科学家首次记录双语者大脑中的单个神经元，发现大脑并非通过翻译词汇，而是类似于大语言模型中的向量空间同构来运作

# 科学家首次记录双语大脑中单个神经元的活动，发现大脑并不翻译单词，而是做了更高级的事情 来源：https://thesciverse.org/scientists-recorded-individual-neurons-in-bilingual-brains-for-the-first-time-and-found-that-the-brain-does-not-translate-words-it-does-something-more-sophisticated/ 如果你会说两种语言，你早已知道在它们之间切换几乎是自动发生的。你听到一个西班牙语单词，你就能理解它。你用英语思考，却用法语表达。这个过程看似无缝衔接，长期以来，神经科学家们以为自己大致理解了它的运作方式：大脑一定存在某种心理词典，不同语言中意思相同的单词共享同一块神经区域，由那些对不同语言却承载相同含义的单词都有反应的细胞连接起来。 但一项发表在《细胞》杂志（https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00579-9）上的新研究表明，这个模型是错误的。而替代它的解释要有趣得多。 贝勒医学院和莱斯大学的研究人员记录了四位双语者海马体中单个神经元的活动，在他们听、读以及用英语和西班牙语交谈时进行记录。这是科学家们首次在单个神经元水平上研究双语大脑如何处理语言，实时观察实际细胞如何同时响应两种语言中的真实单词。 他们的发现推翻了这个领域中最直观的假设之一。 ### 大脑并不使用共享神经元来连接意思相等的单词 该研究最合乎逻辑的预测是，某些海马体神经元会对“dog”和“perro”都做出反应，无论哪个语言传递这个相同的概念，它们都会同样兴奋。这些神经元将是桥梁细胞、翻译者，是告诉大脑两个不同声音承载着相同含义的神经元。 但几乎没有任何神经元以这种方式工作。 当研究人员分析数据时，他们发现绝大多数海马体神经元都是特定于语言的。一个对英语“dog”有反应的神经元，对西班牙语的“perro”却无动于衷，尽管这两个词都指代同一种动物。单个神经元似乎只对一种语言中的单词敏感，而对它们在另一种语言中的对应词基本上漠不关心。 “这是首个在单个神经元层面研究双语大脑如何工作，并做到实时观察的研究，”第一作者、同样是双语者的贝勒医学院研究员Xinyuan Yan说。 ### 大脑实际使用的替代方案：一张共享地图 缺乏翻译神经元并不意味着大脑没有连接两种语言的系统。它拥有一个更优雅的系统。 大脑并非通过共享细胞来连接单个单词，而是将所有语言中的单词组织到一张几何地图上。在这张地图上，单词根据它们相对于其他单词的意义来定位。“狗”和“狼”靠得很近，因为它们是语义相关的动物。“叉子”则与两者相距甚远，因为它属于完全不同的概念类别。地图上单词之间的空间关系反映了它们含义之间的实际关系。 关键发现是，这张地图在两种语言中拥有相同的几何结构。英语地图中的“dog”相对于其邻近概念所处的位置，与西班牙语地图中“perro”的位置相对应。这些概念的排列完全相同。只是用于读取这些位置的神经元不同。 “这就像透过不同的窗户看同一个房间。里面的一切都是相同的，只是视角不同，”资深作者、贝勒医学院的Sameer Sheth说。大脑通过特定语言的神经元来读取同一个概念房间，每个神经元都提供自己的视角。 ### 为什么这解决了翻译神经元无法解决的问题 翻译神经元系统会带来一个实际问题：干扰。如果相同的细胞对“dog”和“perro”做出完全相同的反应，大脑就需要额外的机制来跟踪它当前正在使用哪种语言。在清楚地分开两种语言的同时又知道它们指向相同的事物，这需要不断进行解歧。 而共享几何系统在不增加任何额外工作的情况下就解决了这个问题。因为代表英语和西班牙语的神经元是不同的，两种语言永远不会竞争相同的细胞资源。但由于它们读取的地图具有相同的几何结构，含义可以完美地传递。大脑同时实现了分离和翻译，两者内置于同一个架构中。 ### 这一发现也适用于大脑学习新语言的方式 资深作者Benjamin Hayden从这一结果中得出了一个直接的实际启示。如果大脑将意义存储为概念之间关系的几何地图，并且这张地图可以被任何语言中的神经元读取，那么学习第二语言就不需要构建一个全新的概念系统。它只需要学习一组能够从不同角度读取地图的新神经元。 “我们的研究表明，大脑天生就有学习多种语言的能力，”Hayden说。“一旦它绘制出单词之间的关系，它就能将这些相同的关系应用于不同的语言。我们每个人都有成为双语者甚至三语者的潜力。” 这重新定义了语言学习在认知上的实际内容。学习第一语言的难点在于构建语义地图本身，即建立数千个概念之间的所有空间关系。按照这个说法，学习第二语言需要构建新的读取神经元，但可以很大程度上重复使用已有的地图。这更像学习一种在你已有的系统中导航的新方式，而不是学习一个全新的系统。 ### 相同的架构也出现在AI语言模型中 研究人员还进行了一项额外的比较，为这一发现增添了意想不到的维度。他们分析了mBERT（一个经过训练能理解100多种语言的大型语言模型），发现它跨语言组织单词的方式与人类海马体使用的共享几何结构相同。 这个AI模型在设计时并未了解人类大脑如何处理双语。它仅通过语言数据的训练就得出了相同的解决方案。这种趋同表明，共享几何方法可能是处理多语言表示问题的一个深层解决方案，当生物和人工神经网络暴露于足够多的多种语言数据时，这种方式会自然涌现。 研究人员指出，他们的研究只涉及四位参与者，他们都是平衡的英语-西班牙语双语者，并且恰好因癫痫治疗而植入了电极。由于在活人身上进行这种直接神经记录的途径非常罕见，在当前伦理约束下，样本量无法扩大。对于较晚学习第二语言的人，或者对于英语和西班牙语之间结构差异更大的语言，这种相同的几何组织是否成立，还有待检验。 这项研究首次确立的是，双语语言处理的神经元层面架构并非该领域先前假设的那样。大脑并不翻译。它从两扇不同的窗户阅读同一张地图，而这张地图在任何一种语言到来之前就已存在。 --- **来源** Xinyuan Yan, Ana G. Chavez, Melissa Franch, et al. “Shared neural geometries for bilingual semantic representations in human hippocampal neurons.” Cell, June 24, 2026. DOI:10.1016/j.cell.2026.05.020 (https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00579-9) https://news.rice.edu/news/2026/how-do-bilingual-brains-navigate-between-languages-scientists-discover-geometric-neural