约稿专刊 | 语言是人类独有的吗？

撰文 | 龙腾海 （中科院神经所 博士生）

排版 | X君

Animals, whom we have made our slaves, we do not like to consider our equal.

— Charles Darwin[1]

假如非要说出人和动物最显著的区别，答案非语言莫属。人类的语言和动物的叫喊有本质的区别，这是再明显不过的事。但在20世纪早期有一批研究者并不相信，他们尝试教小猩猩学习用嘴“说话”。结果发现即使把猩猩从小当作孩子养在家里，它们也学不会说话，只能发出模糊不清的声音，比如把“妈妈”叫做“毛毛“[2]。当时科学家们觉得这并不能说明猩猩没有语言能力，可能只是由于它们的口腔和声带等发声器官不适合说话，表达能力受到了限制。

于是20世纪中期的另一批研究者试图教会猩猩用手语和人交流。他们发现猩猩可以说简单的短语，如”苹果-我-吃“、”挠-我-玩“，最长的短语是”给-橘子-我-给-吃-橘子-我-吃-橘子-给-我-吃-橘子-给-我-你“[3]。有意思吧，但这并不是我们所定义的人类语言：猩猩能用手势指代某些事物，但却不能把这些手势按一定的规则组合起来——即它们知道单个手势的意思，却不明白手势和手势之间的关系。

在我们分析人类语言时，可以发现语言由字的意思(语义)和字与字之间的组合规则（语法， 例如：主+谓+宾）组成。语法规则有简单的也有复杂的，似乎只有人类可以掌握高级复杂的规则，而动物只能理解简单的规则。这说明人的大脑有更高级的运算能力。那么，掌握某些高复杂度规则的能力是否可以作为区分人与动物的界线呢？

语言学大师乔姆基斯(Noam Chomsky)认为答案是肯定的，他从数学上将语法规则划分为不同的复杂等级，对应着不同等级的计算能力。如下图：

类型0语法等级最高，类型3语法等级最低。我们可以看到人处在类型2和类型1语法的分界处，说明人的语言里既包括类型1的语法，也包括类型2的语法。而动物只拥类型3这种最简单的语法，这种语法的特征就像“苹果-我-吃”这样，每个词只和它前后的词有关。所以，如果你说”我给苹果公司打了电话“，然后问黑猩猩“谁打了电话？“（假设黑猩猩能听懂并回答），它会告诉你”苹果公司打了电话“。而我们人类却会很自然的知道，虽然”苹果公司“直接和”打电话“相邻，但是“打电话”的却是句子最开始的”我“，似乎有一条看不见的关系线将这两个不相邻连的词在了一起。正是这种关系线的存在，可以使句子的内部形成复杂的关系结构,从而组成了人类独有的语法规则。所以简单来说，类型3的语法是低级语法，而类型3之外的就相对来说是高级语法。而动物只会低级语法。

在1956年提出这个理论后，乔姆斯基于2002年在《Science》杂志的一篇文章中，进一步提出一个在生物学中研究语言问题的框架，呼吁大家探寻语言在大脑中的深层机制，并认为类型2语法中包括的规则“递归”为人类所独有[4]，引发众多科学家的关注。

在2004年的《Science》杂志上，进化生物学家芬奇发表的论文进一步支持了乔姆斯基的假说：他发现绢毛猴不能分辨一组声音是由高级还是低级语法规则所产生的，而人却能毫不费力的区分这两类[5]。所以，我们已经找到了一条能区分人与动物认知能力的分界线？

在2006年的《Nature》杂志中，心理学家田莫西(Timothy Q. Gentner)发表了一篇针锋相对的研究[6]。他发现，经过训练的椋鸟能分辨由两类语法产生的“句子”（几个声音组成的序列）的不同，而且当听到训练时没遇到过的“句子”时，它们也能做出区分。不仅如此，它们还能听懂更长的“句子”：训练时用的“句子”是四个“字”组成的，但椋鸟也能分辨出六或八个“字”的句子。因此，既然动物也能发现低级与高级语法的区别，即说明这两种语法的界限并不是动物和人类认知能力的分界线。

现在我们回过头来对比一下这两个研究的思路。虽然芬奇的《Science》论文发现猴子学不会高级语法，但事实上导致失败的原因有多种，可能之一是猴子实际上具备分辨能力，只是这种能力在这个任务没反应出来。反过来，虽然田莫西的《Nature》论文通过另一种方式来来成功引导出并测得小鸟有分辨高级语法能力，但动物是否在完成任务时投机取巧了呢？这样即便椋鸟不会高级的语法，它们也能利用小窍门轻松完成任务。田莫西也考虑到了这个问题，所以设置了一些小鸟们从来没听过的声音和不同的声音序列长度来测试它们，从而排除死记硬背这样一些窍门。我们中国学生都知道考试成绩好不一定代表能力强，国外的研究者显然也懂。于是他们觉得，可能是这套卷子题出得够不好，我来出几道题看它会不会。

随后便有一系列的研究沿着该思路展开[7-11]。研究者们重复出了田莫西的研究结果，也发现动物确实在用更简单的策略完成任务，比如它们只需辨别“句子”的开头或者结尾的两个“字”是是否属于同一组的便可以轻松“作弊”[9]。这样看来，这两种思路都有道理，但是都没能回答好之前的问题“我们已经找到了一条能区分人与动物认知能力的分界线？

如果你出一张考武功秘籍的试卷，王语嫣大概能得满分，但这并不代表她真正懂得其中的真义，毕竟她不会武功，只是武学书籍看得多罢了。所以如果能让动物用类型2的语法规则自己“造句”（生成出一系列的序列），就不需要去猜测动物是如何完成任务的，因为它们使出的每个招式我们都能看的清清楚楚。

最近在《 Current Biology 》杂志上，中国科学院神经科学研究所的王立平课题组就发表了一篇这样的研究论文，他们先训练猕猴熟悉符合高级语法的“句子”（一系列顺序的点），再让它们按照这种规律自行生成出符合语法的新序列[12]。

和田莫西的研究一样，猕猴也要学会一些“练习题”（学习一些序列），然后再做一些“测试题”（没学过的新序列）。但与之前不同的是，椋鸟的分辨任务使得它们能通过小窍门作弊，而在该研究中，猴子们得把呈现出来的序列，按照规则用手一个个从触摸屏上点出来才算对，这里的成功方式只有一种。两项研究的另一个不同点在于，前者的“句子”由声音的音色和顺序构成，而后者的“句子”则是由屏幕上点的空间位置和顺序构成。一方面，研究人员通过在测试中增加了不同长度的“句子”，发现猴子学会的规则经受住了“句子”长度改变的干扰；另一方面，当在不同的空间位置中呈现点时，猕猴仍然能运用规则来完成测试任务。

上面的测试说明了猴子习得并掌握了语法规则，但是如果能运用规则去生成一个完整的新“句子”，则是一种更高境界的能力。在该研究中，猴子不仅能在观看屏幕上所给出的前一半“句子”然后填上后一半，还能只知道一个“句子”的第一个”词“，就可以从用手在屏幕上按出剩下的“句子”了 。当然研究中还用与猕猴同样的任务测试了还没上幼儿园的小朋友，几分钟的时间内他们就能领悟其中的规则。

这个研究说明猕猴的能学会高级语法，而在2012年人类语言学家埃福特（Daniel Everett）发现在亚马逊丛林和印度尼西亚中有两种人类语言里都不具有高级语法[13，14]。这两个研究，从人与猕猴两方面一起终结了过去近20年来大家对于高级语法（类型2语法）是否为人类语言独有的争论。

那么从发声器官-语义-语法这三个方面，如果我们都找不到人与动物能力上的区别，那么人类语言和动物的叫喊本质上的区别在哪里呢？

我们都知道汽车可以拆分为引擎，传动系统，车身，底盘等各个部分，把它们拆分后再重组，它还是原来的汽车。在这里整体完全等同于部分的组合，部分也有独立的功能。但生物却不一样，如果你把一个生命体“拆分”再重组，却再也不一样了，因为在“拆分”的时候它已失去了生命，再也不能复生。在生物系统中，部分属于整体，整体的功能不存在于各个部分里，而在部分相互之间的动态关联中，整体远大于部分之和。有人把这种现象称为“涌现”，所以一种假设是，语言的各个组成部分之间的关系也是如此。

相比5、6岁的学前儿童可以在几次学习后快速习得较为复杂的语法结构，猕猴的学习则需要大量次数(~2万至～5万次)的训练。有趣的是，猕猴的学习与现今传统神经网络类似，需要大量数据训练习得抽象复杂规则。所以另一种可能是，人类的大脑可能在长时间的进化过程中形成了具有独特结构的神经环路或独特的学习算法。比如说人类大脑中Broca区，当这个脑区受损伤时，病人任然能理解别人说的话，但是自己却无法流畅的说出符合语法的句子。他们知道自己想说什么，但却无法说清楚[15]。而另一些Wernick脑区受损的病人，能听见声音，但是却无法理解语言的意思。可以流畅的说出符合语法的句子，但是没有能力在句子中表达任何意义[16]。这两个脑区的功能说明人类大脑中处理语义和语法可能是分别由两种独特的神经环路来负责的。而在猴子中存在类似这样的脑区吗？与人的差异又在哪？

要验证这两个种假设， 不仅要从表面的行为来推测语功能，更需要打开大脑这个黑匣子来看它是又怎样的内部机制来实现这些功能的，然后结合这两方面来推测大脑使用怎样的算法在机制中实现这些功能。值得一提的是，王立平课题组的新颖猕猴实验设计，既在行为上有所突破，又非常适合大脑在处理语法规则的神经机制探索。未来的研究会有什么样的发现？让我们拭目以待。

Reference:

[1] Darwin, CR Notebook B, (1837-38)

[2] Catherine Hayes (1951), The Ape in Our House. New York: Harper.

[3] Terrace H S, Petitto L A, Sanders R J, et al. Can an ape create a sentence?[J]. Science, 1979, 206(4421): 891-902.

[4] Hauser M D, Chomsky N, Fitch W T. The faculty of language: What is it, who has it, and how did it evolve?[J]. science, 2002, 298(5598): 1569-1579.

[5] Fitch W T, Hauser M D. Computational constraints on syntactic processing in a nonhuman primate[J]. Science, 2004, 303(5656): 377-380.

[6] Gentner T Q, Fenn K M, Margoliash D, et al. Recursive syntactic pattern learning by songbirds[J]. Nature, 2006, 440(7088): 1204.

[7] Abe K, Watanabe D. Songbirds possess the spontaneous ability to discriminate syntactic rules[J]. Nature neuroscience, 2011, 14(8): 1067.

[8] Rey A, Perruchet P, Fagot J. Centre-embedded structures are a by-product of associative learning and working memory constraints: Evidence from baboons (Papio Papio)[J]. Cognition, 2012, 123(1): 180-184.

[9] Ravignani A, Westphal-Fitch G, Aust U, et al. More than one way to see it: Individual heuristics in avian visual computation[J]. Cognition, 2015, 143: 13-24.

[10] ten Cate C, Okanoya K. Revisiting the syntactic abilities of non-human animals: natural vocalizations and artificial grammar learning[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2012, 367(1598): 1984-1994.

[11] Poletiek F H, Fitz H, Bocanegra B R. What baboons can (not) tell us about natural language grammars[J]. Cognition, 2016, 151: 108-112.

[12] Jiang X, Long T, Cao W, et al. Production of Supra-regular Spatial Sequences by Macaque Monkeys[J]. Current Biology, 2018.

[13] Everett D L. Language: The cultural tool[M]. Vintage, 2012.

[14] Everett D L. What does Pirahã grammar have to teach us about human language and the mind?[J]. Wiley Interdisciplinary Reviews: Cognitive Science, 2012, 3(6): 555-563.

[15] Geschwind N. The organization of language and the brain[J]. Science, 1970, 170(3961): 940-944.

[16] Wernicke C. Der aphasische Symptomencomplex: eine psychologische Studie auf anatomischer Basis[M]. Cohn., 1874. (pp.940-941)

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