科學(xué)研究：抽象分類思維從何而來？小鼠能告訴你答案


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分類是大腦用于處理我們?nèi)粘Ｉ钪杏龅降膸缀跛惺挛锏墓ぞ?。將信息進(jìn)行分類，可以簡化我們對復(fù)雜世界的認(rèn)識，幫助我們快速、有效地應(yīng)對新的體驗。日前，德國馬克斯·普朗克神經(jīng)生物學(xué)研究所（Max Planck Institute of Neurobiology）的科學(xué)家們的一項研究表明，出人意料，小鼠也具備很好的分類能力。研究人員確定了編碼學(xué)習(xí)分類的神經(jīng)元，并證明了抽象信息是如何在神經(jīng)元水平上體現(xiàn)的。
假設(shè)一名幼兒正在看一本新的圖畫書。這時，他突然指著一幅插圖，喊著“椅子”。孩子說對了，但這對我們來說似乎沒什么特別的。我們可以毫不費力地認(rèn)出各種各樣的椅子，并稱之為“椅子”。然而，這對于幼兒來說是一個突破性的學(xué)習(xí)過程。做到這點需要把書中畫的椅子和我們所知的椅子聯(lián)系起來，而且這些椅子還可能有不同的形狀或顏色。這個孩子是怎么做到的呢？
這個答案就是我們思維的基本要素——分類。該研究的第一作者Sandra Reinert說：“每當(dāng)小孩遇到一把椅子，他就會記住這樣的經(jīng)歷。根據(jù)椅子與椅子之間的相似性，小孩的大腦會將椅子的屬性和功能抽象成‘椅子’類別。這就使得小孩可以很快地將新椅子與它所屬的類別以及所包含的信息聯(lián)系起來?！?br>

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我們的大腦會不斷地進(jìn)行分類：不僅在童年時期對椅子進(jìn)行分類，而是對于在任何年齡階段遇到的任何信息，我們都會將其進(jìn)行分類。這可以為我們帶來什么好處呢？這項研究的資深作者Pieter Goltstein說：“我們的大腦正試圖找到一種方法，來簡化和組織我們的世界。如果沒有分類，我們就不能如此高效地與環(huán)境互動?！睋Q句話說，如果沒有這種能力，那么每遇到一把椅子，我們都要經(jīng)過學(xué)習(xí)才知道可以坐上去。因此，將感覺輸入進(jìn)行分類對我們來說至關(guān)重要，但大腦實現(xiàn)這一功能的潛在過程在很大程度上是未知的。
小鼠的分類能力好得出奇！
Sandra Reinert和Pieter Goltstein與馬克斯·普朗克神經(jīng)生物學(xué)研究所的研究組組長Mark Hübener和主任Tobias Bonhoeffer一起，研究了大腦如何存儲像習(xí)得分類這樣的抽象信息。由于這很難在人類身上進(jìn)行研究，科學(xué)家們檢驗了小鼠的分類方式是否與人類相似。為了驗證這一點，他們向小鼠展示了不同的條紋圖案圖片，并限定分類規(guī)則。其中一組小鼠根據(jù)條紋的寬度將圖片分成兩類，另一組則根據(jù)條紋的方向進(jìn)行分類。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠能夠?qū)W習(xí)各自的分類規(guī)則，并正確地將圖片分類到正確的類別。經(jīng)過最初的訓(xùn)練階段后，它們也能把之前沒見過的條紋圖案歸類到正確的類別中，就像那個拿著新書的小孩一樣。
不僅如此，當(dāng)研究人員改變分類規(guī)則時，小鼠也會忽略之前學(xué)過的東西，根據(jù)新的規(guī)則重新分類圖片——這也是我們?nèi)祟愒趯W(xué)習(xí)新事物時一直在做的事情。因此，這項研究首次證明了小鼠在何種程度上、以何種精度進(jìn)行分類，從而接近我們的抽象能力。
神經(jīng)元逐漸發(fā)展出分類表征
有了這項發(fā)現(xiàn)，研究人員就能在小鼠大腦中研究分類的基礎(chǔ)。他們關(guān)注的是前額葉皮層——人類參與復(fù)雜思維過程的大腦區(qū)域。研究表明，當(dāng)小鼠把條紋圖案進(jìn)行分類時，這一區(qū)域的某些神經(jīng)元被激活。有趣的是，不同神經(jīng)元組會對不同分類選擇性地作出響應(yīng)。


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Tobias Bonhoeffer解釋道：“小鼠大腦中分類-選擇神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)是一個關(guān)鍵點。這使得我們第一次能夠觀察到這些神經(jīng)元從學(xué)習(xí)分類開始到結(jié)束的活動。這表明神經(jīng)元的分類能力不是立即獲得的，而是在學(xué)習(xí)過程中逐漸形成的?！?br> 分類-選擇神經(jīng)元是長期記憶的一部分
科學(xué)家們認(rèn)為，只有當(dāng)獲得的知識從短期記憶轉(zhuǎn)變?yōu)殚L期記憶時，前額葉皮質(zhì)中的分類-選擇神經(jīng)元（category-selective neurons）才會發(fā)揮作用。在那里，這些細(xì)胞將這些分類作為語義記憶的一部分儲存起來，其中語義記憶是所有事實知識的集合。在這個背景下應(yīng)該記住，我們學(xué)習(xí)的分類技能是大腦用以更簡單地認(rèn)識世界的方式。然而，這也意味著這些分類不一定是“對的”，或正確地反映了事實。
通過研究小鼠的分類學(xué)習(xí)，該研究為理解抽象思維的神經(jīng)元基礎(chǔ)增加了重要的細(xì)節(jié)，并提醒我們復(fù)雜的思維并不僅僅是人類獨有的。
翻譯：胡琦琳
審校：戚譯引
引進(jìn)來源：馬克斯·普朗克學(xué)會


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