大脑每秒处理110亿比特信息,语言占的那点份额少得可怜。每个人天生就带着一套深层组词能力,不是学校教的,也不是父母教的,是大脑自己从环境里“偷”出来的。
本文来自油管视频:《认识一下研究语言和柏拉图空间的神经科学家》
埃利奥特·墨菲是德克萨斯大学休斯顿健康科学中心的神经语言学家,他直接记录人脑内部的语言活动。他将电极植入癫痫患者的大脑皮层深处,实时观察意义的构建过程。他的观点令人不安:每次说话时,您的大脑都在执行一项其他认知系统(包括人工智能)都无法完成的操作:组词。
学文学的人撞上语言生物学
艾略特·墨菲在利物浦长大。他最开始读的不是大脑,是小说。莎士比亚、乔伊斯、华莱士,他读了一堆,想从文学里抓出人性的底牌。到了诺丁汉大学,他碰上一个叫乔姆斯基的人的理论,整个人就被拽过去了。
乔姆斯基说,语言是生物系统,跟眼睛一样。眼睛没有“英国眼睛”或者“法国眼睛”。一个英国人看一场足球赛,一个法国人看同一场球赛,视网膜上的光信号处理流程是一样的。语言理解也应该有这种底层流程,语种换不换,底层机制不动。
墨菲回头再看自己读过的那堆心理学科普书,觉得不对味。那些书把语言当社会文化产物,像网络梗一样传下去,却不管大脑里那套硬件。他做了个狠决定:连读两个硕士,一个语言学,一个神经科学。最后进了伦敦大学学院的脑科学学院,那里教语言学像教物理,公式、结构、推导,一步不能少。
把单词组成短语,组法不同意思就翻车
墨菲选了句法和语义这两个方向,跳过了语音。他琢磨出一个判断:句法有排他性。几何没有,音乐没有,连数学在某些形式上都没法跟人类句法平起平坐。
他拿“非结合性”举了个例子。自然数加法里,1加(2加3)和(1加2)加3完全一样,括号爱怎么放就怎么放。语言不行。“old men and women”这个短语,括号放法不同,意思就翻车。一个意思是“老年男性和老年女性”,另一个意思是“老年男性加上随便什么年龄的女性”。
这种括号敏感,在其他认知系统里找不到。几何图形没有,音乐和弦也没有。
墨菲的逻辑链很清楚:句法本身是一套代数结构,带数学抽象性。大脑里有一个专门生成这种结构的模块,生成完了,再把结构“导出”给别的大脑区域做解读。
生成靠形式,不靠内容。
深部电极直接听大脑如何组词
墨菲的数据来源很有意思。他在休斯顿的德克萨斯大学做博士后,研究对象是癫痫患者。这类病人脑子里插着深部电极,用来抓癫痫发作的源头。电极叫立体定向探针,细得像一根针,从颅骨钻孔进去,沿着斜线穿过脑组织,能碰到内侧颞叶这种深部区域。
常规的功能性磁共振成像只能看血流变化,时间分辨率太差。头皮脑电图空间定位模糊得像用手机拍月亮。深部电极同时拿好空间和好时间的数据,精度在毫秒和毫米这个级别。
墨菲的玩法很务实:根据电极覆盖位置定实验内容。电极覆盖运动皮层,就安排发音任务。电极覆盖颞叶后部,就安排复杂句法理解任务。病人待在监测病房,少则几天,多则几周,除了看电视和跟家人视频,没什么可干。墨菲的实验正好给他们解闷。
病人读句子、听句子,脑电信号实时传出来。墨菲能看见句法结构在几百毫秒内从后颞叶冒出来,再往前额叶窜。信号不是均匀扩散,像接力棒,从一个节点跳到另一个节点。
负责组词的脑区,跟管语义的脑区不同,是邻居
墨菲把语言网络拆成核心和外围:
- 组词能力(句法):核心负责组合性递归层级句法,就是把词捆成短语、把短语捆成句子的能力。
- 外围管语音、复杂语义、语用这些东西。
后颞上沟被认定为句法(组词)生成的枢纽。这个区域受损,病人会犯“错语法症”,说出来的话词汇正常,但组合出来没有完整的语义解读。
额叶的布罗卡区受损,更多影响语言生成,理解能力往往还在。
核心语言区有很强的领域特异性。但墨菲也承认,它不单干。后颞中回受损的人,在句法任务和递归视觉图形任务上同时卡壳。2023年他和团队发表了一项研究,对象是专业音乐家。电极放在后颞叶,一组实验放简单和复杂的旋律,另一组放简单和复杂的句子。结果相邻不到一厘米的两个电极,一个只对音乐复杂度有反应,另一个只对语言复杂度有反应。这个尺度对应几十万神经元的活动,不是单个神经元。
在单个神经元层面,语言专属区是否存在,目前还没定论。
组词这个动作,比理解意思来得早
墨菲强调,语言系统的核心任务是生成结构(组词),然后“导出”给其他脑区做解读。导出之后,解读权就不在语言系统手里了。其他脑区有自己的筛选规则,有自己的偏好。
“lunch was delicious, but it was delayed”这句话里的“lunch”同时指了两个东西。美味的部分指向物理实体,延迟的部分指向事件。同一个词把两个互斥概念塞进一个包裹。物理世界里没有任何实体能同时是物和事件,但人类处理这个矛盾毫无障碍。
“John painted the house brown”这句话里的“house”默认指向外表面。句子没明说,听者自动推测是外墙。换成“John painted the spherical cube brown”,听者照样知道是外表面,尽管球形立方体根本不存在。这就是概念系统自带的偏见。
墨菲引用保罗·皮奥特罗斯基的理论,说人类语义组合只有两个原语操作:
- 单合修饰,比如“red boat”;
- 二合填充论元,比如“give”需要三个位置。
句法部分用范畴论里的有色操作子建模,把句子结构打包成不同模块,往不同脑区送。
词不达意?是因为语言系统和概念系统没接上
墨菲对概念本身态度很冷。他倾向内在主义,认为词语指称外部世界这件事站不住脚。“lunch”和“book”这类词没有固定的外部对应物。一本书同时是物理对象和信息载体,但物理世界里没有哪样东西能同时满足这两个身份。
指称是人的行为,不是词的本性。
他引用尼采的话:“但凡能找到词语的东西,在我们心里已经死了。说话这种行为里总带着某种轻蔑。”越容易用语言表达的东西,越偏离真实体验。墨菲把这种现象解释成语言系统和概念系统之间的连接强度问题。某些概念难用语言触及,是因为语言系统和那个概念所在的脑区之间缺一条高效通道。
迷幻体验是极端例子。墨菲承认迷幻状态能打开新连接,带来真实的情感和认知突破。但他同时提醒,这种状态下人更容易产生虚假的正向判断,这是大脑可塑性增强的副作用。宣称进入“新维度”的说法,跟宣称数学概念存在于另一个世界的说法一样,需要保持警惕。
物理和非物理那条线,早糊了
墨菲对“非物质”这种提法很敏感。在定义“物理”之前,讨论“非物理”没有意义。牛顿之前的接触力学很直观,牛顿之后的万有引力已经反直觉。到今天,所谓的“物理”只是物理学家们暂时同意的集合。
数学概念是否反映外部世界的恒常属性,这个问题他悬置不答。数学常数可能只是大脑数学能力的产物,没法被其他认知系统转译。数学概念和迷幻体验在结构上类似,都难跟日常经验对接,所以容易被解释成“另一个维度”的证据。
墨菲对迈克尔·莱文的柏拉图空间持工具主义立场。莱文用柏拉图空间解释生物形态的约束,墨菲认为这个思路可以做研究工具,但不一定指向真实的独立领域。他引用大卫·刘易斯的名言——“至多只有一个世界”——来表明立场。所有看似非物理的模式,最终都应在大脑和物理世界的关系里找到解释,而不是被放逐到另一个维度。
大型语言模型只会查表,不会组词
墨菲把智力拆成三个零件:表征、推理、策略。大型语言模型只在策略部分有优势,比如下棋和玩游戏。在表征丰富度和推理深度上,它们远远落后。
他举了个狠例子:面试两个人,问比萨斜塔多高。
第一个说“我昨天在书里读到了,我知道准确数字”。
第二个说“我不知道,但我可以用影子长度、我的身高、你的身高,再根据太阳移动做估算,能给你一个相当不错的答案”。
墨菲认为,第二个人有真智力;第一个人只是查表,大型语言模型本质就是查表,还会因为训练数据的问题编造答案。
智能和能动性这两个概念目前还糊成一团。墨菲承认,界定“真正的能动性”是当前生物学最大的难题之一。植物卷须在慢镜头下看起来像在探索,但这是否只是化学梯度驱动的机械反应,目前没有清晰分界线。他建议用对比法来逼近:把能动性和邻近概念放在不同科学领域里用不同操作定义,让概念在比较中逐步精确。
墨菲塞过来的书单,我替你们试过了
墨菲在对话末尾给了阅读路径。
- 尼采方面,他推荐2023年出版的《劳特利奇尼采指南》,他自己在里面写了一章,专门从形而上学角度读尼采的道德哲学。
- 陀思妥耶夫斯基方面,先读《地下室手记》,再读《卡拉马佐夫兄弟》。
- 20世纪英语世界的陀氏继承者,他推荐威尔士作家约翰·考珀·波伊斯,作品包括《波里斯》和《格拉斯顿伯里传奇》。
总结
深部电极是直接插进癫痫病人大脑里的探针,能同时抓毫秒级的放电时间和毫米级的位置信息。
用深部电极直接记录大脑在处理语言时的实时电信号,看它在执行“把词拼成短语”这个句法动作时:
- 到底是依赖后天的语义经验?
- 还是依赖一套独立的、先天的句法计算程序?
墨菲的研究继承了乔姆斯基的理论框架。乔姆斯基的“语言先天论”(linguistic nativism)认为,儿童能学会语法,靠的不是后天的模仿,而是大脑里自带的一套“先天语言机制”或“普遍语法”。
墨菲就是用深部电极找到了这套先天机制在物理空间上(比如pSTS区)和时序上(快速且独立于语义)的运行证据。
语言系统只造结构,不管真假;概念系统只管解读,不管自洽。
两套系统配合,才捏出了人类思维。
YouTube(The Giant Shoulder频道)
Meet the Neuroscientist Investigating Language and the Platonic Space
艾略特·墨菲,休斯顿德克萨斯大学神经科学家,伦敦大学学院神经语言学博士
极客一语道破
"形式"与"内容或功能"分离找到了的科学实证依据。
形式和内容是分离的,人的大脑有一套专门处理符号形式的能力,就是组词能力,就是句法结构的生成能力,大脑首先是一个句法结构的形式生成系统。
大脑说话时,首先时把单个词组合成句法,而不是首先根据这些词语的意思来组合,词语的意思也就是词义是在词语组织成结构以后才去再处理,词语的意思就是指向现实世界的意思,比如“大瓜”这个词语,指向现实中一个大的瓜,但是大脑不是首先想这个指称,而是先把“大”和“瓜”组织在一起,组成“大瓜”,而不是“瓜大”,然后再考虑“大瓜”是“大的西瓜‘还是指称”大新闻“?