韩研究团队：“人类和动物的数量感知能力是先天的”

Published 07 Aug.2023 11:35(KST)

KAIST研究团队：
阐明先天数量比较能力自发形成原理

有研究结果指出，人类和动物对数字进行把握和比较的能力，并非后天学习所得，而是根据大脑神经网络结构先天赋予的功能。

韩国科学技术院（KAIST）7日表示，脑认知科学系教授 Baek Seebeom 研究团队阐明了大脑中发现的先天性数量比较能力如何自发形成的原理。

比较给定事物数量的功能，是人类和动物生存所必需的能力。在动物群体间争斗、狩猎、采集食物等诸多情境中，动物必须根据给定变量的数量比例或差异来改变其决策和行为。通过对未经历学习的幼年个体行为的观察，有舆论认为数量比较能力可能是大脑的先天功能，但关于这一能力在没有学习的情况下如何产生的原理，迄今尚未得到解释。

研究团队利用仿脑人工神经网络模型，证明了在完全未经过学习的深度神经网络结构中，视觉数量比例及差异信息的认知功能可以自发产生。研究团队还解释称，用于比较两种数量的比例和差异这两类不同信息的功能，可以从一个共同的生成原理中派生出来。

研究团队首先在完全未经过学习的神经网络中，发现了对两种数量的比例和差异选择性反应的单个神经元会自发产生。当向初始化的深度神经网络输入具有各种比例或差异的视觉数量信息时，研究人员发现了大量对此选择性反应的神经元。此外，通过这些神经元测得的神经活动与真实动物实验中观测到的神经活动特性极为相似。研究团队利用这一点，确认了可以在相当大程度上再现迄今为止被报道的动物数量比较行为特性。

同时，研究团队还通过计算神经科学模型，对数量比较功能神经元回路结构的生成原理进行了说明和验证。研究人员分析了在神经网络中发现的比例/差异选择性神经元的特征性连接结构，证明了针对特定数值的选择性可以通过神经网络下位层中自发产生的单调增加、单调减少型神经活动的组合形成。此外，研究团队还确认，根据这些神经活动在增加或减少时所呈现的非线性类型不同，相应神经元可以分别分化为感知数量比例或数量差异的神经元。

Baek 教授表示：“本研究表明，人们原以为需要相当程度学习过程的大脑数量认知、比较与运算功能，实际上可以在完全未经历任何学习的初始大脑结构中自发产生。这一结果提示，各种先天性高级认知功能可以从发生早期神经网络的结构和物理特性中涌现，不仅对脑神经科学研究，而且对新概念人工智能研究，都具有重要的方向性意义。”