交流是人類最重要的社會行為之一。我們通過交流來傳遞信息、獲取知識、建立信任、達成共識。不同于競爭、合作、共情等高級社會認知功能，我們對復(fù)雜交流行為所依賴的認知和神經(jīng)機制知之甚少。理解交流行為不僅需要對交流信號本身（如表情、手勢、語音、詞義、句法等）進行研究，還需要探索這些信號是如何在具體的社會情境中被靈活使用，表達含義。例如，當(dāng)一個男孩試圖邀請自己喜歡的女孩約會時，女孩回答“你是個好人”。男孩可能很快意識到女孩的“潛臺詞”——她對自己沒興趣，而即便是精通語音和詞義識別的人工智能則很可能完全誤解這句話。
大腦如何因地制宜地編碼和解碼交流信號、傳遞意圖，是一個公認重要卻困難的研究問題。它的困難一方面源自于人類交流行為的高度復(fù)雜性，另一方面也由于缺乏定量刻畫其認知與神經(jīng)機制的工具。早在1975年，哲學(xué)家Grice就提出了一個著名的假說，猜測人們通過某些合作性原則來使用語言信號，以達成相互理解 [1]。雖然該“合作原則”被寫進當(dāng)今幾乎所有語用學(xué)教科書的第一章甚至第一段，但一直都作為哲學(xué)猜想存在，缺乏直接證據(jù)。
北京大學(xué)心理與認知科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦科學(xué)研究所朱露莎課題組日前將決策神經(jīng)科學(xué)、計算語言學(xué)以及博弈論等多學(xué)科研究方法相結(jié)合，為這一難題開辟了新的定量研究的思路。該研究發(fā)現(xiàn)，人類大腦通過靈活、自動、理性地模擬他人的合作行為，來推斷交流信號的潛在含義。這一過程可以在數(shù)學(xué)上描述為一個基于逆向推理的歸因過程，該推理過程所需的幾種關(guān)鍵的認知變量由腹內(nèi)側(cè)前額葉和紋狀體的活動定量表征，為理解社會交流提供了一個簡單、可擴充的認知神經(jīng)模型。
利用功能性磁共振成像與計算建模等技術(shù)手段，研究者在經(jīng)典的“指代博弈” [2]中探索了人們推斷言外之意的神經(jīng)計算機制。與常見的“你說我猜”游戲類似，在該實驗中，信號發(fā)送方（說話人）需要選擇顏色或形狀來指代一個目標(biāo)物體，而信號接收方（聽眾）則需要通過接收到的信號來推斷目標(biāo)物體。
在上圖的例子中，如果一個“合作的”說話人想指代藍色的方形，那么他更可能會說“方形”來幫助聽眾理解其用意。因此，當(dāng)聽眾接收到“藍色”這個詞時，聽眾便可以猜測，說話人希望指代的應(yīng)該是藍色的圓形，而不是藍色的方形。
這一推理需要聽眾站在說話人的角度，模擬和評估說話人為幫助聽眾理解某用意而選擇某行為的可能性（合作行為），然后由接收到的“果”（交流信號）來反推可能對應(yīng)的“因”（說話人的意圖） [2, 3]。
那么，聽眾的大腦是否也采用了類似的“逆向推理”算法來推斷說話人的意圖呢？研究者發(fā)現(xiàn)，聽眾大腦的腹內(nèi)側(cè)前額葉可能是一個理性交流信號的“模擬生成器”，靈活且定量地表征了說話人采取各種合作行為的條件概率（例如，為了指代藍色圓形而選擇“藍色”這個詞的可能性）。
有趣的是，在有些情況下，聽眾無需推理，可以由字面含義獲知對方的意圖（如下圖中的例子），聽眾的腹內(nèi)側(cè)前額葉仍然穩(wěn)定地表征了這一內(nèi)部模擬信號，意味著對交流伙伴合作行為的模擬也許是一個自動的神經(jīng)加工過程。
同時，聽眾腹內(nèi)側(cè)前額葉的信號可能投射到雙側(cè)紋狀體，在紋狀體中以類似于預(yù)期誤差的形式來更新對他人交流意圖的判斷。這一過程和以貝葉斯為代表的逆向推理計算模型高度吻合，說明了交流意圖推斷的潛在神經(jīng)機制。
長久以來，哲學(xué)、語言學(xué)、認知科學(xué)等領(lǐng)域都對交流中是否存在合作、如何實現(xiàn)合作存在極大分歧，這一研究結(jié)果為基于合作原則的理性選擇假說提供了直接的神經(jīng)證據(jù)。該研究框架可以被擴展到更加復(fù)雜的自然語言交流，以及更加廣闊的社會知覺與人際決策領(lǐng)域中，用以探索社會信號編碼和解碼所涉及的認知神經(jīng)過程。
理解言外之意也是人工智能領(lǐng)域開發(fā)真實情景下人機交互工具、進行自然語言處理面臨的一大挑戰(zhàn)。刻畫交流意圖推斷的神經(jīng)計算機制、探索大腦策略性合作的算法，對讓人工智能理解幽默、懂得諷刺、實現(xiàn)有效交流具有啟發(fā)意義。
研究結(jié)果于2021年3月3日在線發(fā)表于《Science Advances》。北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士研究生米青天為該論文第一作者，北京大學(xué)心理與認知科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦研究所以及生命科學(xué)聯(lián)合中心研究員朱露莎為該文通訊作者，北京大學(xué)博士研究生王聰以及加州理工學(xué)院Colin F. Camerer參與了該工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委，北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
參考文獻
[1] Grice, H. P. (1975). Logic and Conversation. In P. Cole & J. L. Morgan (Eds.), Syntax and Semantics (Vol. 3, pp. 41–58). New York: Academic Press.
[2] Goodman, N. D., & Frank, M. C. (2016). Pragmatic language interpretation as probabilistic inference. Trends in Cognitive Sciences, 20(11), 818–829.
[3] Friston, K. J., Parr, T., Yufik, Y., Sajid, N., Price, C. J., & Holmes, E. (2020). Generative models, linguistic communication and active inference. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 118, 42–64.
論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/7/10/eabe6276
2021-03-04