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重新构思:我们的大脑有内在的“语法”感吗?

Brain with text overlay — I, Want, I want that toy.

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几个世纪以来,哲学界的一种流行理论断言,人类的心灵在出生时是一张白纸。最近,同样的概念在神经生物学领域也占据了主导地位,人们普遍认为,随着感官信息和经验的积累,神经连接是从头开始慢慢建立的。

最终,理论认为,这使我们能够在空间和时间上创造记忆,然后从这些经历中学习。

但是,在花了十多年时间研究海马体(形成记忆的大脑区域)的活动后,耶鲁大学的乔治·德拉戈伊(George Dragoi)开始怀疑。

精神病学和神经科学副教授德拉戈伊(Dragoi)在对啮齿动物海马体的研究中发现,在生命的早期,大脑的这一部分会出现单个功能簇的细胞(不久之后,会出现短的细胞序列),可以预见,这些细胞将被新的体验激活。他发现,在出生后的几天内,这些细胞、簇和短序列就成为越来越复杂的细胞组装序列的基础,从而可以产生记忆。

在发表在《自然评论神经科学》杂志上的一篇新文章中,德拉戈伊提出,人类大脑在出生后不久也会发育出一个细胞模板,该模板定义了我们是谁以及我们如何感知世界。他将其描述为大脑的“生成语法”。

神经元像字母一样组织,然后是单词,然后是句子和段落,允许外部世界的内化,“德拉戈伊说。“大脑有自己内在的语法感。

他承认,这个想法与经验主义的信条背道而驰,经验主义是一个有数百年历史的理论,即所有知识都来自感官经验。这也与生命科学家普遍持有的假设相矛盾,即环境刺激将完全决定大脑如何处理和存储信息。

但是,很长一段时间以来,人们对经验主义驱动的理论一直存在疑问。他指出,该理论的第一个漏洞不是来自神经生物学领域,而是来自免疫生物学领域。在该领域,长期以来流行的理论也认为,免疫系统最初对外部威胁很幼稚,只有在暴露于病原体或其他免疫威胁后才会产生特异性反应。然而,从 1950 年代开始,研究表明,人类天生就具有并自发表达对特定新病原体做出反应的预先存在的抗体。

2011年,当他在麻省理工学院担任研究科学家时,Dragoi发现成年小鼠和大鼠的海马体也拥有一个预先配置的神经元网络,这些神经元在暴露于特定的外部刺激之前就存在,然后随着时间的推移,当大鼠暴露于来自环境的信号时,这些神经元会随着时间的推移而被激活。

八年后,在他来到耶鲁大学之后,德拉戈伊的研究小组表明,这个预先配置的网络实际上在出生后的第三周和第四周出现在三个发育阶段,在啮齿动物的年龄,当婴儿健忘症结束时(类似于人类发生的情况)。

Dragoi说,这个细胞网络是按顺序激活的。用语法类比来说,即使在生命的早期,老鼠的海马体也拥有字母和短词,但没有能力将它们排列成有意义的句子或段落,这些句子或段落可以存储为记忆或预测环境的未来变化。

他认为,这有助于解释为什么人类也无法回忆起生命最初几年发生的经历,这是一个称为婴儿健忘症的正常过程。“他们总是活在当下,”德拉戈伊说。

然而,在生命的后期,海马体中这些预先存在的细胞组装激活了一个更复杂的模板或语法,允许形成指向特定地点和时间的记忆,Dragoi说。

换句话说,人类在出生后不久就拥有处理外部刺激的神经能力,但只有随着时间的推移,我们才能发展出执行心理任务和准确感知周围世界的能力。随着时间的流逝,这种神经性能会得到增强,使我们能够利用过去的经验来推断未来事件的可能性,这是认知和智力的标志。

这很像一个有能力跑完 100 米田径跑道的跑步者,但速度很慢。但是通过体能训练和训练,跑步者可以在不同的环境中以更快的速度跑相同的距离。

德拉戈伊说,自从2011年他深入了解预配置的神经元网络以来,他的耶鲁实验室已经开始描绘海马体和大脑其他部分如何使用神经序列作为外部世界的内部表征的货币。

对这种普遍的分层神经语法的认识将有助于我们理解一系列高阶认知过程(如记忆、认知映射、传递推理和洞察力)背后的原理和机制,“他说。

新闻旨在传播有益信息,英文版原文来自https://news.yale.edu/2024/01/08/re-frame-mind-do-our-brains-have-built-sense-grammar