數感天生-科學人雜誌
認知科學

數感天生

2023-06-01 貝克(Jacob Beck)、克拉克(Sam Clarke)
大部份的人一眼可看出小數目的物品數量,且能不假思索進行粗淺的數學運算;而研究發現,未受過數學教育的幼兒也能辦到,顯示我們天生具有數感。
▲ 瓶中有幾顆口香糖球?這個許多 人都玩過的估算遊戲,涉及我們 的天生數感。(答案請見全文文末)(攝影:鍾(Jamie Chung))

重點提要

■科學家、數學家和哲學家長久以來爭辯人類的數學能力是與生俱來還是後天習得。

■現今認知科學家以嬰幼兒為研究對象,結果顯示人類天生具有數感,聽覺上也顯現出此能力。

■數感的特性在於能表徵數字,並且可能呈現知覺適應。深入探究數感,也可更加了解嬰幼兒如何學習。

想像你正在舉辦一場派對。你買好零食、準備好音樂,並在冰箱中擺放了各種啤酒。第一位客人到場,他帶來半打啤酒,並自己拿走一瓶。第二位客人又帶來幾瓶啤酒,然後也喝了一瓶。當你也想喝啤酒時,打開冰箱,結果發現裡面只有八瓶啤酒。你並沒有精確去計數到底有多少瓶啤酒進出冰箱,但知道裡面應該不只有八瓶。於是你開始東翻西找,果然在冰箱保鮮抽屜中,還有好幾瓶啤酒躲在爛掉的蘿蔓萵苣後面。

你怎麼會想到要在冰箱中尋找消失的啤酒呢?你並不是冰箱旁的守衛,也沒有隨時在記錄有幾瓶啤酒進進出出。你使用的能力,其實是認知科學家所說的「數感」(number sense),也就是一種能在不自覺情況下進行簡單數學運算的心智功能。當你沉浸在與賓客的交談中時,你的數感仍在監測冰箱中有多少瓶啤酒。

長久以來,科學家、數學家和哲學家一直在爭辯這種數感是天生的還是習得的。在西方傳統中,柏拉圖最先主張人類具有天生的數學能力。在柏拉圖的對話錄《米諾篇》(Meno)中,蘇格拉底透過幾個簡單的問題,就可以引導未受過教育的男孩得出畢達哥拉斯定理(Pythagorean Theorem)。蘇格拉底認為,男孩天生就具有畢達哥拉斯定理的知識,而他的問題只是幫助男孩把知識表達出來而已。

17世紀的洛克(John Locke)對這種看法表示反對,認為人的心智一開始就是白板一塊,而所有知識幾乎都是經由後天經驗習得。這種與柏拉圖先天論的對立觀點稱為經驗論,彌爾(John Stuart Mill)後來更進一步發展此理論,認為我們學會2+3=5,就是因為看過許多支持此算式的例子,例如兩個蘋果加三個蘋果等於五個,以及兩瓶啤酒加三瓶啤酒等於五瓶。

簡而言之,經驗論主宰了哲學和心理學直到20世紀後半葉,然後才由親先天論的學者喬姆斯基(Noam Chomsky)扭轉了局面,宛如鐘擺般盪回了柏拉圖的方向。喬姆斯基研究語言,主張孩童天生具有語言本能,使其能在幾乎沒有明確指導的情況下快速習得母語。

其他人更把喬姆斯基的假說延伸至數學領域。1970年代末期,認知科學家加利斯塔(C. R. Gallistel)和吉爾曼(Rochel Gelman)主張:孩童學習數數的方式,就是把語言中的數字和天生的「前語言」(preverbal)算數系統進行配對,而這套系統是人類和許多生物共有的能力。法國神經科學家狄昂(Stanislas Dehaene)在他1997年發表的知名著作《數感》中,就透過多方證據讓大眾注意到這套前語言系統,讓各領域(動物認知、發展心理學、認知心理學、神經科學與教育)的許多研究人員都意識到,他們正在探索同一事物。

我們(本文作者)團隊在2021年發表於《行為與腦科學》的論文中主張:目前沒有任何有力的競爭理論,可以反駁人類和許多非人類動物都已演化出處理數字的能力。和柏拉圖不同的是,他認為人類天生具有數學知識(思考數字的能力),我們則認為人類天生具有數學知覺(可以看見或感知數字)的能力。你打開冰箱判斷啤酒大約有幾瓶的方式並非推論(好比看到海尼根標籤就推論出有人帶來荷蘭產的淺色拉格啤酒),你判斷數量的方式其實更像是在感知形狀和顏色。

但對於這種逐漸形成的共識,仍有人表示反對,新一波的經驗論也在過去十年開始復甦。反對存在天生數感能力的學者強調另一個更廣闊且重要的科學難題:如何知道嬰兒或非人類動物的心智?身為認知科學哲學家,我們團隊將從過去無法得到的眾多實驗證據中做出推論,讓幾千年的哲學思考能夠更進一步。

從嬰兒凝視找證據

想像你在電腦螢幕上看到左右兩組由許多短暫閃爍光點構成的集合。你沒有足夠時間逐一計數每組集合中有多少光點。但就像做過此實驗的受試者一樣,當兩組光點數量差異夠大時,你就可以輕易看出不同。雖然你可能無法看出50個和51個光點集合的差異,但是你可以輕鬆看出40個和50個光點集合的不同。這種能力是天生的,還是受過多年數學教育後的結果?

2004年,狄昂和皮卡(Pierre Pica)帶領的法國研究團隊深入巴西亞馬遜叢林探究此問題。藉著太陽能筆記型電腦,皮卡讓與世隔絕的當地居民進行了上述閃爍光點實驗。結果發現……

嬰兒的數感

(資料來源:"Large Number Discrimination in 6-Month-Old Infants," by Fei Xua and Elizabeth S. Spelke, in Cognition, Vol. 74; January 2000 (reference))



# 關鍵字:認知科學心理學
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