Door over een moeilijk probleem te praten, kunnen sommige mensen hun gedachten op een rijtje zetten. Volgens cognitieve neurowetenschappers van het McGovern Institute for Brain Research van het MIT is taal op zich echter niet noodzakelijk voor logisch denken.

In een studie die onlangs is gepubliceerd in het tijdschrift PNAS, ontdekte een team onder leiding van Evelina Fedorenko, universitair hoofddocent hersen- en cognitiewetenschappen aan het MIT, dat mensen problemen die logisch denken vereisen met succes kunnen oplossen, zelfs wanneer hun taalvaardigheid ernstig is aangetast. Beeldvormingstechnieken van de hersenen toonden ook aan dat de hersengebieden die verantwoordelijk zijn voor taalverwerking niet worden geactiveerd tijdens logisch denken.

Zijn taal en denken echt met elkaar verbonden?

Al duizenden jaren debatteren filosofen, taalkundigen en cognitiewetenschappers over de vraag of taal onmisbaar is voor het denken. Velen zijn van mening dat mensen taal gebruiken als hulpmiddel bij het denken. Hope Kean, een postdoctoraal onderzoeker en voormalig fellow bij het K. Lisa Yang Integrative Computational Neuroscience (ICoN) Center in het laboratorium van Fedorenko, zegt dat er aannemelijke redenen zijn om aan te nemen dat taal en logica nauw met elkaar verbonden zouden kunnen zijn. „Abstract denken vertoont kenmerken die sterk lijken op die van taal”, zegt Kean, waarbij ze wijst op structurele overeenkomsten. „Je kunt een gedachte opsplitsen in subcomponenten – als kleine atomen van logische uitspraken – en deze hiërarchisch combineren tot complexere, gestructureerde regels – net zoals in taal.”

Niettemin vermoedden Kean en Fedorenko, die tevens onderzoeker is bij het McGovern Institute, dat de hersenen de communicatie van logisch denken wellicht scheiden van het logisch denken zelf. Mensen zijn sterk afhankelijk van taal wanneer ze een probleem beschrijven, mogelijke oplossingen bespreken of uitleggen hoe ze tot een conclusie zijn gekomen. Het onderliggende proces van logisch denken zou echter op een ander hersensysteem kunnen berusten. „Er zijn aspecten van het denken die sommige grenzen van de taal lijken te overschrijden,” legde Kean uit. Logisch denken vereist vaak een mate van precisie die de alledaagse taal niet biedt. Taal ontvouwt zich ook in een lineaire volgorde, woord voor woord, terwijl het trekken van een logische conclusie wellicht vereist dat meerdere stukjes informatie op een minder lineaire manier worden overwogen.

Logisch denken testen zonder taal

Deze vragen zetten Kean ertoe aan te onderzoeken hoe de hersenen logisch denken daadwerkelijk uitvoeren. Onderzoek naar dit onderwerp is een uitdaging, omdat onderzoekers die met proefpersonen werken doorgaans op taal vertrouwen om taken uit te leggen en antwoorden te verkrijgen. De groep van Fedorenko vond een manier om dit obstakel te omzeilen door samen te werken met Rosemary Varley, een neurowetenschapper aan het University College London die verworven taalstoornissen bestudeert, en haar team.

De onderzoekers bestudeerden twee personen die een beroerte hadden gehad waardoor de hersengebieden die verantwoordelijk zijn voor taalverwerking, waren beschadigd. Beiden hadden aanzienlijke moeite met het begrijpen en produceren van taal. Om logisch denken los van taal te testen, ontwikkelden de onderzoekers logicaspelletjes die gericht waren op getallen en visuele patronen. Bij één taak kregen de deelnemers twee lijsten met getallen te zien en moesten ze de verborgen regel ontdekken waarmee de ene lijst in de andere werd omgezet. Zo’n regel kon bijvoorbeeld bestaan uit het omdraaien van de cijfers of het verwijderen van getallen boven een bepaalde waarde. Nadat ze de regel hadden ontdekt, moesten de deelnemers deze toepassen op nieuwe voorbeelden. In een andere taak kregen de deelnemers een verzameling geometrische patronen te zien. Vervolgens moesten ze het patroon selecteren dat het raster correct aanvulde.

Hoe moeilijker de puzzels werden, hoe duidelijker uit de resultaten bleek dat taal niet noodzakelijk was voor deze vorm van logisch denken. Deelnemers met ernstige taalbeperkingen presteerden net zo goed als een controlegroep. Ze waren zelfs in staat om de regels die ze hadden ontdekt over te brengen via gebaren of schetsen. „Dit zet een theorie die beweert dat symbolische regelinductie onmogelijk is zonder taalvaardigheden, echt op zijn kop“, zegt Kean.

Hersenscans onthullen een scheiding tussen logica en taal

De onderzoekers onderzochten ook wat er in de hersenen van gezonde volwassenen gebeurt terwijl ze logische problemen oplossen. De deelnemers kwamen naar het MIT voor een reeks MRI-scans, waarbij patronen van hersenactiviteit werden geregistreerd terwijl ze verschillende taken uitvoerden. Sommige taken bestonden uit logische puzzels. Andere waren specifiek ontworpen om de taalverwerkingsgebieden van elke deelnemer in kaart te brengen. Een aparte reeks taken bracht het zogenaamde „multiple-demand network“ in kaart – een gedistribueerd hersensysteem dat het oplossen van complexe problemen ondersteunt.

De neurotypische deelnemers losten logische puzzels op die vergelijkbaar waren met die welke aan deelnemers met taalstoornissen werden voorgelegd. Ze werkten ook problemen uit die syllogistisch redeneren vereisten. Bij deze taken werd gebruikgemaakt van ‘als-dan’-uitspraken, zoals: ‘Als de bal rood is, dan is hij groot. De bal is rood. Is de bal groot?’ De onderzoekers pasten de moeilijkheidsgraad van de puzzels aan om te bepalen welke hersengebieden actiever werden naarmate de cognitieve inspanning toenam. Ze vergeleken ook de hersenactiviteit wanneer deelnemers een verborgen regel moesten ontdekken met de activiteit wanneer ze simpelweg een reeds gegeven regel toepasten.

De scans brachten een duidelijk onderscheid tussen taal en logica aan het licht. Het taalsysteem van de hersenen werd niet geactiveerd tijdens inductief redeneren (wanneer deelnemers verborgen regels identificeerden) of tijdens deductief redeneren (wanneer ze de geldigheid van syllogistische gevolgtrekkingen beoordeelden). De bevindingen met betrekking tot het ‘multiple-demand network’ waren onverwachter. Wetenschappers hadden vermoed dat dit netwerk een belangrijke rol zou spelen bij logisch denken. Hoewel het actief werd tijdens inductief redeneren, leek het niet betrokken te zijn bij deductief redeneren. Kean onderzoekt deze bevinding verder in haar lopende onderzoek. Voor Fedorenko en Kean leveren de resultaten sterk bewijs dat taal en logica gebaseerd zijn op verschillende systemen in de hersenen. De resultaten bouwen ook voort op eerder werk uit het lab van Fedorenko, waaruit bleek dat andere vormen van denken – waaronder het categoriseren van objecten en sociaal denken – niet afhankelijk zijn van taal.

Welke rol speelt de biologische klok bij het denken?

Tegelijkertijd roepen de resultaten een interessante vraag op voor de chronobiologie: als logisch denken onafhankelijk van taal plaatsvindt in zijn eigen hersennetwerken, zou de prestatie ervan ook beïnvloed kunnen worden door de biologische klok. Aandacht, concentratie en cognitieve prestaties zijn onderhevig aan natuurlijke schommelingen gedurende de dag en worden onder andere beïnvloed door de slaap-waakcyclus, hormonen zoals melatonine en cortisol, en het chronotype van een individu. Mensen kunnen daarom, afhankelijk van het tijdstip van de dag, anders presteren, ook al blijven hun fundamentele vaardigheden onveranderd. In de huidige studie is deze tijdsgebonden invloed niet onderzocht. Toekomstig onderzoek zou echter kunnen uitwijzen of de hersennetwerken die verantwoordelijk zijn voor logisch denken ook onderhevig zijn aan bepaalde dagelijkse schommelingen en of complexe denktaken op bepaalde tijdstippen gemakkelijker of efficiënter kunnen worden uitgevoerd.

Wat de resultaten betekenen voor afasie

Dit onderzoek zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor hoe mensen verworven taalstoornissen, zoals afasie, begrijpen. Professionals die met mensen met afasie werken, weten al lang dat het verlies van taalvaardigheden niet hetzelfde is als een verlies van intelligentie. Iemand met afasie kan nog steeds plezier beleven aan schaken, het oplossen van sudoku-puzzels of het beheren van de gezinsfinanciën. Toch interpreteren sommige mensen communicatieproblemen ten onrechte als tekenen van cognitieve problemen.

„Dit onderzoek draagt bij aan een groeiend aantal studies die aantonen dat zelfs mensen met ernstige afasie hun vermogen tot abstract logisch denken kunnen behouden – een kenmerk van onze soort”, aldus Fedorenko. „We moeten het publiek blijven voorlichten dat taalproblemen – of deze nu het gevolg zijn van afasie, spraak- en taalstoornissen zoals stotteren, of het feit dat iemands moedertaal niet het Engels is – geen indicatie zijn van iemands intelligentie of bekwaamheid.”

Een mogelijk inzicht voor kunstmatige intelligentie

De bevindingen kunnen ook implicaties hebben voor kunstmatige intelligentie. Grote taalmodellen zoals ChatGPT en Claude worden uitsluitend getraind op tekst en geven tekst als resultaat weer, maar toch kunnen ze bepaalde vormen van menselijk denken overtuigend simuleren.

Het menselijk brein lijkt anders te functioneren. Bij mensen zijn taal en abstract logisch denken afzonderlijke processen. Volgens Kean zou onderzoek naar de verschillen tussen menselijk denken en de werking van grote taalmodellen nuttige inzichten kunnen opleveren voor de ontwikkeling van toekomstige AI-systemen.

Een nauwkeurig begrip van hoe het menselijk brein conclusies trekt, blijft een open onderzoeksgebied. Kean beschrijft het als een nieuwe grens in de geografie van het denken – en een die ze graag wil verkennen.