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作者丨機(jī)器之心

來源丨機(jī)器之心

極市導(dǎo)讀

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大語言模型（LLM）為什么空間智能不足，GPT-4 為什么用語言以外的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，就能變得更聰明？現(xiàn)在這些問題有「標(biāo)準(zhǔn)答案」了。

近日，一篇麻省理工學(xué)院（MIT）等機(jī)構(gòu)發(fā)表在頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志的文章觀察到，人類大腦生成和解析語言的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不負(fù)責(zé)形式化推理，而且提出推理并不需要語言作為媒介。

這篇論文聲稱「語言主要是用于交流的工具，而不是思考的工具，對于任何經(jīng)過測試的思維形式都不是必需的」，引發(fā)了科技領(lǐng)域社區(qū)的大討論。

難道真的如語言學(xué)家喬姆斯基所言，追捧 ChatGPT 是浪費(fèi)資源，大語言模型通向通用人工智能（AGI）的路線完全錯了？

讓我們看看這篇論文《Language is primarily a tool for communication rather than thought》是怎么說的。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07522-w

語言是人類智能的一個決定性特征，但它所起的作用或多或少一直存在爭議。該研究提供了神經(jīng)科學(xué)等相關(guān)學(xué)科角度的最新證據(jù)，以論證現(xiàn)代人類的語言是一種交流工具，這與我們使用語言進(jìn)行思考的流行觀點(diǎn)相反。

作者首先介紹了支持人類語言能力的大腦網(wǎng)絡(luò)。隨后回顧語言和思維雙重分離的證據(jù)，并討論語言的幾種特性，這些特性表明語言是為交流而優(yōu)化的。該研究得出結(jié)論認(rèn)為，盡管語言的出現(xiàn)無疑改變了人類文化，但語言似乎并不是復(fù)雜思維（包括符號思維）的先決條件。相反，語言是傳播文化知識的有力工具，它可能與我們的思維和推理能力共同進(jìn)化，并且只反映了人類認(rèn)知的標(biāo)志性復(fù)雜性，而不是產(chǎn)生這種復(fù)雜性。

圖 1

研究證據(jù)挑戰(zhàn)了語言對于思維的重要性。如圖 1 所示，使用 fMRI 等成像工具，我們可以識別完整、健康的大腦中的語言區(qū)域，然后檢查在完成需要不同思維形式的任務(wù)時，語言區(qū)域的相關(guān)響應(yīng)。

人類大腦中的語言網(wǎng)絡(luò)

從人腦的生物學(xué)結(jié)構(gòu)來看，語言生成和語言理解由左半球一組相互連接的大腦區(qū)域支持，通常稱為語言網(wǎng)絡(luò)（圖 1a；Box 2 描述了它與語言神經(jīng)生物學(xué)經(jīng)典模型的關(guān)系）。

Box 2。許多教科書仍然使用 Wernicke 提出的語言神經(jīng)基礎(chǔ)模型，并由 Lichteim 和 Geschwind 進(jìn)行了闡述和修訂。該模型包括兩個皮層區(qū)域：Broca 區(qū)位于下額葉皮層，Wernicke 區(qū)位于后上顳葉皮層。這兩個區(qū)域分別支持語言產(chǎn)生和理解，并通過一條背側(cè)纖維束（弓狀束）連接。

語言網(wǎng)絡(luò)有兩個非常重要的特性：

首先，語言區(qū)域表現(xiàn)出輸入和輸出模態(tài)的獨(dú)立性，這是表征抽象性的關(guān)鍵特征。主要表現(xiàn)為在理解過程中，這些大腦區(qū)域?qū)缒B(tài)（口頭、書面或手語）的語言輸入做出反應(yīng)。同樣，在語言生成過程中，無論我們是通過口語還是書面語來產(chǎn)生信息，這些區(qū)域都是活躍的。這些區(qū)域支持語言理解和生成（圖 1a）這一事實(shí)表明，它們很可能存儲了我們的語言知識，這對于編碼和解碼語言信息都是必需的。

其次，語言區(qū)還能對詞義和句法結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和處理。特別是，關(guān)于腦磁圖和顱內(nèi)記錄研究的證據(jù)表明，語言網(wǎng)絡(luò)的所有區(qū)域都對詞義以及詞間句法和語義依賴性敏感（圖 1a）?？傊?，語言網(wǎng)絡(luò)中語言表征的抽象性以及網(wǎng)絡(luò)對語言意義和結(jié)構(gòu)的敏感性使其成為評估語言在思維和認(rèn)知中的作用假設(shè)的明確目標(biāo)（(Box 3）。

我們對人類語言和認(rèn)知能力，以及它們之間關(guān)系的理解仍然不完整，還有一些懸而未決的問題：

語言表征的本質(zhì)是什么？
思維是否依賴于符號表征？
兒童學(xué)習(xí)語言時，語言網(wǎng)絡(luò)是如何成長的？

語言對于任何經(jīng)過檢驗(yàn)的思維形式都不是必需的

經(jīng)典的方法是通過研究大腦損傷或疾病的個體來推斷大腦與行為之間的關(guān)聯(lián)和分離。這種方法依賴于觀察大腦某部分受損時個體行為的變化，從而推測不同大腦區(qū)域的功能和行為之間的聯(lián)系。

有證據(jù)表明 —— 有許多個體在語言能力上有嚴(yán)重的障礙，影響到詞匯和句法能力，但他們?nèi)匀槐憩F(xiàn)出在許多思考形式上的完整能力：他們可以解決數(shù)學(xué)問題，進(jìn)行執(zhí)行規(guī)劃和遵循非言語指令，參與多種形式的推理，包括形式邏輯推理、關(guān)于世界的因果推理和科學(xué)推理（見圖 1b）。

研究表明，盡管失去了語言能力，一些患有嚴(yán)重失語癥的人仍然能夠進(jìn)行所有測試形式的思考和推理，他們在各種認(rèn)知任務(wù)中的完整表現(xiàn)就是明證。他們根本無法將這些想法映射到語言表達(dá)上，無論是在語言生成中（他們無法通過語言向他人傳達(dá)自己的想法），還是在理解中（他們無法從他人的單詞和句子中提取意義）（圖 1b）。當(dāng)然，在某些腦損傷病例中，語言能力和（某些）思維能力都可能受到影響，但考慮到語言系統(tǒng)與其他高級認(rèn)知系統(tǒng)的接近性，這是可以預(yù)料的。

尤其是一些聾啞兒童，他們長大后很少或根本沒有接觸過語言，因?yàn)樗麄兟牪灰娬f話，而他們的父母或看護(hù)人不懂手語。缺乏語言接觸會對認(rèn)知的許多方面產(chǎn)生有害影響，這是可以預(yù)料的，因?yàn)檎Z言是了解世界的重要信息來源。盡管如此，語言剝奪的個體無疑表現(xiàn)出復(fù)雜的認(rèn)知功能能力：他們?nèi)匀豢梢詫W(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、進(jìn)行關(guān)系推理、建立因果鏈，并獲得豐富而復(fù)雜的世界知識。換句話說，缺乏語言表征并不會使人從根本上無法進(jìn)行復(fù)雜的（包括符號的）思考，盡管推理的某些方面確實(shí)表現(xiàn)出延遲。因此，在典型的發(fā)展中，語言和推理是平行發(fā)展的。

完整的語言并不意味著完整的思維

以上證據(jù)表明，迄今為止測試的所有類型的思維都可以在沒有語言的情況下實(shí)現(xiàn)。

接下來，論文討論了語言和思維雙重分離的另一面：與語言介導(dǎo)思維的觀點(diǎn)相反，完整的語言系統(tǒng)似乎并不意味著完整的推理能力。

人類語言是由交流壓力塑造的。

來自發(fā)育性和后天性腦部疾病的證據(jù)表明，即使語言能力基本完好，也可能存在智力障礙。

例如，有些遺傳疾病導(dǎo)致智力受損程度不同，但患有這些疾病的人的語言能力似乎接近正常水平；還有一些精神層面有缺陷的人，會影響思考和推理能力，但同樣不會影響語言。最后，許多獲得性腦損傷的個體在推理和解決問題方面表現(xiàn)出困難，但他們的語言能力似乎完好無損。換句話說，擁有完整的語言系統(tǒng)并不意味著自動具備思考能力：即使語言能力完好無損，思考能力也可能受損。

總的來說，這篇論文回顧了過去二十年的相關(guān)工作。失語癥研究的證據(jù)表明：所有經(jīng)過檢驗(yàn)的思維形式在沒有語言的情況下都是可能的。fMRI 成像證據(jù)表明：參與多種形式的思考和推理并不需要語言網(wǎng)絡(luò)。因此，語言不太可能成為任何形式思維的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

MIT 研究得出結(jié)論的同時，頂尖 AI 領(lǐng)域?qū)W者最近也發(fā)表了對大模型發(fā)展的擔(dān)憂。上個星期四 Claude 3.5 的發(fā)布號稱擁有研究生水平的推理能力，提升了行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。不過也有人表示經(jīng)過實(shí)測可見，它仍然具有 Transformer 架構(gòu)的局限性。

對此，圖靈獎獲得者 Yann LeCun 表示，問題不在于 Transformer，而是因?yàn)?Claude 3.5 仍然是一個自回歸大模型。無論架構(gòu)細(xì)節(jié)如何，使用固定數(shù)量的計算步驟來計算每個 token 的自回歸 LLM 都無法進(jìn)行推理。