动物能掌握复杂规则:猕猴学习嵌套语法结构 发布时间:2020-03-15
科学家的最新研究表明,猴子可以像人类一样说话,但由于缺乏相应的智力,它们无法实现复杂的语言交流。猕猴以树叶、树枝、野菜、鸟、蛋、昆虫和其他小动物为食。当彼此接触时,他们会发出各种声音或做各种手势,并且互相梳理也是一项重要的社交活动。猕猴适应性强,易于驯养繁殖,接近人体生理,常用于各种医学实验。
人类语言和动物声音有什么本质区别吗?这不是一个容易回答的问题。在20世纪早期,一组研究人员试图教年轻的猩猩用嘴“说话”。结果显示,即使猩猩在家里还是孩子的时候被养大,它们也不会说话,只会发出模糊的声音。例如,他们称毛毛为“母亲”
因此,另一组研究人员在20世纪中期试图教猩猩用手语与人交流。他们发现猩猩可以表达简单的短语,比如“我吃苹果”、“我玩抓挠”,最长的短语是“给我橘子-我给-吃橘子-我吃橘子-给我吃橘子-给我橘子-给我给-我给-你”
顺序学习是人类习得语言的重要基础。早在20世纪50年代,卡罗利就提出应从行为科学和神经科学的角度深入研究序列编码的机制。
图1。具有不同抽象程度的序列(从上到下越来越抽象)
六十年的语言学研究证明,语言表征需要以嵌套树结构的形式完成。
图2 .嵌套树形结构图:黑色结构嵌套绿色结构。
先前的研究认为,人类和动物在更高认知功能上的重要区别在于,人类能够理解和产生具有嵌套结构的序列,如语言和音乐,而非人类动物不能理解嵌套结构

王立平博士近年来一直从事序列学习的相关研究。2015年发表在《当前生物学》上的研究论文通过功能磁共振成像探讨了猕猴对听觉模式中代数规则的理解。
图3 .示意图:猕猴完成任务

图4 .实验范式:屏幕上有六个固定位置的白色空心点。在学习阶段,动物被允许观看三个黄点一个接一个地出现在不同的位置并消失。学习后,动物根据不同的提示,按照黄色圆点出现的顺序(或相反的顺序),用手指触摸相应位置的白色空心圆点。

图5 .镜像规则是嵌套的
王立平的研究小组利用延迟序列生成任务,首次证明了恒河猴能够生成由非常规语法(重复或镜像规则)组成的序列。此外,恒河猴可以将所学的语法归纳为不同的形状(如金字塔型或直线型)和不同长度的序列(从长度2或3到长度4或5)(图6)。此外,恒河猴可以结合两种不同的规则来处理具有两个层次的复杂序列。

序列长度综合(第一部分)和形状综合(第二部分)
尽管老鼠
图7 .Chomskyhierarchy:根据语法的生成能力,计算语言根据复杂性分类。最外面的圆圈包括图灵机可以识别的所有语言(类型0语法,递归可枚举语言)。乔姆斯基认为人类语言介于上下文无关语言(第二类语法)和上下文敏感语言(第一类语法)之间,动物只拥有规则语言的第三类语法。大于正则范围的文法称为超正则系统。
作为参考,研究人员还测试了学龄前儿童学习复杂规则的能力。与恒河猴相比,学龄前儿童获得相同语法的速度要快得多。这一发现类似于最近的神经网络模拟实验:尽管传统的神经网络最终可以在序列学习中获得递归语法,但这一过程需要大量复杂的训练集;然而,具有嵌套树结构的神经网络可以快速获得复杂的语法[334]。即使经过大量的强化训练,恒河猴在操作长度为4的序列时仍然依赖简单的有序记忆来编码,而学龄前儿童则自发地使用组块和几何结构来压缩信息。这些结果表明,人类大脑可能拥有动物没有的计算系统,这使得研究人员能够通过归纳学习中的信息压缩有效地执行序列表征[35,36]。
总之,研究人员的研究结果表明,恒河猴学习非常规结构没有根本的障碍。人类的独特性可能不在于单独获得非常规结构的能力,而在于学习这种结构的快速性以及在结构操作过程中使用的某些人类特有的结构敏感算法([338)。先前的研究表明,人脑左侧的布洛卡和普斯特区与人工语法[342中的层级结构编码有关。这些大脑激活网络是否能延伸到恒河猴还没有确定。通过建立行为范式和动物模型来研究嵌套结构,王立平的研究小组正在结合前沿神经科学方法(功能磁共振成像和单细胞记录等)探索其神经机制。)。
研究表明,人类的语言是从喉部发出的,语言的微调是通过嘴唇和舌头进行的。研究人员在恒河猴喉部进行的模拟实验表明,恒河猴能够发出元音,甚至是完整的单词或句子,人们可以理解,但声音显然是由恒河猴发出的。这项研究为探索人类独特语言能力的独特性打开了一扇新的大门。如果所有像猕猴一样古老的物种都有声音通道,那么我们真的需要找出为什么这在后来的灵长类动物中没有转化成人类的声音。
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