”Ihmisillä on ainutlaatuinen kyky rakentaa abstrakteja käsitteitä, joilla ei ole kiinnekohtaa fyysisessä maailmassa, mutta pidämme tätä kykyä usein itsestäänselvyytenä”, sanoo Marcel Just, D.O. Hebb -yliopiston psykologian D.O. Hebb -professori CMU:n Dietrich College of Humanities and Social Sciences -yliopistosta ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja. ”Tässä tutkimuksessa olemme osoittaneet, että äskettäin tunnistetut ihmisaivojen käyttämät merkityskomponentit, jotka toimivat kirjaston kortistoluettelon kaltaisen indeksointijärjestelmän tavoin abstraktien käsitteiden merkityksen kokoamisessa.”
Ihmisten kyvyllä ajatella abstraktisti on keskeinen merkitys tieteelliselle ja älylliselle edistykselle. Toisin kuin konkreettisilla käsitteillä, kuten vasaralla, abstrakteilla käsitteillä, kuten etiikalla, ei ole ilmeistä kotia niissä aivojen osissa, jotka käsittelevät havaitsemista tai kehomme hallintaa.
”Suurin osa ymmärryksestämme siitä, miten aivot käsittelevät esineitä ja käsitteitä, perustuu siihen, miten viisi aistiamme ottavat tietoa vastaan”, sanoo Robert Vargas, CMU:n jatko-opiskelija Justin laboratoriossa ja artikkelin ensimmäinen kirjoittaja. ”Abstraktien ajatusten hermostollista ympäristöä on vaikea kuvata, koska monet aivojen henkiset työkalut niiden käsittelemiseksi ovat itsessään abstrakteja.”
Tässä tutkimuksessa Just ja hänen ryhmänsä skannasivat yhdeksän osallistujan aivot toiminnallisella magneettikuvauksella. Ryhmä seuloi datan läpi koneoppimisvälineiden avulla ja tunnisti mallit jokaiselle 28 abstraktille käsitteelle. He sovelsivat koneoppimisalgoritmia tunnistamaan jokaisen käsitteen oikein (keskimääräinen sijoitustarkkuus oli 0,82, kun sattuman taso on 0,50).
Justin mukaan nämä abstraktit käsitteet rakentuvat aivoissa kolmen merkitysulottuvuuden avulla. Ensimmäinen ulottuvuus vastaa kieleen liittyviä alueita. Esimerkiksi käsite etiikka voi liittyä muihin sanoihin, kuten sääntöihin ja moraaliin. Ihmisen on ensin ymmärrettävä sanat konstruoidakseen etiikan lisämerkityksen. Toinen ulottuvuus määrittelee abstraktit käsitteet viittauksina joko itseen tai ulkoiseen lähteeseen. Esimerkiksi henkisyys viittaa itseen, kun taas kausaliteetti on itsen ulkopuolinen. Viimeinen ulottuvuus juontaa juurensa sosiaalisiin konstruktioihin. Ylpeyden ja juoruilun käsitteillä on luontainen sosiaalinen komponentti.
”Minulle tämän tutkimuksen jännittävin tulos oli se, että pystyimme ennustamaan yksittäisten abstraktien käsitteiden neuraaliset aktivaatiomallit eri ihmisillä”, Vargas sanoi. ”On hurjaa ajatella, että minun käsitykseni todennäköisyydestä ja hengellisyydestä on neuraalisesti samanlainen kuin seuraavalla ihmisellä, vaikka heidän kokemuksensa hengellisyydestä olisikin erilainen.”
Skannauksen aikana kukin käsite esitettiin visuaalisesti, ja osallistujan annettiin miettiä kyseistä ajatusta kolmen sekunnin ajan. Osallistujat näkivät sanasarjan kuusi kertaa.
Tutkimuksessa käsitellyt 28 käsitettä kattavat seitsemän kategoriaa: matematiikka (vähennyslasku, tasa-arvo, todennäköisyys ja kertolasku); luonnontieteet (painovoima, voima, lämpö ja kiihtyvyys); sosiaaliset (juoruilu, pelottelu, anteeksianto ja kohteliaisuus); tunteet (onnellisuus, suru, viha ja ylpeys); laki (sopimus, eettisyys, rikos ja vapautus); metafyysiset (kausaliteetti, tietoisuus, totuus ja välttämättömyys) ja uskonnollisuus (jumaluus, hengellisyys, pyhäinhäväistys ja uskonto).
Työ perustuu yhdeksään aikuisen aivoskannaukseen CMU:n kampuksen kulttuurisesti homogeenisesta yhteisöstä.
”On räikeää kutsua tätä työtä mielenlukemiseksi”, Just sanoi. ”Minulle se on todiste siitä, että olemme tunnistaneet joitakin aivojen indeksointijärjestelmän elementtejä – verbaalinen representaatio, ulkoisuus/internaalisuus ja sosiaalinen ulottuvuus – joita aivomme käyttävät koodatakseen käsitteitä, joilla ei ole fyysistä ilmenemismuotoa maailmassa.”