大脑研究揭示识别物体的数学原理

纽约——从一个一起抢购乐高积木的孩子到一个从你包里拿钱的扒手，我们的大脑有很强的能力去发现新的物体，并想出如何操纵它们。

长期以来，科学家认为大脑可以通过系统地解释视觉和纹理线索(如物体的边缘或边界)来实现这一点。但一项新的研究表明，人类大脑只需要一点点信息和以前的经验，就可以计算出一个新物体的完整心理表征。这些结果有助于解释心理数学，使我们可以很容易地通过触摸来理解新物体的外观，或者简单地通过视觉来感知物体的方式。

这项研究由哥伦比亚大学、剑桥大学和中欧大学的研究人员领导，发表在《eLife》杂志上，显示了大脑快速学习和归纳的天然能力。

“我们的大脑可以通过触摸从许多物体中挑出一个物体——扒手用手指在钱包深处打磨它——这是一种广泛使用的技能，也是我们与世界互动的关键。”丹尼尔沃尔伯特博士说，他是哥伦比亚大学莫蒂默b朱克曼思维、大脑和行为研究所的首席研究员，也是该研究的资深作者之一。"我们最新的研究证明了大脑通过数学推断物体身份的能力。"

大约40年前，科学家试图了解我们如何识别单个物体，提出每个物体的边缘或边界使我们能够区分一个物体和另一个物体。但沃伯特博士和他的团队假设，这种解释不能说明全部，它可能是大脑如何推断周围环境属性的更大、更普遍的原理的一小部分。

剑桥大学计算神经科学教授、中欧大学研究员、该研究的资深作者之一MtLengyel博士说：“我们想知道我们的大脑是否可以用更少的钱做更多的事情。”“也许他们不需要系统地获取和分析边界信息来识别物体，但他们可以通过执行巧妙的统计分析来计算物体的身份，这也包含了记忆和经验。”

Lengyel博士和他的同事们认为，这些“智能统计分析”不仅可以使我们的大脑立即识别出我们以前遇到过的物体，还可以预测我们遇到的新物体的关键属性。

为了测试他们的物体识别假设，研究人员开发了一个简单的电脑游戏，玩家可以在屏幕上以各种组合观看谜题。他们通常很容易就能识别出哪些组合出现得更频繁。

“玩家的大脑能够收集关于谜题对的视觉信息，例如哪些谜题最常被发现，或者看起来最容易分开，”沃伯特博士说，他也是神经科学教授。哥伦比亚大学瓦格洛斯内外科学院。

第二组参与者被给予一个相似的拼图场景。但是他们不是用眼睛来研究哪些棋子是成对的，而是用他们的触觉。科学家称这种识别形式为触觉感知。

玩家抓住安装在机器人设备上的两个手柄，这两个手柄控制着玩家在撕开不同拼图时所受的力。有些组合很容易打开；其他的，更难。

在给两组玩家中的每一组提供视觉或触觉信息后，研究小组交换这些组；视觉组现在使用他们的触觉来评估谜题，而触觉组现在使用他们的视觉感受。

Lengyel博士说，“我们这次交流的结果表明，玩家可以通过两种方式获得他们所学到的东西——无论是视觉还是触觉——并通过其他方式进行推断。”

这些发现挑战了我们的大脑如何提取和理解我们的环境的传统观点。即使面对最少量的源材料——关于两个物体一起出现的频率的少量统计数据，或者需要多大的力量才能将它们拉开——人类大脑也可以做出强有力的推断和联系。

“我们的研究表明，我们的大脑非常擅长从一种形式(如视觉)转变为另一种形式，如触摸，”沃尔伯特博士说。“这可能是因为我们的大脑根据我们以前的经验计算出了对物体行为的统计理解。这项研究进一步揭示了我们大脑进行的计算足够强大，可以实现各种认知功能——无论是掏别人的口袋，还是想象橱窗里皮革钱包的感觉。”

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