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【腦客中國(guó)·科研】呂柄江:人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人腦中的語(yǔ)言表征與加工

時(shí)間:2024/03/26 編輯:瀚翔腦科學(xué) 瀏覽數(shù):6570



2024年3月20日晚20點(diǎn),昌平實(shí)驗(yàn)室呂柄江研究員作為腦客中國(guó)科研第137位講者為大家?guī)?lái)主題為《人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人腦中的語(yǔ)言表征與加工》的報(bào)告。以下內(nèi)容節(jié)選自直播視頻:





大家好,我是呂柄江,今天很高興在這里和大家分享我做的一點(diǎn)工作。我們知道語(yǔ)言作為人類特有的高級(jí)認(rèn)知功能,是我們思考和交流最重要的工具。


我們通過(guò)使用語(yǔ)言,能夠?qū)崿F(xiàn)知識(shí)和信息穿越時(shí)空的延續(xù)、傳遞和積累。‘我們的大腦是如何理解語(yǔ)言的?’是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域持續(xù)關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。


我們知道近年來(lái),人工智能的大語(yǔ)言模型的飛速發(fā)展,給我們的生活帶來(lái)了非常多的便利。與此同時(shí),這些大語(yǔ)言模型也為我們研究大腦如何表征和加工語(yǔ)言提供了新的工具。今天在這里我就想跟大家分享我在這方面做的一些工作。



1、Structure dependence



今天的分享我想首先從一個(gè)采訪開(kāi)始。畫(huà)面左邊的是主持人,右邊的這位長(zhǎng)者叫做Noam Chomsky。他可以說(shuō)是過(guò)去幾十年甚至一個(gè)世紀(jì)以來(lái)最偉大的認(rèn)知科學(xué)家和語(yǔ)言學(xué)家。他最著名的理論就是他提出的語(yǔ)言加工的結(jié)構(gòu)化表征。他憑一己之力對(duì)語(yǔ)言學(xué)研究帶來(lái)了革命性的推動(dòng)及發(fā)展。


在這個(gè)采訪里面,這個(gè)主持人問(wèn)Chomsky:“你在研究語(yǔ)言,跟認(rèn)知科學(xué)打交道一輩子的時(shí)間中,你覺(jué)得你研究語(yǔ)言,發(fā)現(xiàn)語(yǔ)言最重要或者是最深刻的一個(gè)特性是什么? ”




Chomsky回答道:“我覺(jué)得語(yǔ)言最深刻的特性叫做structure dependence。”也就是結(jié)構(gòu)依賴。他通過(guò)一句話“The guy who fixed the car carefully packed his tools”來(lái)進(jìn)行解釋。在這句話中,里面標(biāo)黃的副詞‘carefully’,修飾的是‘packed’這個(gè)詞。兩個(gè)詞離得非常近,我們?cè)谡暇渥右馑紩r(shí),會(huì)把兩個(gè)詞整合在一起,理解為“小心翼翼地打包”。



而如果我們把這個(gè)副詞‘carefully’放到句子的最前面,就是‘Carefully the guy who fixed the car packed his tools’。即使在兩個(gè)詞離得很遠(yuǎn)的情況下,當(dāng)我們逐字聽(tīng)到這句話時(shí),首先聽(tīng)到了‘carefully’,一段時(shí)間后才聽(tīng)到‘packed’,但是我們大腦會(huì)不由自主地把‘carefully’和‘packed’結(jié)合在一起。 



這其實(shí)是一個(gè)非常神奇的現(xiàn)象,盡管這兩個(gè)詞在我們的語(yǔ)音信號(hào)中離得很遠(yuǎn),但是我們?cè)诖竽X加工時(shí),不知道為什么我們的大腦居然會(huì)把離得很遠(yuǎn)的兩個(gè)詞快速自動(dòng)的合并在一起,從而形成一個(gè)可以理解的意思。


甚至當(dāng)這句話它意義上是講不通的。比如說(shuō)他又舉了一個(gè)例子,“Carefully the guy who fixed the car is tall,這里面我們還是嘗試會(huì)把‘carefully’和‘is tall’合在一起。雖然我們知道‘carefully’和這個(gè)人‘is tall’是完全沒(méi)有關(guān)系的。但是我們大腦會(huì)傾向于把‘carefully’這個(gè)副詞和后面的‘is tall’結(jié)合在一起。


這是為什么呢?根據(jù)Chomsky的理論,這樣的一句話我們可以根據(jù)句法進(jìn)行展開(kāi)。我們看第二句話,雖然‘carefully’和‘packed’之間隔了‘the gap fixed car’,但是如果我們把它展開(kāi)作為一個(gè)語(yǔ)法樹(shù)的話,我們就可以看到它是有層級(jí)結(jié)構(gòu)的。在這里面我們可以看到‘carefully’和‘packed’這兩個(gè)詞它在結(jié)構(gòu)上是相近的。



也就是說(shuō)我們?cè)诼?tīng)到這個(gè)句子時(shí),我們大腦會(huì)自動(dòng)的逐字構(gòu)建這樣一個(gè)結(jié)構(gòu),然后會(huì)根據(jù)這個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)我們聽(tīng)到的內(nèi)容進(jìn)行理解,把該合并在一起的詞合并在一起,從而理解說(shuō)話人的意圖。


這個(gè)現(xiàn)象或者說(shuō)規(guī)律并不只是對(duì)英語(yǔ)成立的,對(duì)我們中文及所有語(yǔ)言都是成立的。 比如說(shuō)這句話,“他在實(shí)驗(yàn)室看了一整天的動(dòng)畫(huà)片”。我們?cè)诶斫膺@句話的時(shí)候,會(huì)把看和動(dòng)畫(huà)片緊密的關(guān)聯(lián)在一起,看動(dòng)畫(huà)片的動(dòng)作是自然而然的就在我們大腦中出現(xiàn)的。 雖然兩者之間還隔了“一整天的”這樣一段語(yǔ)音,但是我們的大腦還是能夠自然而然的把看和動(dòng)畫(huà)片整合在一起。原因就像剛才的英語(yǔ)句子一樣,在這個(gè)中文例子的句法樹(shù)結(jié)構(gòu)中,看和動(dòng)畫(huà)片是更為接近的。



2、Contextualized meaning


除了有結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)之外,語(yǔ)言另外一個(gè)比較顯著的特點(diǎn)就叫做這個(gè)Contextualized meaning。 就是我們對(duì)一個(gè)詞,對(duì)一個(gè)概念的理解是有特定語(yǔ)境限制的。


具體的我們可以看下圖這樣一句話,里面有兩個(gè)bank。 第一個(gè)bank它的意思是銀行,第二個(gè)bank是河岸。不管是在中文還是在英文里面,很多詞都有多個(gè)語(yǔ)義。在我們理解它時(shí),具體應(yīng)該選哪個(gè)語(yǔ)義就取決于它所在的語(yǔ)境。比如說(shuō)第一個(gè)bank,它是bank of london,就是倫敦銀行,我們就選擇它作為銀行的意思。 第二個(gè)是泰晤士河河畔,那它就是河岸的意思。



同樣的,在中文里面也有類似的現(xiàn)象。 比如說(shuō)這句話,“那個(gè)帶著老花鏡的花匠花了一天時(shí)間修剪盆栽。”這句話里面有三個(gè)花,但是意思卻完全不一樣。第一個(gè)花是形容詞, 第二個(gè)花是名詞,第三個(gè)花則是一個(gè)動(dòng)詞。



雖然存在不同的意思,但是我們?cè)诶斫獾臅r(shí)候其實(shí)非常自然,不需要去刻意的想他有什么意思。當(dāng)在這個(gè)語(yǔ)境中聽(tīng)到了這個(gè)字時(shí),我們大腦會(huì)非常快的自然而然的找到它最合適的解釋,然后把它跟其他的詞整合在一起。


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