GPT在模仿人类？Nature发现：大脑才是最早的Transformer

【导读】我们以为语言是语法、规则、结构。但最新的Nature研究却撕开了这层幻觉。GPT的层级结构与竟与人大脑里的「时间印记」一模一样。当浅层、中层、深层在脑中依次点亮，我们第一次看见：理解语言，也许从来不是解析，而是预测。

我们一直深信，人类的大脑，是靠着一套严谨的规则、语法和结构分析来理解语言的，复杂且独一无二。 

这是一个持续了数十年的「共识」。

可最近Nature Communications上发表的一项颠覆性研究，把这个古老的信仰掀了个底朝天。

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65518-0

研究者们让受试者听30分钟的故事，同时用毫秒级的脑电技术，精准捕捉大脑对每个词语的反应。

接着，他们将同样的故事文本输入给大语言模型，比如GPT-2和Llama-2，提取模型每一层对文本的内部理解表示

令人震惊的实验结果出现了：

GPT那看似冰冷的层级结构，竟然在人类的大脑里，找到了完美的时间对应关系。

过去，我们总以为是GPT在模仿人类。但这个实验却给出了一个石破天惊的暗示：

或许，我们的大脑，天然就长成了「GPT」的样子。

GPT的结构，能在大脑里找到对应

要理解这项研究的颠覆性，必须看清它最关键、也最精妙的动作：把GPT的48层结构，逐层对齐到人脑的时间序列。

研究团队找了9名因癫痫接受术前监测的病患，他们的大脑皮层上，已经植入了高密度的ECoG电极。

ECoG植入和定位示意图

这种设备能以毫秒级精度记录大脑真实的电活动。

受试者听了一段30分钟的播客，研究者同步采集到了围绕每个词出现时刻的高伽马脑电信号。

这些信号覆盖了语言通路中的关键区域：从掌管听觉的mSTG、aSTG，到负责语言整合的IFG，再到高级语义区的TP。

与此同时，研究者把同一段文本输入GPT-2 XL和Llama-2。

每当模型处理到一个词时，他们就「暂停」，抽取这个词在模型内部从第一层到最后一层的所有内部理解表示。

随后，他们将模型每一层的表示，通过CA降维进行简化，然后用线性模型去尝试预测人脑在那一毫秒的电活动。

研究方法示意：GPT-2的每一层都会生成一个语义表示（左）。研究者把这些语义表示输入线性模型，预测人脑听到该词时的脑电活动（右）。如果某一层语义表示能在特定时间点预测脑电，就说明该层与那一时刻的大脑处理阶段对应。

如果GPT的内部层级结构与人脑无关，那么将模型层级对齐到大脑的时间轴上，结果必然是一团乱麻，毫无秩序。

但如果二者真的存在某种结构对应，我们就会在脑电时间轴上看到秩序。

事实正是如此。

把模型的层级，排成「时间阶梯」

实验一开始，研究者只是想验证一个简单的假设：

如果大语言模型的层级结构与大脑的某个处理阶段相对应，那么这种对应，就应该像接力跑一样，在时间轴上依次出现。

研究者把GPT的每一层语义表示丢进线性模型里，试图去预测大脑在听到每个词时，高伽马活动会在哪一毫秒达到峰值。

他们的设想是：如果模型的浅层、中层和深层分别承担不同的语言功能，那么它们在人脑活动的时间轴上，也理应「错开时间」、「按序登场」。

结果，这张「时间阶梯图」清晰地揭示了大脑的秘密：越靠近高阶语义的区域，越像GPT的深度结构。

GPT的48层在大脑语言通路中呈现出清晰的「时间—深度」对应结构。浅层（暖色）在更早的时间点达到峰值，深层（冷色）在更晚时间出现。TP、aSTG、IFG等高阶区域表现出强线性关系（r=.93 / .92 / .85），而mSTG（近听觉皮层）几乎没有层级结构（r≈0）。

因为这里只处理了声音本身，语言的语义和结构还未展开。

可一旦进入aSTG、IFG、TP，曲线像被拉开一样，呈现出从浅到深的整齐分布。

在关键语言区IFG内部，GPT的层级结构同样呈现强烈的时间对应关系。左：浅层至深层的相关度分布（暖色→冷色）。右：浅层峰值更早、深层更晚，形成规律性的时间推移。IFG 的整体拟合度达到r=.85（p < .001）。

一个颠覆性的认知慢慢浮现：

原来，大脑理解语言，并不是先按部就班地解析语法、再一步步地拆解词汇。

它真正做的，是像GPT一样，进行一层又一层的语义推断和概率预测。

而这套高度复杂的推断节奏，竟然与大语言模型的内部深度路径，完美地重合了。

规律越清晰，传统语言学就越尴尬

如果GPT的层级结构真能在大脑里找到对应，那么一个更尖锐的问题随之而来：

那些我们以为描述语言「最准确」的传统模型——音位、词素、句法、语义，它们构建的语言理解框架，会呈现出同样的时间结构吗？

传统语言学语法树

研究团队把这四类符号语言学模型全部纳入测试。

要知道，它们的构建逻辑是教科书级的，是数十年来语言学和心理语言学的基础框架。

如果人类语言真的依赖这些规则，那么它们理应比GPT更能精确地预测大脑的反应。

结果很快给出了答案：传统符号模型确实能预测一部分脑电活动，但与GPT的「像不像」程度，差得非常远。

在同样的毫秒级时间轴上，这些符号模型的预测曲线找不到明确的「浅到深」、「早到晚」的序列分布。

它们没有层级，也没有时间推进，像是缺失了某种连续、动态的语言动力。

对比之下，GPT的嵌入式表示呈现的是一种「流动式」的处理轨迹：意义随着时间被不断更新、压缩、整合，每一层都有自己的位置，像精密的齿轮嵌在上下文里。

而符号模型的结构，更像是静止的、离散的标签堆叠，无法在毫秒级的时间维度里，给出足够细致的、动态的映射。

这无疑得出了一个颠覆性的结论：人脑的语言机制，并不是符号规则的简单堆叠，而是一种连续的、深度预测式的加工过程。

当我们试图用语法树解释语言时，大脑实际上已经完成了几十层的非线性变换；而这些变换，正是Transformer模型最擅长的核心能力。

视觉对比：神经网络与人脑

换句话说，符号模型能告诉我们「语言是什么」，但GPT却更像是在展示「大脑是如何处理语言的」。

这是一个真正的分水岭。语言学的解释框架与神经科学的实证结果，第一次发生了如此明显的认知分歧。

而站在大脑这一侧，替大脑说话的，是那台我们本以为只是「模仿人类」的GPT。

语言不是规则，而是一种预测能力

当GPT的层级能在人脑里找到清晰的时间对应，当耗费了几十年心血的符号语言学模型在毫秒级脑电面前显得迟缓、无序时，这项研究的意义已经超出了单纯的模型比拼。

它其实指向了一个更底层、更古老的问题：语言到底是什么？

过去几十年，我们用语法规则解释句子，用语义网络解释概念，用树状结构描述语言的逻辑关系。

这些框架强调「结构、类别、层次」，却很少讨论语言在大脑中的即时生成方式：它如何在毫秒级连续变化？如何在瞬间整合过去与未来？

而这次的结果，彻底呈现出一种截然不同的景象——

大脑处理语言，根本不像在执行规则，而更像是在沿着一条不断压缩、预测、更新的轨道向前推进。

浅层负责快速提取线索；中层开始整合语境；深层构建较长的意义链条。

整个过程，不是一棵静止的「语法树」，而是一种向前流动的计算。

这正是Transformer模型在被设计出的，试图通过多层、非线性、依赖上下文、随时间滚动更新等特性来捕捉的「流动结构」。

讽刺的是，我们一直以为这是工程师的发明。现在看来，它更像是大脑本身为了高效处理信息，在数十亿年进化中选择的一条计算路径。

这让语言的定义悄悄发生了变化——语言不再是规则体系，而是一种动态预测机制。

我们理解一句话，并不是先知道它的语法，再去匹配意义；而是在每一毫秒里，把「下一刻可能发生什么」算出来。

GPT就是按照这种方式训练的。

也许这就是为什么，当我们越来越依赖大型语言模型时，总觉得它们像在理解我们。

不是因为它们学会了人类的规则，而是因为它们意外地匹配了人类大脑的节奏。

当GPT的内部层级在大脑里找到了清晰的时间对应，我们看到的，已经不再是某一个AI模型的「胜利」，而是一种结构上的趋同，一种底层计算规律的殊途同归。

语言的本质，也许从不是静态的语法规则，而是连续的、动态的预测。

大脑靠这种机制来理解世界、整合信息；模型靠这种机制来生成语言、模拟智能。

最终，两条路径在同一个高效的计算规律上相遇了。

我们熟悉的语言学和认知科学框架，或许需要一次全面的更新。

理解GPT的内部结构，也许正是在重新理解我们自己。

参考资料： 

https://neurosciencenews.com/ai-language-brain-30025/ 

https://www.nature.com/articles/s41467-025-65518-0 

本文来自微信公众号“新智元”，编辑：倾倾 ，36氪经授权发布。