首次识别出思维符号的神经基础|动物|实验|思维符号|数学|皮层|神经元|神经科学

如果你让一个孩子画一种不存在的动物，孩子通常会把真实动物的部件拼凑起来——比如，海豹的身体配上大象的鼻子、四条章鱼触手，还有一只蜥蜴的眼睛。

有人认为，这种想象力来自我们更擅长学习符号单元的能力——在上述例子中是一只手臂或一条腿，或许也是一个单词——然后设想这些符号如何在新情境中被重新利用。神经科学家称这种能力为“组合泛化”，并推测它是解决问题、理解新情况以及创造性思维的关键。

在《自然》杂志发表的一项新研究中，洛克菲勒大学神经系统实验室首次找到了支撑这一过程的神经基础证据。研究团队将其定位在腹侧前运动皮层，属于额叶的一部分。该区域似乎在前额叶皮层（也就是进行规划等更高层次思维的区域）和运动皮层（控制运动）之间起到某种中介作用。

此外，研究人员不仅阐明了神经功能的基本特性，还认为这对改进脑机接口（BCI）和研究脑部疾病具有启示意义。

“这一发现解决了认知神经科学中的一个长期难题：符号——思维的基本单位——从何而来？”实验室负责人温里希·弗赖瓦尔德说。“它还预示着一个未来——就在不远的将来——届时我们能从机制层面理解思维。”

动作符号

组合泛化是神经科学中一个有影响力的假说，用于解释人类运用抽象思维产生新思想的广泛能力，包括数学、书面语和口语、绘画、舞蹈、手写和音乐能力。它也可能解释我们与其他动物共有的认知能力，例如推理、操作物体和使用工具。

然而，目前还没有关于符号的确凿的神经科学证据。“我们做这项研究的想法是，如果这些可重用组件存在，它们的神经活动会是什么样子？”第一作者、实验室博士后研究员卢卡斯·田说。“如果一些单元在不同情境中被重复使用，那么你应该能在神经数据中看到这种重复。”

不过，设计一个实验来定位这种神经机制不是件容易的事。只有人类会进行数学运算、使用语言或绘画，而目前用于测量人类大脑活动的方法不具备监测大脑神经元活动所需的分辨率。

为了绕过这一技术限制，田和猕猴一起做实验。“我们想搞一个动物模型，这样既能亲眼看到动物行为里的组合性是怎么体现的，又能同时做神经记录，看看大脑是怎么处理这件事的，”田说。

可他还是得解决一个问题，就是怎么设计一套行为实验，让猴子能表现出它们的组合能力。田的想法是教它们在触摸屏上照着画简单的几何图形——线条、正方形、弧线、圆形、三角形——然后让它们再画出新的形状，同时通过传感器观察它们的大脑活动。每个简单图形都算一个独立的知识单元，也就是一个“动作符号”——叫“动作”是因为它们得真去把每个图形画出来。

接着，他又在实验里加了新花样，看猴子怎么画更新、更复杂的形状。“我给它们换了很多种符号，而不是让它们反复重复同一个简单任务。它们得学会应付各种新情况、变化的情况——这种时候‘组合泛化’能力才有用，”田解释。

他发现，这些猴子明明可以靠简单的方法画出来，比如用手指沿着形状边儿描，但它们偏偏选择把学过的符号重新组合，拼出更复杂的图形。这说明在它们眼里，这些动作已经成了符号——是拼出新画面的积木。