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[数据分析基础] Neuron:人类大脑的早期发育 [复制链接]

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楼主
发表于 2019-10-21 17:50:27 |只看该作者 |倒序浏览

??人类婴儿时期的大脑是目前已知的能掌握自然语言的系统;该系统能开发出明确的、具有象征性的、且可传播的知识体系来表达外界。随着无创脑成像技术的出现,我们现在可以接触到这些早期成就背后独特的神经机制。到目前为止,有大量的证据表明:神经和认知发展相关的研究对了解人类神经基础的真实面貌、人类与动物的根本差异是极为重要的。但我们发现,迄今为止,世界上没有一个大型的以大脑发育作为主题的脑研究项目。

针对这一问题,巴黎萨克雷大学和哈佛大学的两位研究者G.Dehaene-Lambertz.和E.S. Spelke对婴儿大脑发育的相关研究成果进行了高度概括。在这篇文章中,作者先简述了婴儿在语言和数字领域的早期认知能力;然后回顾了最近的发现,这些发现强调了人类婴儿和成人的神经结构间的强连续性,尤其是早期的大脑半球不对称和额叶区域。最后,作者提出,探究早期学习的优势和局限性,以及与脑区成熟阶段相关的脑动力学研究,可以更好的理解人类认知成就的来源。

正文

在人类身上观察到的显着而复杂的认知功能并不是在成年后突然出现的,而是经过20多年的发展形成的。几个世纪以来,人们一直认为婴儿的心灵状态是空虚的或困惑的。但认知发展相关研究一再表明,虽然婴儿的运动行为能力有限,但在出生后的前几个月中,婴儿的认知能力有大的提升。这种早期的能力反映了婴儿在学习通路上超过其他动物。并且,该通路已经具备了人类成年人学习和认知的一些特征。

在一些如语言的领域,婴儿甚至比成年人学得更好。在其他一些如数字认知的领域,婴儿虽然在数学知识的扩展发展过程中要落后于成年人,但他们已经开始建立起一条从与其他动物共享的核心能力到人类独有的抽象知识的道路。长期以来,这些早期能力背后的神经结构一直处于未知状态;但随着无创脑成像技术的发展,已能够对婴儿、成人和动物的大脑功能结构差异进行比较。

婴儿期的语言

语言是人类认知复杂性的典型例子,在这个领域可以发现许多人类婴儿早期能力。因为婴儿口语发展缓慢:从能发声到无意识的咿呀学语,再到大约出生后的第一年结束才能说出第一句话,到大约两岁才能说出含有大量词汇的的话语。所以直到最近,这些婴儿早期语言能力才被发现。通过精心设计的实验表明,婴儿的接受能力远远好于他们的语言输出能力,并呈现出三个关键特征。

首先,早在任何有效的语言输出之前,婴儿就对他们的母语中用来创造单词和句子的特定声音和组合非常敏感。他们在出生时就能辨认出自己母语的韵律,并在出生后的第一年建立起自己母语的语音体系,从对母语元音的敏感开始,逐渐发展到辅音,再到母语单词中允许的音素组合。这些发现说明,婴儿能熟练和渐进的分析不同层次的语言,以此发现和学习熟悉的语音模式。

其次,婴儿推断抽象语言结构的能力。婴儿很快对词类变得敏感,在6个月大的时候就能记忆母语中出现频率最高的词,在7个月大的时候能使用已记忆的高频词来理解语流。到12个月大时,功能词和语法后缀在婴儿中的地位已不同于开放类词和语素。24个月大的幼儿在说出完全符合语法的句子之前,会分析句子的句法结构,并在句子不符合语法时显示与错误事件相关的反应。

最后,早期能力对语言习得至关重要。在说话之前,婴儿就开始把单词和他们所指的事物联系起来。大约6个月,婴儿开始理解一些表示人的实词(如“妈妈”、“爸爸”)、物体(如“瓶子”、“脚”)和动作动词(如“拥抱”、“吃”)。当两个物体(例如一只脚和一个苹果)的图像并排显示在电脑屏幕上时,6个月大的婴儿更倾向于看着他们母亲说出的物体,如“ X在哪里,看X ” 这样的句子命名的物体,而不是另一个物体;在婴儿一岁左右时,他们能听懂大约50个单词。在实验室里,婴儿在4个月大的时候就会把单词和视觉形状联系起来(如,“bubu”和一个弯曲的形状;“kiki”和一个有棱角的形状);6个月大时,他们利用韵律和统计的线索从一个句子中提取一个不常见的单词,并将其映射到一个视觉参照物上。更常见的是,语言标记促进了婴儿对对象的分类: 给 3 个月大的婴儿看几个类别(如:恐龙或鱼)后,如果给他们看一个不属于熟悉类别的新的恐龙或鱼,只要与类别中的每个熟悉成员有相同标签,那么婴儿会更关注这个新的恐龙或鱼。有趣的是,对于这些年幼的婴儿来说,语言标签在这项任务中比语调变化和顺序颠倒的语言表示更加有效。语言标记还有助于14个月大的婴儿在工作记忆中记忆物体的表征。因此,语言很早就开始培养人类婴儿对周围世界信息的处理能力。

在第2年结束的时候,幼儿可以利用单词和事物之间的关系来学习他们语言的语法。在一个实验中,幼儿首先听来自2个列表的4个不熟悉的单词(如erd、deech、ush、coomo) 构成的 32个句子。其中一个列表由单音节名词组成,单词前总有音节( ong或erd,例如ong deech );第二组单词由双音节的名词组成,前面有alt或ush (如ush coomo)。然后,展示了六张不同的动物或车辆图片,每个类别的单词都与一个列表关联(例如,动物与双音节单词)。这些幼儿较长时间看图片,随后会因为图片与单词列表匹配错误(如在例子中,车辆图片与一个双音节词对应)而表达出惊讶的情绪。而对照组的情况则不同,对他们来说,唯一的区别是,在句子最初出现时,音节与单音节或双音节单词之间的联系并不一致。因此,一旦婴儿学会了在名词之前的四个音节的应用条件,他们就能够将这两个互补的范畴与视觉范畴相匹配。这个例子说明了婴儿在不同概念领域的分布分析的通用性和单词到物体的快速映射能力。相似的机制可能是名词与宾语、动词与动作的匹配,因为宾语和动作在概念上是不同的,名词和动词与表示冠词和代词的特定音节则有互补的联系。

早期语言学习的机制

所有这些实验室实验都是在几分钟内进行的,没有预先训练。因此,它们揭示了在语言学习和认知发展中很容易获得的能力。这些研究提出了两种主要的机制来解释婴儿的成功:语音输入的统计分析和对抽象模式的敏感性。在这方面的研究中,里程碑式的研究是萨弗兰(Saffran) (1996)的研究,他的研究表明婴儿有很强的能力去发现语音的统计特性,从而发现其母语的语音库,将连续语音流分割成单词,在音节之间建立长距离关系,从而推断出单词的语法分类和词义。

其中一些能力也在动物身上得到验证(例如,绢毛猴和老鼠),从而表明了分布分析的普遍性。然而,对人类婴儿来说,值得注意的是这些分析在不同语言层次上的同时效率,以及幼儿使用的语言信息的特殊组合。例如,为了构建封闭类的词类别,婴儿必须注意具有特定声学特性(低强度、短持续时间、弱重音、特定音素分布)的音节的共同出现,以及它们在韵律域中的重复位置。儿童还能将视觉对象的统计结构与特定视觉信息的上下文中嵌入的高频语音事件的再次获得联系起来。


篇幅限制,阅读全文请点击链接https://mp.weixin.qq.com/s/OkNULUKrcgmc7pR3Pf8Mcw


原文:

Theinfancy of the human brain

GDehaene-Lambertz, ES Spelke - Neuron


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沙发
发表于 2019-10-21 19:58:37 |只看该作者
学习了,谢谢分享!
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