解碼物理學家大腦 發現人類創造性思維的秘密

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【大紀元2021年10月22日訊】(大紀元記者李少維編譯報導)一個研究組特別針對物理學家的大腦進行了一項研究,發現他們在思考像費米子、暗物質、暗能量這些抽象概念時候,腦波出現一種共同的特點。

研究人員根據這些特點設計一個判斷系統,根據讀取的腦波信息判斷被掃描對象大腦正在思考的物理概念類型。結果顯示這套系統判斷的準確率達到70%。

多數大腦神經學的研究都在探索一些前衛的科學概念究竟在大腦的「哪個區域」進行處理的問題。而這份研究不採取這個思路,他們想瞭解大腦究竟怎樣組織各種抽象的科學概念。比如,百科全書把信息按照字母的順序分類,圖書館把書籍按照杜威十進製圖書分類法(Dewey Decimal System)整理。那麼物理學家的大腦怎樣分類信息?

這份研究把物理概念分成了「可測量的」和「不可測量的」兩大類。比如地球上人們身邊各種物體,都看得見、摸的著,都有了合適的儀器可以測量;而像暗物質、中微子、多維宇宙這些概念都是無法測量的物質。

美國卡內基·梅隆大學(Carnegie Mellon University)的研究人員招募幾位物理學家成立了一個獨立評估組,對幾十個物理概念分維度進行評估,最後以1-7分的範圍描述某個概念抽象的程度。比如,二元性(duality)這個概念就被歸類為「不可測量的」;扭矩(torque)、速率(velocity)都是「可測量的」概念。

研究人員讓他們物理系的同事考慮這些概念,同時用功能磁共振成像(fMRI)技術掃描他們的大腦,觀察腦電波的特徵。研究人員發現,「可測量的」和「不可測量的」物理概念在這些科學家的大腦裡面所激活的信號特徵有著明顯的區別。

他們建立了一個評估模型,檢驗他們發現的這些特徵。具體的做法是,向系統輸入所有物理概念和腦電波模式信息,讓系統找到它們之間的關係規律,但是故意留下一個概念沒有輸入。之後,再讓物理學家思考那個留下的概念並掃描其腦電波,讓系統評估物理學家正在思考的問題類型。研究人員稱,這個模型評估的準確度達到了70%,遠超過隨機猜測能夠達到的50%這樣的幾率。

研究人員認為,通過這項實驗他們得到對大腦的兩項認知。

第一,人類大腦在學習新概念、新知識的時候,會產生具有新特徵的腦電波用於處理新的概念。

他們認為,在以前物理學家所有的認知都是基於牛頓力學的基礎上,也都是屬於「可測量的」物理概念範圍。進入20世紀以後,「不可測量的」物理概念成為新的研究主流,像暗物質、量子力學等等。從被掃描的物理學家的大腦裡面,明顯看到這些新認知是以一個新的思考維度的方式存在於大腦中。

第二,雖然這些物理學家來自不同的學校、說著不同的母語,有著各自的文化背景,但是他們在思考這些抽象物理概念的時候,所有人的腦電波出現一致的特徵。這個共同性哪裡而來?這令人震驚。

研究人員猜測這可能是大腦產生的「最自然的應對機制」。他們舉例說,就像一個人要接住別人扔過來的網球,即使沒有經過任何訓練,所有人本能地都認為伸出雙手接住它是「最自然的方式」。沒有人會想到要用嘴巴叼住、用膝蓋或是用腋窩去夾住它。類似地,可能當思考這些抽象的概念的時候,大腦會出現共同的一種特徵,才是大腦最自然的思考方式。

這份研究總結說,正因為大腦有這樣的機制,人類才能夠不斷進步,不斷接收新的認知。新認知通常是從社會上一群具有創造性思維的少部分人開始,然後逐漸和更多人溝通,逐漸形成人類普遍的認知。人類的科學、技術和文明就是通過這樣的方式不斷進步和發展。

這份研究報告10月11日發表於《自然合作期刊》(NPJ)系列的《學習科學》(Science of Learning)期刊。◇

責任編輯:朱涵儒

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