科學研究：抽象分類思維從何而來？小鼠能告訴你答案


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分類是大腦用於處理我們日常生活中遇到的幾乎所有事物的工具。將信息進行分類，可以簡化我們對複雜世界的認識，幫助我們快速、有效地應對新的體驗。日前，德國馬克斯·普朗克神經生物學研究所（Max Planck Institute of Neurobiology）的科學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習分類的神經元，並證明了抽象信息是如何在神經元水平上體現的。
假設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麽特別的。我們可以毫不費力地認出各種各樣的椅子，並稱之為“椅子”。然而，這對於幼兒來說是一個突破性的學習過程。做到這點需要把書中畫的椅子和我們所知的椅子聯係起來，而且這些椅子還可能有不同的形狀或顏色。這個孩子是怎麽做到的呢？
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：“每當小孩遇到一把椅子，他就會記住這樣的經曆。根據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係起來。”


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我們的大腦會不斷地進行分類：不僅在童年時期對椅子進行分類，而是對於在任何年齡階段遇到的任何信息，我們都會將其進行分類。這可以為我們帶來什麽好處呢？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境互動。”換句話說，如果沒有這種能力，那麽每遇到一把椅子，我們都要經過學習才知道可以坐上去。因此，將感覺輸入進行分類對我們來說至關重要，但大腦實現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·普朗克神經生物學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得分類這樣的抽象信息。由於這很難在人類身上進行研究，科學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，並限定分類規則。其中一組小鼠根據條紋的寬度將圖片分成兩類，另一組則根據條紋的方向進行分類。研究發現，小鼠能夠學習各自的分類規則，並正確地將圖片分類到正確的類別。經過最初的訓練階段後，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，當研究人員改變分類規則時，小鼠也會忽略之前學過的東西，根據新的規則重新分類圖片——這也是我們人類在學習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、以何種精度進行分類，從而接近我們的抽象能力。
神經元逐漸發展出分類表征
有了這項發現，研究人員就能在小鼠大腦中研究分類的基礎。他們關注的是前額葉皮層——人類參與複雜思維過程的大腦區域。研究表明，當小鼠把條紋圖案進行分類時，這一區域的某些神經元被激活。有趣的是，不同神經元組會對不同分類選擇性地作出響應。


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Tobias Bonhoeffer解釋道：“小鼠大腦中分類-選擇神經元的發現是一個關鍵點。這使得我們第一次能夠觀察到這些神經元從學習分類開始到結束的活動。這表明神經元的分類能力不是立即獲得的，而是在學習過程中逐漸形成的。”
分類-選擇神經元是長期記憶的一部分
科學家們認為，隻有當獲得的星空体育官网入口网站從短期記憶轉變為長期記憶時，前額葉皮質中的分類-選擇神經元（category-selective neurons）才會發揮作用。在那裏，這些細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星空体育官网入口网站的集合。在這個背景下應該記住，我們學習的分類技能是大腦用以更簡單地認識世界的方式。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習，該研究為理解抽象思維的神經元基礎增加了重要的細節，並提醒我們複雜的思維並不僅僅是人類獨有的。
翻譯：胡琦琳
審校：戚譯引
引進來源：馬克斯·普朗克學會


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