Att prata igenom ett svårt problem kan hjälpa vissa människor att ordna sina tankar. Enligt kognitiva neuroforskare vid MIT:s McGovern Institute for Brain Research är dock språket i sig inte nödvändigt för logiskt tänkande.

I en studie som nyligen publicerades i tidskriften PNAS fann ett team under ledning av Evelina Fedorenko, docent i hjärn- och kognitionsvetenskap vid MIT, att människor framgångsrikt kan lösa problem som kräver logiskt tänkande även när deras språkkunskaper är kraftigt nedsatta. Hjärnavbildningstekniker visade också att de områden som ansvarar för språkbearbetning inte aktiveras under logiskt tänkande.

Är språk och tänkande verkligen kopplade till varandra?

I årtusenden har filosofer, lingvister och kognitionsforskare debatterat om språket är oumbärligt för tänkandet. Många anser att människor använder språket som ett verktyg för att tänka. Hope Kean, postdoktorand och tidigare stipendiat vid K. Lisa Yang Integrative Computational Neuroscience (ICoN) Center i Fedorenkos laboratorium, säger att det finns rimliga skäl att tro att språk och logik kan vara nära kopplade till varandra. ”Abstrakt tänkande uppvisar egenskaper som är mycket liknande språkets”, säger Kean och pekar på strukturella likheter. ”Man kan bryta ner en tanke i delkomponenter – som små atomer av logiska påståenden – och kombinera dem hierarkiskt för att bilda mer komplexa strukturerade regler – precis som i språket.”

Trots detta misstänkte Kean och Fedorenko, som också är forskare vid McGovern Institute, att hjärnan kanske skiljer kommunikationen av logiskt tänkande från det logiska tänkandet i sig. Människor förlitar sig i hög grad på språket när de beskriver ett problem, diskuterar möjliga lösningar eller förklarar hur de kom fram till en slutsats. Den underliggande processen för logiskt tänkande kan dock bero på ett annat system i hjärnan. ”Det finns aspekter av tänkandet som verkar gå utöver vissa av språkets gränser”, förklarade Kean. Logiskt tänkande kräver ofta en precision som vardagsspråket inte kan erbjuda. Språket utvecklas också i en linjär sekvens, ett ord i taget, medan det för att nå en logisk slutsats kan krävas att man beaktar flera bitar av information på ett sätt som är mindre linjärt.

Att testa logiskt tänkande utan språk

Dessa frågor fick Kean att undersöka hur hjärnan egentligen utför logiskt tänkande. Att forska inom detta ämne är utmanande eftersom forskare som arbetar med mänskliga försökspersoner vanligtvis förlitar sig på språk för att förklara uppgifter och få svar. Fedorenkos grupp fann ett sätt att kringgå detta hinder genom att samarbeta med Rosemary Varley, en neurovetenskapsforskare vid University College London som studerar förvärvade språkstörningar, och hennes team.

Forskarna studerade två personer som hade drabbats av en stroke som skadat de delar av hjärnan som ansvarar för språkbearbetning. Båda hade stora svårigheter att förstå och producera språk. För att testa logiskt tänkande oberoende av språk utvecklade forskarna logikspel som fokuserade på siffror och visuella mönster. I en uppgift visades deltagarna två listor med siffror och de skulle identifiera den dolda regeln enligt vilken den ena listan omvandlades till den andra. En sådan regel kunde till exempel innebära att siffrorna vändes om eller att siffror över ett visst värde togs bort. Efter att ha identifierat regeln skulle deltagarna tillämpa den på nya exempel. I en annan uppgift fick deltagarna se en samling geometriska mönster. De skulle sedan välja det mönster som korrekt kompletterade rutnätet.

Ju svårare pusslen blev, desto tydligare visade resultaten att språk inte var nödvändigt för denna form av logiskt tänkande. Deltagare med svåra språkstörningar presterade lika bra som en kontrollgrupp. De kunde till och med kommunicera de regler de hade upptäckt genom gester eller skisser. ”Detta vänder verkligen upp och ner på en teori som hävdar att symbolisk regelinduktion är omöjlig utan språkliga färdigheter”, säger Kean.

Hjärnskanningar avslöjar en åtskillnad mellan logik och språk

Forskarna undersökte också vad som händer i hjärnan hos friska vuxna när de löser logiska problem. Deltagarna kom till MIT för en serie MR-undersökningar, där mönster av hjärnaktivitet registrerades medan de utförde olika uppgifter. Vissa uppgifter bestod av logiska pussel. Andra var specifikt utformade för att identifiera varje deltagares språkbearbetningsområden. En separat uppsättning uppgifter kartlade det så kallade ”multiple-demand network” – ett distribuerat hjärnsystem som stöder lösningen av komplexa problem.

De neurotypiska deltagarna löste logiska pussel som liknade dem som presenterades för deltagare med språkstörningar. De arbetade också med problem som krävde syllogistiskt resonemang. Dessa uppgifter använde ”om-då”-påståenden som ”Om bollen är röd, då är den stor. Bollen är röd. Är bollen stor?” Forskarna justerade svårighetsgraden på pusslen för att avgöra vilka områden i hjärnan som blev mer aktiva när den kognitiva ansträngningen ökade. De jämförde också hjärnaktiviteten när deltagarna var tvungna att upptäcka en dold regel med aktiviteten när de helt enkelt tillämpade en regel som redan hade givits.

Skanningarna visade en tydlig skillnad mellan språk och logik. Hjärnans språksystem aktiverades inte under induktivt resonemang (när deltagarna identifierade dolda regler) eller under deduktivt resonemang (när de utvärderade giltigheten hos syllogistiska slutsatser). Resultaten rörande det så kallade ”multiple-demand network” var mer oväntade. Forskarna hade misstänkt att detta nätverk skulle spela en viktig roll i det logiska tänkandet. Även om det blev aktivt under induktivt resonemang verkade det inte vara inblandat i deduktivt resonemang. Kean undersöker detta fynd ytterligare i sin pågående forskning. För Fedorenko och Kean utgör resultaten starka belägg för att språk och logik bygger på olika system i hjärnan. Resultaten bygger också vidare på tidigare arbete från Fedorenkos laboratorium, som visade att andra former av tänkande – däribland objektkategorisering och socialt tänkande – inte är beroende av språk.

Vilken roll spelar den inre klockan i tänkandet?

Samtidigt väcker resultaten en intressant fråga för kronobiologin: Om logiskt tänkande sker oberoende av språket i sina egna hjärnätverk, skulle dess prestanda också kunna påverkas av den biologiska klockan. Uppmärksamhet, koncentration och kognitiv prestanda utsätts för naturliga fluktuationer under dagen och påverkas bland annat av sömn-vakenhetscykeln, hormoner som melatonin och kortisol samt individens kronotyp. Människor kan därför prestera olika beroende på tidpunkt på dygnet, även om deras grundläggande förmågor förblir oförändrade. Denna studie undersökte inte detta tidsmässiga inflytande. Framtida forskning skulle dock kunna klargöra om de hjärnätverk som ansvarar för logiskt tänkande också utsätts för vissa dygnsvariationer och om komplexa tänkandeuppgifter kan utföras enklare eller mer effektivt vid specifika tidpunkter.

Vad resultaten innebär för afasi

Denna forskning kan ha viktiga implikationer för hur man förstår förvärvade språkstörningar, såsom afasi. Yrkesverksamma som arbetar med personer med afasi har länge vetat att förlusten av språkliga färdigheter inte är liktydigt med en förlust av intelligens. En person med afasi kan fortfarande tycka om att spela schack, lösa sudokupussel eller sköta familjens ekonomi. Ändå tolkar vissa människor felaktigt kommunikationssvårigheter som tecken på kognitiva problem.

”Denna forskning bidrar till en växande mängd studier som visar att även personer med svår afasi kan behålla sin förmåga till abstrakt logiskt tänkande – ett kännetecken för vår art”, säger Fedorenko. ”Vi bör fortsätta att informera allmänheten om att språksvårigheter – oavsett om de beror på afasi, tal- och språkstörningar som stamning eller att modersmålet inte är engelska – inte är en indikation på hur intelligent eller kapabel en person är.”

En potentiell insikt för artificiell intelligens

Resultaten kan också ha betydelse för artificiell intelligens. Stora språkmodeller som ChatGPT och Claude tränas uteslutande på text och ger text som resultat, men de kan ändå på ett övertygande sätt simulera vissa former av mänskligt tänkande.

Den mänskliga hjärnan verkar fungera annorlunda. Hos människor är språk och abstrakt logiskt tänkande separata processer. Enligt Kean kan en undersökning av skillnaderna mellan mänskligt tänkande och hur stora språkmodeller fungerar ge värdefulla insikter för utvecklingen av framtida AI-system.

En exakt förståelse av hur den mänskliga hjärnan drar slutsatser är fortfarande ett öppet forskningsområde. Kean beskriver det som en ny gräns inom tankens geografi – och en som hon är ivrig att utforska.