MIT最新研究：什么样的语言最有可能激活大脑的语言处理中心？

4月前

来源：大脑成长营（ID：PowerforBrain）鲁稚的阳台  编辑

语言不仅仅是交流的工具，还可能深度影响大脑的活动。

在浩瀚的神经元宇宙中，语言中枢那片璀璨的群星，何时最为耀眼呢？

最近，麻省理工学院的科学家借助人工语言网络，发现了哪些类型的句子最有可能激活大脑的关键语言处理中心。

研究人员发现，那些因不寻常的语法或出乎意料的含义而组成的更为复杂的句子，将在语言处理中心产生更强烈的反应。

相反，非常直白的句子几乎不激活这些区域，而毫无意义的词语序列对这些区域也几乎没有影响。

例如，当阅读如「Buy sell signals remains a particular」这样不寻常的句子时，这个大脑网络最为活跃。

当阅读一些非常直接的内容，如「We were sitting on the couch.」时，这个网络的活跃度就会降低。

“复刻”大脑语言网络

在这项研究中，研究人员关注的是大脑左半球中的语言处理区域，包括布洛卡区以及大脑左侧额叶和颞叶的其他部分。

这个语言网络对语言高度敏感，但要真正弄清楚这些语言区域内发生的事情却非常困难。研究人员希望发现，是哪些类型的句子、哪些类型的语言输入，能驱动左半球语言网络的活动。

研究人员首先根据多种来源汇编了一组包含 1000 个句子的数据集，具体的来源包括小说、口语转录、网络文本和科学文章等多种类型。

五名参与者在阅读这些句子时，研究人员使用功能性核磁共振成像（fMRI）测量了他们的语言网络活动。

随后，研究人员将这 1000 个句子输入到一个大型语言模型中（这个模型类似于 ChatGPT，它通过预测大量文本中的下一个词来学习生成和理解语言）并测量了该模型对每个句子的反应模式。

收集到所有这些数据后，研究人员训练了一个映射模型，被称为「编码模型」，它将人脑中观察到的激活模式与人工语言模型中观察到的激活模式联系起来。

一旦训练完成，这个模型就能够基于人工语言网络对这 1000 个句子的反应来预测人类语言网络对任何新句子的反应。

在这之后，研究人员使用编码模型识别出 500 个能在人脑中产生最大活动的新句子（被称为「驱动」句子），以及那些能引发大脑语言网络最小活动的句子（被称为「抑制」句子）。

在对三名新参与者进行测试后，研究人员发现这些新句子确实如预测的那样激发 or 抑制了大脑活动。

在语言处理过程中对大脑活动进行的这种「闭环」调节是非常新颖的。

研究中，这个在语言模型激活和大脑反应之间进行映射的模型能够精确地做到这一点。这是在涉及高级认知的大脑区域（如语言网络中）采用这种方法的首次演示。

什么样的句子，更能激发大脑

为了弄清楚为什么某些句子比其他句子更能驱动大脑活动，研究人员根据11 种不同的语言属性对句子进行了分析，包括语法正确性、合理性、情感价值（积极或消极）以及句子内容的可视化难易程度等等。

对于每个属性，研究人员都让参与者对句子进行评分。他们还使用了一种计算技术来量化每个句子的「惊奇度」，即与其他句子相比，它有多么不常见。

这项分析显示，惊奇度较高的句子在大脑中产生了更强烈的反应。

研究人员表示，这与之前的研究结果一致——人们在处理惊奇度较高的句子时会遇到更多困难。

另一个与语言网络反应相关的语言属性是语言复杂性，它是通过衡量一个句子遵守英语语法规则的程度以及它的合理性来测量的，即内容本身除了语法之外，还有多大的意义。

这个属性的两个极端——无论是极其简单的句子，还是复杂到完全没有意义的句子——都在语言网络中引起了很小的激活。

最大的反应来自于那些有一定意义但需要努力理解的句子，例如「Jiffy Lube of — of therapies, yes」，这句话来自于当代美国英语语料库数据集。

也就是说，引起最高程度的大脑反应的句子，要么在语法上有些特别，要么在意义上有些特别，或两者都足够特别。

研究人员解释，输入的内容必须足够像语言，才能激活这个系统。

在这个范畴内，如果处理起来非常容易，那么大脑的反应就不会很强烈。但如果内容变得困难或出人意料，比如使用了不寻常的句式结构或者一组不太熟悉的词汇，那么这个网络就必须更加努力地工作。

这项研究不仅拓展了我们对大脑语言处理的理解，还为未来深入挖掘不同语言、文化对大脑激活的影响提供了基础，或许是通向揭示人类思维奥秘之门的一把钥匙。家长朋友们也不妨在与孩子的沟通交流中，偶尔尝试加入一些「超纲」的语句或表达方式，也许能给孩子的大脑带去意想不到的激发哦~

参考资料：
https://neurosciencenews.com/complex-sentences-language-brain-25417/

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