數學好=編程能力強?MIT新發現:二者激活大腦區域並不同

2020-12-21 騰訊網

金磊 發自 凹非寺

量子位 報導 | 公眾號 QbitAI

都說學編程就像學一門新的語言，但事實真的如此嗎？

不不不，起碼在讀代碼這件事上，你的大腦可不這麼認為。

最近，MIT神經科學家在eLife期刊發表了一項新研究：

在讀代碼的時候，並不會激活人類大腦涉及語言處理的區域。

相反，激活的是一個叫做多需求 （multiple demand，MD）網絡的分布式網絡。

而這個MD網絡，通常在人們處理比較複雜的認知任務時被激活。

舉個例子，數學問題、填字遊戲等……

怪不得……看別人的代碼，一直有種很痛苦的趕腳，原來它真的是很「燒腦」啊！

讀代碼時，你的大腦會發生什麼？

或許你會認為，代碼嘛，本質上就是解決數學或邏輯相關的問題，那讀代碼會激活MD網絡也是可以理解的。

Too simple，too naive.

MIT的研究人員進一步發現：

儘管讀代碼的時候激活了MD網絡，但和數學、邏輯問題相比，它似乎更加依賴這個網絡的不同部分。

也就是說，讀代碼時大腦的工作狀態，還不能精確複製解數學問題時的大腦認知需求。

通訊作者Anna A Ivanova這樣表述道：

理解計算機代碼，不同於語言，也不同於數學和邏輯，仿佛是它自己的事情一樣。

嗯，有種「VIP專屬區域」的味道了。

研究人員測試的程式語言主要有2個：一個是Python；另一個是在少兒編程較火的可視化程式語言ScratchJr。

測試對象是兩組年輕人，分別對上述2個程式語言達到了精通狀態。

大致的測試過程是讓這些年輕人平躺，工作人員會給他們展示代碼片段和文字描述（如上圖所示），並讓他們預測這些代碼將產生什麼樣的結果。

在這個過程當中，研究人員還會用腦功能磁共振成像 （fMRI）來掃描，以此來檢測這些年輕人大腦的活動。

上述的實驗是這次研究的「主實驗」（上圖A），除此之外，還有額外的2個「副實驗」（上圖B，與定位器相關）：

MD System Localizer：困難模式，在出現的8個藍色方塊中，一次性記住2個的位置；簡單模式，在出現的4個藍色方塊中，一次性記住1個的位置。

Language System Localizer：包括一個句子，以及非單詞（一次出現一個）。

對測試對象掃描過後，便得到了如下結果。

圖中的A展示了MD網絡在大腦左半球和右半球的位置，以及大腦涉及語言的區域。

B和C分別展示了在讀Python和ScratchJr代碼或文本時，通過fMRI掃描得到的響應反饋情況。

再具體的，SR代表句子閱讀，NR代表非單詞閱讀，SP表示句子問題，CP表示代碼問題。

從實驗結果難看出，大腦中的語言區域，幾乎對代碼問題（CP）沒有反應，或者說反應極低。

但十分意外的是，在讀代碼過程中，主要激活了MD網絡，活動分布在大腦的額葉和頂葉。

Anna A Ivanova對此表示道：

MD網絡幾乎可以做任何具有認知挑戰性的事情。

然而，先前的研究表明，數學和邏輯問題似乎主要依賴於左腦的MD區域，而涉及空間導航的任務對右腦的激活程度要高於左腦。

MIT這次的研究表明，讀代碼過程中，似乎同時激活了MD網絡的左右兩個部分；並且，讀ScratchJr代碼時，對右側大腦的激活程度略高於左側大腦。

同時也推翻了以往的認知，即讀代碼時大腦的活動，和數學邏輯相同。

到底更傾向於「數學邏輯」還是「語言」？

對於人們在處理代碼過程中，大腦的活動機制，更加傾向於「數學邏輯」還是「語言」，這個問題並不是第一次被拿出來研究。

正如Anna A Ivanova所述，關於大腦如何學習編程，有兩種思想派系：

有人認為，為了擅長編程，人們必須強化數學能力。

另一種觀點是，由於編程和語言之間的相似性，語言技能可能更具相關性。

第一次利用科學成像工具來做這方面研究的，需要追溯的2014年。

來自帕紹大學（德國）、CMU等機構聯手，對程式設計師大腦如何理解代碼做了研究。

當時所採用的方法依舊是fMRI，參與測試的是17名精通Java的學生。

被測試的學生，每個人都需要閱讀不同的幾段Java代碼片段，且難度相似，因此研究人員可以平均得到的大腦成像數據。

這項研究雖然並沒有得到非常有力的結果，但第二作者表示：

讀代碼更像「語言」，是錯誤的。

除了MIT這次在eLife發表的研究外，同期還有一篇配套論文，來自約翰·霍普金斯大學。

他們的研究也表明，讀代碼的過程中，大腦眾多的MD網絡被激活，而不是與語言相關的區域。

至於在讀代碼時，大腦是否有專屬的「工作區域」，MIT研究人員表示：

雖然沒有任何似乎明確的「編程區域」，但這種專屬的大腦活動，可能在具備更多編程經驗的人身上會有發展。

實驗團隊介紹

這項研究來自MIT腦與認知科學系。

本研究的第一作者是Anna A Ivanova，是MIT的一名研究生，對語言和語義處理的神經基礎感興趣。

另外一位通訊作者叫做Evelina Fedorenko，目前在MIT腦與認知科學系助理教授。

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