手机网站营销的网站,自媒体创业计划书word,南京建设网站的公司,网站建设与管理是课程来源#xff1a;brainnews编译作者#xff1a;#xff08;嗯铃、洛文 brainnews创作团队#xff09;校审#xff1a;#xff08;洛文、Freya brainnews编辑部#xff09;我们的大脑是如何编码有关世界的各种各样知识#xff1f;我们与日益强大的AI有着怎样的不同brainnews编译作者嗯铃、洛文 brainnews创作团队校审洛文、Freya brainnews编辑部我们的大脑是如何编码有关世界的各种各样知识我们与日益强大的AI有着怎样的不同又与我们的灵长类近亲有着怎样的不同长久以来人类知识的认知神经模型一直被感知觉的具身理论所主导即知识来自于感觉/运动经验并被高级的感觉/运动以及联合皮层所加工而非具身符号系统的神经基础则一直难以确立。直到近年一系列关于盲人视觉知识的行为及脑科学研究发现除了感知觉获得的知识外在背侧颞叶前部ATL存在非感知觉的、语言获得的知识表征。近期北京师范大学毕彦超教授在Trends in Cognitive Sciences上发表了封面综述系统回顾了该团队以及国内外其他课题组近年来的相关研究并由此提出了知识的双重编码理论Dual-coding knowledge neural representation framework。在进一步探索大脑如何存储知识之前让我们先来看这样一个片段有一个著名的思想实验叫“黑白房间的玛丽”。玛丽是一名视觉领域的科学家专门研究颜色。她沉醉于此了解了颜色的方方面面......然而她住在一个黑色和白色相间的房子里她生于此长于此......直到有一天她走出了这个房间她轻轻抬头看到了湛蓝的天空。那一刻她第一次学到了她所有的研究都无法告诉她的事情。那一刻她学到了看到颜色的感觉是什么样的。这个思想实验是为了给学生们展示机器人和人脑的差异在黑白房间里玛丽是一个机器人当她走出这个房间她成了你和我。—— Ex Machina (电影《机器姬》2014)唯有感受过才能“知道”—认知神经模型认为对客体知识的表征源自感知觉获得“知之为知之”那么何以为“知”是通过符号关系所获得还是通过感觉经验——正如电影中机器人与人相比所缺少的。人类大脑中储存了大量的知识如玫瑰花的颜色、地球的形状等等。各种各样的知识指导着广泛的行为从识别物体到理解文字从推理到决策等等。理解知识表征是所有对思维和脑感兴趣的学科最古老又最具争议的问题之一。在覆盖哲学、心理学、认知科学等各个领域对知识表征的讨论中最核心的观点是符号化理论和具身理论。正如电影片段中的玛丽符号化表征是人工智能中最主要的表征知识方式这种理论也被很多哲学家所提及。但是当前知识表征的认知神经模型还受到了具身理论的影响。知识被认为通过感知觉经验获得并在高级感觉运动皮层和联合区进行表征。显然有些知识不一定需要直接感知觉经验才能获得我们拥有语言可以通过语言学习到“玫瑰是红色的”。然而对于不依赖感知觉的知识的分离是困难的,因为很多时候多种感知觉信息会直接参与其中。即使是像“地震”、“公平”这样的词语也可以引发我们的很多感知觉经验。即便是先天盲人没有办法看到苹果也可以通过触觉感知苹果。幸运的是研究者们想到了颜色。对于人类来说颜色只能通过视觉这种感知觉来获得而对先天盲人来说颜色就像电影中在黑色和白色相间房子里的玛丽他们是如何表征物体颜色的回答这个问题为分离非感知觉获得的知识提供了机会。先天盲人的视觉知识是怎样的—来自行为学的证据让我们来首先看一下先天盲人的颜色知识是怎样的这个问题由来已久。早期的研究表明先天盲人的确有各种关于颜色以及客体颜色的知识。近年来更系统的研究发现先天盲人对颜色词的评定与视力正常被试呈现出高度的相似性但是盲人被试内部的个体差异化程度更大图1。与动作词相比颜色词在视力正常被试与盲人被试间的相似性更低。图1. 先天盲人被试与正常视力被试颜色词的相似性先天盲人对于常见果蔬颜色的颜色知识也与视力正常被试高度相似但是先天盲人被试内部的差异性更大图2。颜色知识与蔬菜水果其它感知觉知识以及一般语义知识的关系在先天盲人被试和正常视力被试中是一样的表明盲人并不额外依赖其他感知觉特征来对颜色进行推断。图2. 先天盲人被试与正常视力被试客体颜色知识相似性除了颜色之外其它视觉概念也可以被先天盲人以非视觉的方式获得图3。图3. 先天盲人被试与正常视力被试对于光学与声音词有相似的表征总体来说使用不同实验范式、不同语言被试的行为研究结果都表明先天盲人可以获得与正常视力群体极其相似的颜色知识。这表明人类能够在缺少某一感知觉经验的情况下形成相应的知识空间就像图灵测试里设想的那样通过语言不断地问和答。先天盲人大脑如何表征视觉知识及知识双重编码模型的确立那么先天盲人获得视觉知识的脑机制是什么最近的功能磁共振成像研究对此进行了一些回答。—“视觉主导”词语VS“非视觉专属”词语通过比较先天盲人被试与正常视力被试对视觉属性主导的词汇比如“红色”、“彩虹”其他非视觉通道可感知的词汇比如“方形”、“雨”发现背侧ATL在盲人被试中“彩虹”类的词语比“雨”类的词语更强而在正常视力被试里面二者是没有差异的另一个独立研究组使用适应范式也发现了盲人在做颜色相似性判断任务时在类似脑区有重复抑制效应。这两个研究都表现出了背侧ATL对非感觉获得的知识敏感图4。—客体颜色知识研究者在核磁扫描过程中给被试呈现各种蔬菜水果的名称并要求被试提取其典型颜色之后进行表征相似性分析。结果发现盲人组和正常视力被试组的左侧背侧ATL对客体颜色进行表征然而正常视力被试组在梭状回后部对色觉敏感的一个脑区存在对客体颜色进行表征但盲人组中没有类似的效应。而且在正常视力被试组而非在盲人组这两个区域存在功能连接。此外在相对较松的阈限下还发现正常视力被试的腹内侧ATL也对物体颜色进行表征。图4. 视觉知识的大脑基础总结而言使用不同范式在不同语言条件下都发现了背侧ATL对非感觉知识进行表征而在正常视力群体中感觉知识在视觉皮层表征。同时不仅盲人正常视力群体的背侧ATL也对颜色知识进行表征表明即使是感觉获得的特征也会有感知觉获得和非感知觉获得两种表征。那么背侧ATL是专门负责加工颜色和其他视觉知识概念还是更普遍地对非感知觉获取的知识进行编码例如对抽象概念“公正”、“合理性”。脑成像的研究表明与具体词汇如“杯子”相比这些抽象概念同样能够在左背外侧ATL产生显著的激活。这表明该区域对于非感知觉获得而是语言获得的知识表征敏感且不局限于视觉知识。图5. 知识表征的认知神经模型因此结合当前实证研究我们初步形成了知识双重编码模型Dual-coding knowledge neural representation framework。以往的感知觉获得具身知识表征被进一步验证这类知识表征涉及高级感觉运动及联合区域。另一种在盲人和正常视力被试中支持颜色以及其它视觉知识同时进一步支持正常视力人群非感知觉获得抽象知识的表征也被确立。考虑到盲人只能靠语言获得这些知识因而这一类知识是语言获得的其涉及到复杂的符号关系被ATL及其相关的语言网络所表征。这两类区域相互连接支持具身表征和符号语言获得的表征的整合。语言获得知识系统—计算、算法和实现在确定了背侧ATL存在语言获得的知识系统后进一步的问题是这个系统的信息内容算法以及实现是怎样的来自语言获得的信息内容与来自感知觉经验的信息内容它们之间是什么关系呢语言被用来交流内外部感觉信息也会影响到知觉分类。因而感知觉获得和语言获得的信息模式是相关的一些方面也表现出了二者可能的差异。一方面语言对各种感觉颜色、形状、声音、味觉、触觉和嗅觉的编码能力不同对颜色的编码能力最强对嗅觉的编码能力最弱另一方面得益于语言自身的建构机制及相应的符号系统不受感知觉/运动的限制语言允许通过现有的符号关系创建新的关系进而产生感知觉经验无法获取的知识表征包括那些对人类抽象推理和现代科学进步至关重要的知识如关于磁场、语言规则等。那么语言获得的神经系统是如何表征语言信息的呢从一些计算模型中我们可以得到线索自然语言处理便是利用各种算法从语言中获得语义表征包括早期的计数模型、近年来的神经网络模型和混合模型一些研究比较了使用各种NLP模型构建的词汇关系空间与使用fMRI反映的词语或图片发现全脑的活动模式、语言处理区域/网络、颞叶下部之间的显著相关性。尽管这些结果为大脑对语言获取信息的表征提供了证据考虑到语言和感知觉获得结构之间的相关性、不同NLP模型之间的相关性以及不同算法与输入的关系等对神经机制进行解释与预测时仍要谨慎。什么样的神经特性使得ATL能够支持不依赖于感觉输入的并且由语言获得的知识系统呢背侧的ATL在与ATL其它部分表现出了不同的细胞结构功能反应以及功能结构连接特别是它的一个子区域TG是人和猕猴ATL最不像的地方这也和语言获得表征可能是人类特有的所一致。在利用静息态功能连接进行网络拓扑分析时发现了三个语义网络。其中的外侧裂周语言网络和多感觉经验网络与现在的语言获得系统以及感觉获得系统所对应。相关补充—语言如何影响感知觉获得知识表征语言如何塑造思想与知觉是一个被大家广泛讨论的问题。最近的实证和理论研究表明语言不仅如本文中讨论的那样作为知识形成的抽象方法而且也对感知觉知识表征起到塑造作用。研究者们对语言在客体、数字、以及空间表征中起到的脚手架和提高的作用作了进一步的阐释。婴儿在最开始的两年会从按照知觉特征分类转变为按照命名分类有相同命名的客体被分为一类有不同命名的类似物体会分为不同类。把语音颠倒后就不会有同样的组织功能。这些机制的变化最终形成了成年期的知觉组织。而有证据表明颜色词语会在很早的时候100ms对颜色分类产生影响表明这种影响发生在早期的知觉阶段。语言也被认为对情绪发展起到重要作用这主要是因为语言发展和情绪加工的几个关键节点之间有耦合。词汇能力的发展与面孔区分能力对别人情绪感知能力发展相一致。所以有理由认为与语言塑造客体分类相类似对情绪词的理解也可以作用于婴儿对于面孔的分类。—知识表征与与数学的关系与客体知识表征存在具身与非具身的形式框架类似数字系统也有通过感知觉获得与非感知觉符号获得的表征。尽管数字表征之前一直被认为是从多个感觉输入的数量系统获得但是最近的证据表明存在一个对整数表征的符号系统。这个系统是基于语言的在不对近似数量进行表征的情况下首先获得精确的数词含义进而理解口头数字的含义。除了来自发展和成人行为证据神经证据表明顶内沟同时表征符号化数字词汇、数字符号和非符号化数字视觉集合同时没有证据表明这二者之间有共享的表征基础。那么是否存在一个语义表征和数字表征共享的符号系统现在的回答并没有那么的直接。许多比较数字和一般语义加工的研究发现二者有不同的神经模式。具体而言一般语义加工理解客体知识激活了包括腹侧和外侧颞叶、颞顶联合区、以及腹侧额叶区主要是左脑而数字加工则激活了双侧前额叶顶内以及腹外侧颞叶区域。这些数字加工区域在数学家处理数学论断的时候也会进行激活。然而之前不论是对一般语义还是数字加工的研究大多对感知觉获得知识和语言获得知识进行区分。因而现在观察到的差异可能反应的是感知觉系统的差异。我们只能根据少量对不同类似知识进行区分的研究做出推断对于客体颜色知识语言获得的符号系统是在背侧颞叶前部而对于数字知识则是顶内沟。尽管这些发现初步的表明对于一般语义知识和数字知识语言获得的表征神经基础可能是不一样的但仍需要有进一步的研究对二者进行详细比较。总 结知识是人类认知的核心是人类理解各种信息输入、推理以及决策的基础。过去的几十年中认知神经科学一直侧重于探索知识表征的具身机制识别来自感知觉经验知识的神经关联而对“磁场”、“进化”、“理性”等抽象的、超越感官获取知识的神经机制却知之甚少。通过利用独特的自然实验一系列研究聚焦于探索先天盲人的视觉知识表征特点证明了存在来自背侧ATL及其相关语言网络的语言获得的、非具身知识以及来自高级感知觉皮层的感知觉知识。这些结果表明人类大脑中存在着两种认识——基于符号关系的认识和基于经验的认识共同构成了人类的认知体系。这个框架为符号表证知识和感知经验表证知识的多种经典挑战中文屋问题、常识问题、抽象问题等提供了自然的解决方案、提出了一系列新的研究问题两种编码的关系人类与动物的相应异同、为“颜色科学家玛丽”思维实验提供了实证答案当离开黑白房间的时候玛丽会在外侧梭状回区域发展出额外的对颜色知识的感知觉表征为其背侧ATL已有的语言获取颜色符号知识表征提供补充。参考文献Bi Y. Dual coding of knowledge in the human brain. Trends Cogn Sci. 2021 Oct;25(10):883-895. doi: 10.1016/j.tics.2021.07.006. Epub 2021 Sep 8. PMID: 34509366.未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市大脑研究计划构建互联网城市大脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。每日推荐范围未来科技发展趋势的学习型文章。目前线上平台已收藏上千篇精华前沿科技文章和报告。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
