乌鸦理解递归,你理解吗?

环球科学 2022/11/29 17:42:14 责编:远生

图片来源:pixabay

{不许【不许(不许套娃)】},你懂了吗?

乌鸦是最聪明的动物之一。它们不仅能遵循规则做出决策,制造和使用工具,似乎还展示出一种与生俱来的数字感知能力。最新的一项研究表明,这些聪明的鸟类竟能理解递归 —— 将一个结构嵌套在另一个相似结构中的过程,这其实一直被认为是人类独有的能力。

递归是语言中的一个关键特征。它使我们能用简单的语句构建出复杂的语句。以“猫追赶的老鼠跑了”这句话为例,“猫追赶老鼠”这句话其实包含在了“老鼠跑了”这一句中。几十年来,心理学家认为递归是人类独有的语言特征。一些科学家认为,递归是将人类语言与其他动物交流形式区分开来的关键特征。而对于这个推论,学界一直存在疑问。德国蒂宾根大学(University of Tübingen)的动物生理学教授安德烈亚斯・尼德(Andreas Nieder)实验室的博士后戴安娜・廖(Diana Liao)表示:“人们一直很好奇其他动物是否也能理解递归序列。”(这也是一个递归语句)

“这张照片名为:猫追赶的老鼠跑了”“老鼠呢?”“跑了”(图片来源:Unsplash)

在 2020 年发表的一项研究中,经过对成人、儿童以及猴子展开的调查,研究人员发现,生成递归序列的能力可能不是人类独有的。研究人员分别给人类和猴子展示了一个带有两对随机排列的括号符号的显示屏。志愿者(包括猴子)需要以“中心嵌入”的递归序列的顺序触摸它们。例如 {()} 或({})就是一个递归序列,而 {(})则不是。若能给出正确答案,人类会得到口头反馈,而猴子会得到少量食物或果汁作为奖励。随后,研究人员给志愿者展示了一组全新的括号,并观察他们以递归方式排列括号的频率。在三只受试猴子中,有两只猴子生成递归序列的频率高于非递归序列,尽管它们需要额外的训练才能做到这一点。其中一只猴子在经过大约一半的训练后可以排列出递归序列。相比之下,三到四岁的儿童在经过大约 40% 的训练后就可以排列出递归序列。

这项研究引发了廖和同事们的好奇:拥有优秀认知能力的乌鸦是否也具有递归能力呢?参考 2020 年这项研究中使用的方法,研究团队训练两只乌鸦也以中心嵌入的递归序列去啄食成对的括号。随后,研究人员会测试它们在一组新符号上自发生成递归序列的能力。结果显示,乌鸦的表现与儿童不相上下,它们经过约 40% 的训练后就能排列出递归序列,并不需要像猴子那样进行额外的训练。近日,该团队的研究结果发表在期刊《科学进展》(Science Advances)上。

意大利特伦托大学(University of Trento)神经科学教授乔治・瓦洛尔蒂加拉(Giorgio Valortigara)没有参与这项工作,他表示,乌鸦能够识别出中心嵌入的结构,甚至比猴子更擅长递归,这一发现“非常有趣”。他补充道,这些发现引发了一个问题:动物如何使用递归这种能力?他说:“它们似乎没有任何类似人类语言的体系,因此递归可能与其他的认知功能有关。”一种推测是,动物可能会使用递归来表现它们社会群体中的关系。

事实上,在 2020 年这项关于人类和猴子递归能力的研究发表后,一些科学家仍然无法相信猴子能理解递归。一些人认为,这些动物可能是通过学习括号的显示顺序来选择递归序列。例如,如果训练序列是【()】,但在后来向猴子展示了不同的配对,如()和 {},那么它们将首先选择在训练中识别的括号,然后再选择它们以前从未见过的新括号对。最后,在序列结束时,它们会选择与训练匹配的括号(因为它们已经学习到将匹配的括号放在末尾)。

为了解决这一限制,廖和同事将训练序列从两对括号扩展到三对,如 {【()】}。廖说道,有了三对符号,在不掌握递归基本概念的情况下生成序列的概率会低得多。也因此,研究人员发现,鸟类最有可能具备选择中心嵌入排列的能力。

实验中的前括号周围没有边框,而后括号被边框框住了(图片来源:原论文)

但是,一些科学家仍对此持怀疑态度。法国国家科学研究中心(French National Center for Scientific Research)的心理学高级研究员阿诺・雷伊(Arnaud Rey)表示,这一发现依旧可以从简单的联想学习的角度来解释,也就是说,动物能学会将一个符号与下一个符号联系起来,例如将一个前括号与一个后括号连接起来。他解释道,一个关键原因在于研究方法设计的一个特点:研究人员在后括号周围加了一个边框,他们指出这是帮助动物定义括号顺序所必需的(在 2020 年的研究中使用了相同的边框布局)。对雷伊来说,这是研究局限所在的一个关键点,因为动物可以通过将排列结束的边框符号看作奖励符号,从而只需要学习括号前后的显示顺序。

在雷伊看来,“递归处理”作为一种独特的认知形式的概念本身就是有缺陷的。他说,即使在人类身上,这种能力也很可能通过联想学习机制来解释,这是他和他同事在 2012 年对狒狒的一项研究中提出的。到目前为止,还没有令人满意的解释来说明人类大脑中识别和操纵这种序列的能力是如何编码的。根据雷伊的说法,研究人员目前主要分为两派:一些人认为人类语言建立在某些独有的能力之上,例如理解递归的能力;另一些人则认为人类语言来自联想学习等更简单的过程。

但廖指出,即使在边框的帮助下,乌鸦仍然需要找出中心嵌入的顺序,即从外到内排列开括号和闭括号。换言之,如果鸟类只知道开括号在序列的开头,而闭括号在序列末尾,那么就会得到相同比例的正确序列和诸如“({)}”的错误序列。然而她和同事发现,即使有更复杂的三对括号序列,乌鸦选择正确序列的比例也会更高。

在廖看来,鸟类的祖先很久以前就与生命之树上的灵长类动物分道扬镳,而鸟类似乎也能够解析和生成递归序列,这意味着这种能力是“古老且演化的”,或者说它是作为所谓的趋同演化的产物而独立发展的。廖补充道,由于鸟类的大脑缺乏灵长类动物的新皮质,这一观察结果表明,灵长类动物的大脑结构可能不是显示这种认知能力所必需的。

这项新研究的结果表明,鸟类拥有与灵长类动物相同的许多认知技能,这和过去的许多研究结果是相符合的。瑞典隆德大学(Lund University)认知科学系的副教授马蒂亚斯・奥斯瓦特(Mathias Osvath)没有参与这篇新论文的工作,他表示:“对我来说,这篇论文再次用有力的数据证明,鸟类被完全误解了。哺乳动物在认知层面掌控了世界是完全错误的说法。

原文链接:

  • https://www.scientificamerican.com/article/crows-perform-yet-another-skill-once-thought-distinctively-human/

本文来自微信公众号:环球科学 (ID:huanqiukexue),撰文:戴安娜・权(Diana Kwon),翻译:彭容,审校:不周

相关文章

关键词:动物科普常识

软媒旗下网站: IT之家 辣品 - 超值导购,优惠券 最会买 - 返利返现优惠券 iPhone之家 Win7之家 Win10之家 Win11之家

软媒旗下软件: 魔方 云日历 酷点桌面 Win7优化大师 Win10优化大师 软媒手机APP应用