纽约大学学者:几何认知基础或源自导航系统,人类与多种动物共享

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关于几何如何被理解与习得的讨论可追溯至柏拉图时代。纽约大学心理学教授莫伊拉·迪伦(Moira Dillon)近期在《认知科学趋势》(Trends in Cognitive Sciences)发表分析文章提出,几何认知的基础可能并非源自大脑中内置、且仅人类具备的“数学模块”,而是与导航和回家路径相关的同一类认知系统;这一基础在人类与多种动物(包括老鼠、鸡和鱼)之间可能是共享的。

迪伦在文中表示,人类进行几何思考的能力或许来自帮助人类及动物定位与导航的认知机制,“对几何的理解很可能源自漫游,而非练习册”。她指出,尽管柏拉图以及后来的笛卡尔、康德都曾讨论几何的起源及认知在其中的作用,但直到20世纪后半叶,科学界才开始通过实验检验几何如何被学习。

文章回顾称,部分较有影响力的观点将几何的认知起源与“思维语言”假说的某些版本联系起来:心智中存在多种形式系统或心理“语言”,帮助人类在数学、音乐等被视为人类独有的领域取得进展。在这一框架下,有研究提出一种面向欧几里得几何的心理语言,认为“平行”“垂直”等基本概念自出生起就嵌入人类心智,并在此基础上发展出更复杂的几何理解。

不过,迪伦基于数十年的相关研究提出不同解释。她认为,几何理解的基础更可能根植于类似导航的心理过程,这些过程在人类与动物中普遍存在,但只能近似反映欧几里得几何的部分性质,而非完整呈现其本质。她将这一观点概括为“几何的漫游者假说”。

迪伦在文中写道,即便从未学习过角度或三角形等概念的动物,也能进行高效导航,并在脑海中模拟导航以规划路线;婴儿似乎也能理解距离、方向和形状的某些内容。她并提及其团队在2023年的一项研究发现,婴儿在某些认知任务中的表现甚至优于人工智能。她认为,这些能力依赖于能够捕捉欧几里得几何部分但非全部性质的几何知识。

在讨论“人类与其他动物的差异”时,迪伦将关键因素指向自然语言。她认为,区别不在于一种专门的几何“心理语言”,而在于日常语言使人类能够调用用于导航的几何知识,并以新的方式加以使用,例如在不实际移动的情况下在脑海中解决几何问题。她将这种能力描述为语言带来的“心理漫游”。

该文还综合考察了跨文化背景下成人与儿童学习几何、感知形状的研究,汇总了人类与动物在空间感知与导航方面的实验结果,并提及谷歌DeepMind的AlphaGeometry等人工智能系统的设计。迪伦在回顾中总结称,人类学习几何的能力可能起源于进化遗传的、类似导航的心理过程,而其进一步转化与发展与人类具备语言能力有关。


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