麻省理工學院:閱讀是大腦的關鍵區域「循環使用」的結果

2020-12-03 量子認知

閱讀是一個人依靠腦中的原有知識，主動接受外界資訊，通過大腦進行吸收、加工以理解單詞和符號所代表的意思，從閱讀物中建構意義的過程。

所以閱讀是一個接受信息（如眼睛感知）、到處理信息（如視網膜和神經興奮）、到大腦吸收（如大腦思維中樞和語言中樞）、最後到信息加工理解書面文字，這樣一個系統過程。

問題是，我們的大腦具體是如何在閱讀中理解書面文字的呢？自從人類學會讀和寫的幾千年以來，還一直是個謎。

由麻省理工學院腦與認知科學系主任、詹姆斯迪卡洛（James「 Jim」 DiCarlo）帶領的一組神經科學家團隊，對閱讀過程中大腦的理解文字機理進行了深入具體的研究。他們的研究表明，我們通過「循環使用」了大腦的關鍵區域，以幫助我們理解書面文字。該最新研究結果論文發表在這一期的《自然通訊》上。

非人類的靈長類動物，包括獼猴，表現出與我們相同的大腦行為和工作方式，並且研究表明，這些猴子如何看待單詞與人類的行為之間並沒有很大差異。所以，研究團隊首先對靈長類動物的閱讀過程中大腦的理解文字機理進行了深入具體的研究。

在對獼猴的測試中，科學家證明了在靈長類動物大腦中稱為顳下回皮層的區域能夠提供我們所需的必要信息，以將字母串變成更有意義的東西。

皮層，也稱腦皮層，或腦皮質，指覆蓋在大腦半球表面的灰質外層，是整個神經系統功能上最為高階的一部分。

顳下回，英語：inferior temporal，簡稱：IT，覆蓋顳下回的顳下回皮層被認為對於視覺處理和視覺對象識別特別重要，這一區域能夠提供我們所需的必要信息，以將字母串變成更有意義的東西。顳下回皮質如下圖黃色所示的區域。

該研究所發現的神經行為表明，人類沒有進化專門為閱讀而開發的大腦區域，而是改變了大腦顳下回皮層這一區域的用途，同時發展了在記下單詞時識別單詞的能力，這就是所謂的拼寫法。

拼寫法，英語：orthography，也稱正寫法，指編寫一種語言的一套規範，比如包括讀寫、字符、字體、標點符號等規範。比如《新華字典》和《現代漢語詞典》使用的簡化字是漢字正字拼寫法的標準。

論文主導、神經科學家、詹姆斯迪卡洛說：「這項工作為我們對視覺處理的神經機制的迅速發展的理解，與重要的、與人類閱讀類似的靈長類行為之間，建立了潛在的聯繫。」迪卡洛和他的研究團隊先前已通過功能性磁共振成像技術，研究了顳下回皮質在響應包括面部在內的反應方面的作用。

他們還能夠基於一些相同研究人員的先前研究，研究表明一旦我們學會了閱讀方法，顳下回皮質的各部分如何成為高度專業化的工具來識別單詞。

在新的實驗中，研究人員使用植入電極監測了大約500個不同的神經部位，測試對象被顯示出大約2千個單詞和非單詞。這些數據被輸入到稱為線性分類器的計算機模型中，然後被訓練為使用測得的活動來智能猜測每個字母字符串的性質。

該模型表明，大腦活動確實能夠提供靈長類動物執行拼字法任務所需的信息，包括解釋圖像以區分單詞和非單詞。實際上，線性分類器可以使用此神經輸出來以70％左右的準確度分辨出這種差異，這與過去對訓練為做同一件事的狒狒的研究相當。

這項研究結果指出：顳下回皮質作為文字拼寫處理的關鍵區域，人類採用了顳下回皮質的這一進化機制，將其循環（Recycle）使用以正確理解單詞和符號，從而理解閱讀的內容。

參考：The inferior temporal cortex is a potential cortical precursor of orthographic processing in untrained monkeys. Nature Communications. Published: 04 August 2020.

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