數(shù)學(xué)好＝編程能力強(qiáng)？MIT新發(fā)現(xiàn)：二者激活大腦區(qū)域并不同

十三 2020-12-19 13:05:09 來源：量子位

金磊 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

都說學(xué)編程就像學(xué)一門新的語言，但事實(shí)真的如此嗎？

不不不，起碼在讀代碼這件事上，你的大腦可不這么認(rèn)為。

最近，MIT神經(jīng)科學(xué)家在eLife期刊發(fā)表了一項(xiàng)新研究：

在讀代碼的時(shí)候，并不會(huì)激活人類大腦涉及語言處理的區(qū)域。

相反，激活的是一個(gè)叫做多需求?（multiple demand，MD）網(wǎng)絡(luò)的分布式網(wǎng)絡(luò)。

而這個(gè)MD網(wǎng)絡(luò)，通常在人們處理比較復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)時(shí)被激活。

舉個(gè)例子，數(shù)學(xué)問題、填字游戲等……

怪不得……看別人的代碼，一直有種很痛苦的趕腳，原來它真的是很“燒腦”??！

讀代碼時(shí)，你的大腦會(huì)發(fā)生什么？

或許你會(huì)認(rèn)為，代碼嘛，本質(zhì)上就是解決數(shù)學(xué)或邏輯相關(guān)的問題，那讀代碼會(huì)激活MD網(wǎng)絡(luò)也是可以理解的。

Too simple，too naive.

MIT的研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：

盡管讀代碼的時(shí)候激活了MD網(wǎng)絡(luò)，但和數(shù)學(xué)、邏輯問題相比，它似乎更加依賴這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的不同部分。

也就是說，讀代碼時(shí)大腦的工作狀態(tài)，還不能精確復(fù)制解數(shù)學(xué)問題時(shí)的大腦認(rèn)知需求。

通訊作者Anna A Ivanova這樣表述道：

理解計(jì)算機(jī)代碼，不同于語言，也不同于數(shù)學(xué)和邏輯，仿佛是它自己的事情一樣。

嗯，有種“VIP專屬區(qū)域”的味道了。

研究人員測試的編程語言主要有2個(gè)：一個(gè)是Python；另一個(gè)是在少兒編程較火的可視化編程語言ScratchJr。

測試對(duì)象是兩組年輕人，分別對(duì)上述2個(gè)編程語言達(dá)到了精通狀態(tài)。

大致的測試過程是讓這些年輕人平躺，工作人員會(huì)給他們展示代碼片段和文字描述（如上圖所示），并讓他們預(yù)測這些代碼將產(chǎn)生什么樣的結(jié)果。

在這個(gè)過程當(dāng)中，研究人員還會(huì)用腦功能磁共振成像?（fMRI）來掃描，以此來檢測這些年輕人大腦的活動(dòng)。

上述的實(shí)驗(yàn)是這次研究的“主實(shí)驗(yàn)”（上圖A），除此之外，還有額外的2個(gè)“副實(shí)驗(yàn)”（上圖B，與定位器相關(guān)）：

• MD System Localizer：困難模式，在出現(xiàn)的8個(gè)藍(lán)色方塊中，一次性記住2個(gè)的位置；簡單模式，在出現(xiàn)的4個(gè)藍(lán)色方塊中，一次性記住1個(gè)的位置。
• Language System Localizer：包括一個(gè)句子，以及非單詞（一次出現(xiàn)一個(gè)）。

對(duì)測試對(duì)象掃描過后，便得到了如下結(jié)果。

圖中的A展示了MD網(wǎng)絡(luò)在大腦左半球和右半球的位置，以及大腦涉及語言的區(qū)域。

B和C分別展示了在讀Python和ScratchJr代碼或文本時(shí)，通過fMRI掃描得到的響應(yīng)反饋情況。

再具體的，SR代表句子閱讀，NR代表非單詞閱讀，SP表示句子問題，CP表示代碼問題。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果難看出，大腦中的語言區(qū)域，幾乎對(duì)代碼問題（CP）沒有反應(yīng)，或者說反應(yīng)極低。

但十分意外的是，在讀代碼過程中，主要激活了MD網(wǎng)絡(luò)，活動(dòng)分布在大腦的額葉和頂葉。

Anna A Ivanova對(duì)此表示道：

MD網(wǎng)絡(luò)幾乎可以做任何具有認(rèn)知挑戰(zhàn)性的事情。

然而，先前的研究表明，數(shù)學(xué)和邏輯問題似乎主要依賴于左腦的MD區(qū)域，而涉及空間導(dǎo)航的任務(wù)對(duì)右腦的激活程度要高于左腦。

MIT這次的研究表明，讀代碼過程中，似乎同時(shí)激活了MD網(wǎng)絡(luò)的左右兩個(gè)部分；并且，讀ScratchJr代碼時(shí)，對(duì)右側(cè)大腦的激活程度略高于左側(cè)大腦。

同時(shí)也推翻了以往的認(rèn)知，即讀代碼時(shí)大腦的活動(dòng)，和數(shù)學(xué)邏輯相同。

到底更傾向于“數(shù)學(xué)邏輯”還是“語言”？

對(duì)于人們?cè)谔幚泶a過程中，大腦的活動(dòng)機(jī)制，更加傾向于“數(shù)學(xué)邏輯”還是“語言”，這個(gè)問題并不是第一次被拿出來研究。

正如Anna A Ivanova所述，關(guān)于大腦如何學(xué)習(xí)編程，有兩種思想派系：

有人認(rèn)為，為了擅長編程，人們必須強(qiáng)化數(shù)學(xué)能力。

另一種觀點(diǎn)是，由于編程和語言之間的相似性，語言技能可能更具相關(guān)性。

第一次利用科學(xué)成像工具來做這方面研究的，需要追溯的2014年。

來自帕紹大學(xué)（德國）、CMU等機(jī)構(gòu)聯(lián)手，對(duì)程序員大腦如何理解代碼做了研究。

當(dāng)時(shí)所采用的方法依舊是fMRI，參與測試的是17名精通Java的學(xué)生。

被測試的學(xué)生，每個(gè)人都需要閱讀不同的幾段Java代碼片段，且難度相似，因此研究人員可以平均得到的大腦成像數(shù)據(jù)。

這項(xiàng)研究雖然并沒有得到非常有力的結(jié)果，但第二作者表示：

讀代碼更像“語言”，是錯(cuò)誤的。

除了MIT這次在eLife發(fā)表的研究外，同期還有一篇配套論文，來自約翰·霍普金斯大學(xué)。

他們的研究也表明，讀代碼的過程中，大腦眾多的MD網(wǎng)絡(luò)被激活，而不是與語言相關(guān)的區(qū)域。

至于在讀代碼時(shí)，大腦是否有專屬的“工作區(qū)域”，MIT研究人員表示：

雖然沒有任何似乎明確的“編程區(qū)域”，但這種專屬的大腦活動(dòng)，可能在具備更多編程經(jīng)驗(yàn)的人身上會(huì)有發(fā)展。

實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)介紹

這項(xiàng)研究來自MIT腦與認(rèn)知科學(xué)系。

本研究的第一作者是Anna A Ivanova，是MIT的一名研究生，對(duì)語言和語義處理的神經(jīng)基礎(chǔ)感興趣。

另外一位通訊作者叫做Evelina Fedorenko，目前在MIT腦與認(rèn)知科學(xué)系助理教授。

參考鏈接：

https://elifesciences.org/articles/58906
https://www.zdnet.com/article/reading-software-code-activates-the-part-of-your-brain-used-for-crossword-puzzles-and-logic-problems/
https://www.fastcompany.com/3029364/this-is-your-brain-on-code-according-to-functional-mri-imaging