念が個別予測にどれほど寄与したかを位置情報と共に示します。

田中専務

これって要するに、見ている『場所』と見ている『概念』と、それが『どれくらい効いているか』を同時に教えてくれるということですか?

AIメンター拓海

まさにその通りですよ。要点を改めて三つにまとめると、①概念の位置が可視化される、②概念ごとの予測寄与が定量化される、③ローカル(個別画像)とグローバル(モデル全体)の両方で説明が可能になる、という点がこの手法の核心です。

田中専務

現場での説明やクレーム対応で使えるなら価値がありますね。最後に、私の理解で合っているか確認したい。まとめを自分の言葉で言いますので聞いてください。

AIメンター拓海

素晴らしいです、その確認プロセスが理解を定着させますよ。どうぞ、田中専務の言葉でお願いします。

田中専務

要するに、Visual-TCAVは『どこを見ているか』と『そこが何という概念か』、さらに『それが判定にどれだけ効いているか』を一緒に示してくれる。だから偏りや誤判定の原因が現場で見つけやすく、説明責任も果たせるということですね。

監修者

阪上雅昭(SAKAGAMI Masa-aki)
京都大学 人間・環境学研究科 名誉教授

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