你大腦中的電子遊戲引擎

科學家利用電子遊戲來解釋大腦如何解讀我們周圍的世界。

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多年來,物理學家和工程師一直在構建物理學的計算機模擬,以便了解世界上物體的行為。想看看一座橋在地震中是否穩定?將其輸入模擬中,應用地震動力學,看看會發生什麼。

最近,著名的《美國國家科學院院刊》發表了麻省理工學院心理學家(和我的實驗室同事)彼得·巴塔利亞 (Peter Battaglia)傑西卡·哈姆裡克 (Jessica Hamrick)約書亞·特南鮑姆 (Joshua Tenenbaum)的研究,他們認為所有人類在試圖理解或預測物理世界時都做了大致相同的事情。主要區別在於,我們在大腦中而不是在數字計算機中執行模擬,但基本演算法大致相同。類比很深入:為了模擬人類關於物理世界的推理,研究人員實際上使用了一個開源計算機遊戲物理引擎——該軟體將物理定律應用於電子遊戲中的物體,以使其真實地互動(想想《憤怒的小鳥》)。

巴塔利亞和同事發現,他們基於電子遊戲的計算機模型比任何先前的理論都更匹配人類的物理推理。作者要求人們對物理世界做出一些預測:積木塔是否會站立或倒塌,它會向哪個方向倒塌,以及最遠落下的積木會落在哪裡;如果桌子被碰到,哪個物體最有可能從桌子上掉下來;等等。在每種情況下,人類的判斷都與計算機模擬的預測非常匹配……但不一定與實際世界匹配,這才是有趣的地方。

一座積木塔(或橋樑等)是否會倒塌取決於其確切的尺寸和每個積木的確切位置,可能精確到毫米。但是,人類無法僅憑觀察就判斷每個積木的尺寸和位置,精確到毫米。這就是我們發明尺子的原因。相反,我們知道每個積木有多大以及它在哪裡大約。如果模擬給出了積木的確切座標,則它可以相當好地預測人類的判斷,但遠非完美。如果模擬給出近似座標,考慮到人類的不確定性,則它與實際世界的匹配度較低,但與人類的判斷非常匹配。

事後看來,當我們對物理世界做出預測時——地震期間塔樓或書架上的書會發生什麼——我們查詢真實世界的內部虛擬模擬,這似乎是直觀的,但這代表了與先前科學思維的巨大背離。許多科學家認為我們使用經驗法則來預測我們周圍的世界。
 
作為一種理論,經驗法則的解釋似乎是失敗的:巴塔利亞和同事測試了許多合理的經驗法則。例如,也許我們基於塔的高度或質心來猜測積木塔是否會倒塌。沒有一項經驗法則能像模擬解釋那樣好。更糟糕的是,經驗法則必須針對問題量身定製:積木塔場景的啟發式方法對於桌子碰撞場景毫無用處。相反,模擬是通用的。

但這留下了一個問題,即模擬解釋是否合理。畢竟,如果我們的大腦中已經有一個物理模擬器,為什麼科學家必須發現物理定律,以及為什麼我們必須在學校學習物理(或根本不學)?部分答案可能在於內隱知識和外顯知識之間的區別。鳥不必能夠教授關於空氣動力學的大學課程才能飛行,我們也不必瞭解生物物理學才能行走,或者瞭解神經科學才能思考。

您是專門研究神經科學、認知科學或心理學的科學家嗎?您是否閱讀過最近的同行評審論文,並想對此進行撰寫?請將建議傳送給《心智問題》編輯加雷思·庫克 (Gareth Cook),他是一位普利策獎獲獎記者,也是 NewYorker.com 的定期撰稿人。加雷思還是《美國最佳資訊圖》系列的編輯,可透過 garethideas AT gmail.com 或 Twitter@garethideas聯絡他。

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