研究发现大脑靠“搭积木”实现快速学习-新华网
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2025 12/17 11:18:26
来源:参考消息网

研究发现大脑靠“搭积木”实现快速学习

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  参考消息网12月16日报道 据法国《费加罗报》网站12月9日报道,在人工智能(AI)时而被神化、时而被畏惧、时而被奉为“超级大脑”之际,我们却仍未完全理解人类大脑学习新任务的机制。数十年来,各种观点相互碰撞,试图描述大脑的运作方式:20世纪50年代认为,大脑是操纵符号的计算机器;20世纪80年代认为,大脑是庞大的联结网络;还有人认为大脑是与身体和环境紧密相连的精神体……

  由美国普林斯顿大学团队发表于英国《自然》周刊的新研究为理解大脑如何实现当前AI模型仍难以企及的灵活性提供了具体依据。该研究论文主要作者、普林斯顿大学神经科学研究所副所长、神经科学博士蒂姆·布施曼向《费加罗报》解释道:“我们发现,复杂任务可被分解为更简单的‘认知模块’。”通过组合这些心理“积木”,大脑无需从零开始便能构建新任务。这种模块化组织或许是人类学习速度之快的原因:凭借调用已有组件,我们避免了每次都需要全新建构的学习过程。

  为探索这一概念,研究人员训练两只猕猴完成视觉分类任务。这些猴子需要判断眼前投射的彩色图形更像兔子还是字母“T”(形状分类),抑或更接近红色还是绿色(颜色分类)。任务难度存在差异。一些形状特征鲜明,另一些则刻意设计得模棱两可,迫使动物不断优化判断。为表明选择,猴子需注视屏幕上显示的四个方向之一。例如在形状任务中,向左看代表“兔子”,向右看则代表“T”。这种设计能精确测量大脑如何将视觉信息转化为动作响应。

  每项任务保持独立,但彼此共享某些元素。比如一些颜色与形状识别任务要求注视相同方向作答,而两项颜色中心任务虽需进行同样的分类(红或绿),却需根据不同情境注视不同方向。这种精妙的设计能够验证的是,当两项任务存在共性时,大脑是否会重复使用相同的神经模式,即“认知积木”。

  在这些实验中,研究人员记录了五个关键脑区(包括负责规划与决策的外侧前额叶皮层)中数百个神经元的活动。分析显示,这片区域包含多种共性活动模式。无论任务内容如何,处理相似信息都会调动相同的神经元网络。《神经狂热——甄别关于大脑的真相与谎言》一书作者、神经科学家阿尔贝·穆海贝尔解释道:“实现专业化的并非单个神经元,而是网络化组织模式。这些网络可在不同情境中再次被使用。简而言之,想象一个‘红色铅笔网络’。你可以用同一支铅笔绘图、为屋顶上色或批改作业。网络还是那个网络,功能却随任务而变化。这种灵活性正是我们学习能力的核心。”

  换言之,大脑像组合积木般组装认知模块,并根据需求灵活复用。但法国国家科学研究中心神经科学与AI研究主任吕芬·旺吕朗提醒人们,这种灵活性不应被高估。他说:“这些猴子并未创造新任务,只是在长期习得的任务间切换。这并未反映人类学习过程的全部丰富性。”

  尽管如此,这项研究仍可能为AI开辟新路径。整合这种组合性(即根据情境重组认知模块的能力),或许能设计出持续学习新技能且不“遗忘”旧技能的系统。旺吕朗总结道:“这种认知的灵活性,我们尚无法进行人工复制,我们对人脑如何做到这一点的理解也仍有限。”(编译/赵可心)

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