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猴子与儿童共享几何直觉:演化根基揭示

2026-07-21 09:13 Jessica Cantlon, Jia Carnegie Mellon University 阅读 0
核心摘要: 一项跨物种研究揭示,非人灵长类动物(橄榄狒狒、恒河猴)、学龄前儿童以及成年人(包括玻利维亚Tsimane’社区成员)共享对二维几何形状的演化古老直觉。研究团队通过互动触摸屏测试,

猴子与儿童共享几何直觉:演化根基揭示

传统观点认为,几何学是人类独有的高级认知能力,超出了非人灵长类动物的范畴。然而,一项发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的最新研究挑战了这一普遍认知。卡内基梅隆大学的认知神经科学家杰西卡·坎特隆(Jessica Cantlon)及其团队发现,非人灵长类动物(包括橄榄狒狒和恒河猴)、学龄前儿童以及成年人(包括玻利维亚的Tsimane’原住民)在二维几何形状的相似性评估上,共享着一种演化上古老的直觉。这项研究强有力地证明,几何相似性匹配依赖于一种共享的、基础性的心智架构,它先于正规教育、文化乃至人类自身而存在。

为了得出这一结论,研究团队设计了一项基于触摸屏的匹配游戏。参与者需要根据抽象的几何关系来匹配二维形状,而非依赖颜色、大小或表面纹理等明显的物理特征。坎特隆教授强调,这项任务看似简单,实则极具挑战性,因为它要求参与者忽略表面差异,纯粹基于形状之间的数学关系进行判断。她甚至指出,即使是成年人类,在缺乏明显特征提示的情况下,也可能在这类匹配游戏中遇到困难。

研究的独特之处在于其多样化的参与者群体。除了橄榄狒狒和恒河猴,研究人员还在卡内基梅隆大学儿童学校对数十名3至6岁的学龄前儿童进行了测试。更关键的是,他们还测试了79名来自玻利维亚Tsimane’农耕-采集部落的成年人以及21名美国成年人。Tsimane’社区的成员没有接受过与美国相似的正规学校教育,这使得研究人员能够有效地将纯粹的、演化而来的直觉与后天习得的学术训练区分开来。坎特隆教授解释说,这有助于厘清儿童能力的来源,究竟是发展性的自然产物,还是教育或经验习得的结果。

最终,研究人员发现,在所有测试群体——两种非人灵长类动物、人类儿童和成年人——之间,对基本几何形状的认知方式表现出显著的连续性。这表明几何直觉是灵长类动物心智基本架构的一部分。 坎特隆教授指出,几何直觉是人类最终发展出数学和科学的基础。因此,若要理解儿童如何学习几何,就必须了解他们在接受正规教育之前所具备的内在能力。这项研究强烈暗示,儿童在学习几何时,并非从零开始,而是带着对形状和空间深层、演化古老的直觉。教育可以以此为基础进行构建,而非将其视为必须从头教授的概念。

这项新研究的部分数据来源于坎特隆实验室与“灵长类门户”(The Primate Portal)项目合作的成果。该项目位于纽约塞内卡公园动物园,是一个开放获取的研究平台。它设有一个封闭式触摸屏,圈养的橄榄狒狒可以在日常活动中自愿选择与其互动,参与认知任务。该平台不仅为科学家研究动物心智提供了独特的机会,还向K-12(幼儿园到高中)的STEM项目提供开放数据和编程机会。研究团队发现,其中一只名叫Kalamata的狒狒表现得尤为勤奋,它会主动来到屏幕前等待电脑开启,然后连续两到三个小时完成各种数学任务。

“灵长类门户”项目还与罗切斯特理工学院的卡罗琳·德隆(Caroline DeLong)合作,将该概念引入小学课堂,教授孩子们编程。学生们可以为动物园的狒狒设计游戏任务,并亲身前往动物园观察狒狒玩他们开发的游戏。研究人员发现,这种体验与学生数学和科学成绩的提高以及对STEM职业道路兴趣的增加密切相关。坎特隆教授总结道,所有这些研究都指向一个核心问题:“我们是如何形成我们现在的思维方式的?”

考古学证据表明,人类对欧几里得几何的敏感性源远流长,例如7万年前刻有平行线的石块,以及3万5千年前刻有88个有序凹槽的猛犸象牙。坎特隆教授说:“这是人类最早想要记录下来的事物之一。这些直觉对我们来说是自动的,因为我们已经将其编码得如此之深。”她补充道,即使是思考二维形状并理解其与其他物体共享的属性,也是一种高度抽象的认知。而事实证明,这种高度抽象的认知,竟然与猴子共享。


参考文献: Li, J., DeLong, C. M., & Cantlon, J. F. Monkeys and children share evolutionary intuitions for geometry. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; DOI: 10.1073/pnas.2307221120
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