Omówienie trudnego problemu może pomóc niektórym osobom uporządkować myśli. Jednak według neurobiologów kognitywnych z Instytutu Badań nad Mózgiem im. McGovern’a przy MIT sam język nie jest niezbędny do logicznego myślenia.

W badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie „PNAS” zespół kierowany przez Evelinę Fedorenko, profesor nadzwyczajną nauk o mózgu i kognitywistyki na MIT, odkrył, że ludzie potrafią z powodzeniem rozwiązywać problemy wymagające logicznego myślenia, nawet gdy ich umiejętności językowe są poważnie upośledzone. Techniki obrazowania mózgu wykazały również, że obszary odpowiedzialne za przetwarzanie języka nie są aktywowane podczas logicznego myślenia.

Czy język i myślenie są naprawdę powiązane?

Od tysiącleci filozofowie, lingwiści i kognitywiści debatują nad tym, czy język jest niezbędny do myślenia. Wielu uważa, że ludzie używają języka jako narzędzia do myślenia. Hope Kean, doktorantka i była stypendystka w Centrum Integratywnej Neurobiologii Obliczeniowej im. K. Lisy Yang (ICoN) w laboratorium Fedorenko, twierdzi, że istnieją uzasadnione powody, by sądzić, iż język i logika mogą być ze sobą ściśle powiązane. „Myślenie abstrakcyjne wykazuje cechy bardzo podobne do języka” – mówi Kean, wskazując na podobieństwa strukturalne. „Można rozłożyć myśl na podelementy – niczym maleńkie atomy twierdzeń logicznych – i łączyć je hierarchicznie, tworząc bardziej złożone, ustrukturyzowane reguły – podobnie jak w języku”.

Niemniej jednak Kean i Fedorenko, który jest również badaczem w Instytucie McGovern, podejrzewali, że mózg może oddzielać komunikację związaną z myśleniem logicznym od samego myślenia logicznego. Ludzie w dużym stopniu polegają na języku, gdy opisują problem, omawiają możliwe rozwiązania lub wyjaśniają, w jaki sposób doszli do wniosku. Jednak proces leżący u podstaw myślenia logicznego może zależeć od innego systemu mózgowego. „Istnieją aspekty myślenia, które wydają się wykraczać poza niektóre ograniczenia języka” – wyjaśnił Kean. Myślenie logiczne często wymaga poziomu precyzji, którego język potoczny nie zapewnia. Język rozwija się również w sekwencji liniowej, jedno słowo po drugim, podczas gdy dojście do logicznego wniosku może wymagać uwzględnienia wielu informacji w sposób mniej liniowy.

Badanie myślenia logicznego bez użycia języka

Te pytania skłoniły Keana do zbadania, w jaki sposób mózg faktycznie realizuje myślenie logiczne. Badania nad tym tematem stanowią wyzwanie, ponieważ naukowcy pracujący z ludźmi zazwyczaj polegają na języku, aby wyjaśnić zadania i uzyskać odpowiedzi. Grupa Fedorenko znalazła sposób na obejście tej przeszkody, współpracując z Rosemary Varley, neurobiologiem z University College London zajmującym się nabytymi zaburzeniami językowymi, oraz jej zespołem.

Naukowcy przebadali dwie osoby, które doznały udaru mózgu, który uszkodził obszary mózgu odpowiedzialne za przetwarzanie języka. Obie osoby miały znaczne trudności ze zrozumieniem i wypowiadaniem się. Aby zbadać myślenie logiczne niezależnie od języka, naukowcy opracowali gry logiczne skupiające się na liczbach i wzorach wizualnych. W jednym z zadań uczestnikom pokazano dwie listy liczb i musieli oni zidentyfikować ukrytą regułę, zgodnie z którą jedna lista przekształcała się w drugą. Taka reguła mogła na przykład polegać na odwróceniu cyfr lub usunięciu liczb powyżej określonej wartości. Po zidentyfikowaniu reguły uczestnicy musieli zastosować ją do nowych przykładów. W innym zadaniu uczestnikom przedstawiono zbiór wzorów geometrycznych. Następnie musieli wybrać wzór, który poprawnie uzupełniał siatkę.

Im trudniejsze stawały się łamigłówki, tym wyraźniej wyniki wskazywały, że język nie jest niezbędny do tej formy myślenia logicznego. Uczestnicy z poważnymi zaburzeniami mowy radzili sobie równie dobrze jak grupa kontrolna. Byli nawet w stanie przekazać odkryte przez siebie reguły za pomocą gestów lub szkiców. „To naprawdę podważa teorię, zgodnie z którą indukcja reguł symbolicznych jest niemożliwa bez umiejętności językowych” – mówi Kean.

Skany mózgu ujawniają rozdzielenie logiki od języka

Naukowcy zbadali również, co dzieje się w mózgach zdrowych osób dorosłych podczas rozwiązywania zadań logicznych. Uczestnicy przybyli do MIT na serię badań MRI, podczas których rejestrowano wzorce aktywności mózgu w trakcie wykonywania różnych zadań. Niektóre zadania polegały na rozwiązywaniu łamigłówek logicznych. Inne zostały specjalnie zaprojektowane w celu zidentyfikowania obszarów mózgu odpowiedzialnych za przetwarzanie języka u każdego z uczestników. Osobny zestaw zadań służył do mapowania tak zwanej „sieci wielozadaniowej” – rozproszonego systemu mózgowego, który wspiera rozwiązywanie złożonych problemów.

Uczestnicy neurotypowi rozwiązywali zagadki logiczne podobne do tych przedstawionych uczestnikom z zaburzeniami językowymi. Rozwiązywali również zadania wymagające rozumowania sylogistycznego. Zadania te wykorzystywały zdania typu „jeśli-to”, takie jak: „Jeśli piłka jest czerwona, to jest duża. Piłka jest czerwona. Czy piłka jest duża?”. Naukowcy dostosowali poziom trudności zagadek, aby określić, które obszary mózgu wykazywały zwiększoną aktywność wraz ze wzrostem wysiłku poznawczego. Porównali również aktywność mózgu w sytuacji, gdy uczestnicy musieli odkryć ukrytą regułę, z aktywnością występującą podczas prostego stosowania reguły, która została im wcześniej podana.

Skany ujawniły wyraźne rozróżnienie między językiem a logiką. System językowy mózgu nie był aktywowany podczas rozumowania indukcyjnego (gdy uczestnicy identyfikowali ukryte reguły) ani podczas rozumowania dedukcyjnego (gdy oceniali słuszność wniosków sylogistycznych). Wyniki dotyczące „sieci wielozadaniowej” były bardziej nieoczekiwane. Naukowcy podejrzewali, że sieć ta odgrywa ważną rolę w myśleniu logicznym. Chociaż uaktywniała się ona podczas rozumowania indukcyjnego, nie wydawała się być zaangażowana w rozumowanie dedukcyjne. Kean bada tę kwestię bardziej szczegółowo w ramach swoich bieżących badań. Dla Fedorenko i Kean wyniki te stanowią mocny dowód na to, że język i logika opierają się na różnych systemach w mózgu. Wyniki te nawiązują również do wcześniejszych prac z laboratorium Fedorenko, które wykazały, że inne formy myślenia – w tym kategoryzacja obiektów i myślenie społeczne – nie zależą od języka.

Jaką rolę w myśleniu odgrywa zegar biologiczny?

Jednocześnie wyniki te rodzą interesujące pytanie dla chronobiologii: jeśli myślenie logiczne zachodzi niezależnie od języka w odrębnych sieciach mózgowych, na jego wydajność mógłby również wpływać zegar biologiczny. Uwaga, koncentracja i sprawność poznawcza podlegają naturalnym wahaniom w ciągu dnia i są pod wpływem, między innymi, cyklu snu i czuwania, hormonów takich jak melatonina i kortyzol oraz chronotypu danej osoby. Ludzie mogą zatem osiągać różne wyniki w zależności od pory dnia, nawet jeśli ich podstawowe zdolności pozostają niezmienne. W niniejszym badaniu nie analizowano tego wpływu czynnika czasowego. Jednak przyszłe badania mogłyby wyjaśnić, czy sieci mózgowe odpowiedzialne za myślenie logiczne również podlegają pewnym wahaniom dobowym oraz czy złożone zadania myślowe można wykonywać łatwiej lub wydajniej o określonych porach.

Co wyniki oznaczają dla afazji

Badania te mogą mieć istotne implikacje dla sposobu postrzegania nabytych zaburzeń językowych, takich jak afazja. Specjaliści pracujący z osobami cierpiącymi na afazję od dawna wiedzą, że utrata umiejętności językowych nie jest równoznaczna z utratą inteligencji. Osoba z afazją może nadal czerpać przyjemność z gry w szachy, rozwiązywania sudoku lub zarządzania finansami rodzinnymi. Niemniej jednak niektórzy błędnie interpretują trudności w komunikacji jako oznaki problemów poznawczych.

„Badania te stanowią kolejny wkład w rosnącą liczbę prac pokazujących, że nawet osoby z ciężką afazją mogą zachować zdolność do abstrakcyjnego myślenia logicznego – cechę charakterystyczną naszego gatunku” – powiedział Fedorenko. „Powinniśmy nadal edukować społeczeństwo, że trudności językowe – czy to spowodowane afazją, zaburzeniami mowy i języka, takimi jak jąkanie, czy też wynikające z faktu, że językiem ojczystym danej osoby nie jest angielski – nie są wyznacznikiem inteligencji ani zdolności danej osoby”.

Potencjalne wnioski dla sztucznej inteligencji

Wyniki badań mogą mieć również znaczenie dla sztucznej inteligencji. Duże modele językowe, takie jak ChatGPT i Claude, są trenowane wyłącznie na tekście i generują tekst jako wyniki, a mimo to potrafią przekonująco symulować pewne formy ludzkiego myślenia.

Ludzki mózg wydaje się funkcjonować inaczej. U ludzi język i abstrakcyjne myślenie logiczne to odrębne procesy. Według Kean badanie różnic między ludzkim myśleniem a sposobem działania dużych modeli językowych może dostarczyć przydatnych spostrzeżeń dla rozwoju przyszłych systemów sztucznej inteligencji.

Dokładne zrozumienie tego, w jaki sposób ludzki mózg wyciąga wnioski, pozostaje otwartym obszarem badań. Kean opisuje to jako nową granicę w geografii myśli – i taką, którą chętnie zamierza zbadać.