對于大于4的數(shù)字，數(shù)字神經(jīng)的激活變得模糊 ， 并且錯誤率升高，而對于數(shù)字4和小于4的數(shù)字，幾乎只有對應(yīng)數(shù)字的神經(jīng)被激活，錯誤激活的概率很低，表明大腦會首先粗略估計看到的物體有多少，然后精確到具體數(shù)字 ， 說明大腦可能對小數(shù)字的識別存在一種額外的糾錯機制 。
人類如何理解數(shù)字是一個百年未解的難題 。近日，這個難題有了突破性進展 。德國科學(xué)家埃絲特·庫特等研究人員在最近一期國際著名期刊《自然·人類行為》發(fā)表《人類內(nèi)側(cè)顳葉中小數(shù)和大數(shù)的不同神經(jīng)元表示》論文，在歷史上首次證實人類神經(jīng)元在數(shù)字4的周圍編碼存在“邊界” 。
人類是否天生就能理解數(shù)字？這個問題一直備受爭議 。有人認為孩子天生就具有理解數(shù)字的能力 ， 而另一些人則認為這種能力需要后天學(xué)習(xí) 。對于數(shù)字的理解應(yīng)該包含兩層含義，一是分辨物體的多少和大小 ， 二是數(shù)數(shù)并進行精確計算 。嬰兒似乎天生對數(shù)字有著分辨能力，如果在嬰兒面前放置兩堆數(shù)量不同的玩具或者食物，那么他們就會傾向于爬到數(shù)量更多的那堆物體面前，但正確地數(shù)數(shù)和進行計算，則需要經(jīng)過父母和老師長時間不斷教導(dǎo) 。
很多動物也表現(xiàn)出對數(shù)字的理解能力 。猴子會快速地評估兩棵樹上的果實數(shù)量 ， 以及自己競爭者的數(shù)量 ， 從而決定去哪棵樹上覓食 ， 獨居的雄獅也會評估對手獅群的數(shù)量來選擇戰(zhàn)斗或者逃跑 。人類和動物都具有理解數(shù)字的能力，但人類明顯更勝一籌，這引發(fā)了人們對大腦如何學(xué)會數(shù)數(shù)和計算的好奇 。
我們可以進行一個有趣的小游戲，找出一把豆子隨機選出幾粒，讓已學(xué)會數(shù)數(shù)的孩子看 。游戲規(guī)則是，只能看一眼，然后憑借自己的感覺說出一共有多少粒豆子 。大多數(shù)情況下，豆子的數(shù)量在4粒或者少于4粒時，孩子們的準確率最高；當(dāng)豆子的數(shù)量大于4粒尤其多于10粒時，很多人幾乎無法憑借一瞬間的印象說出究竟有多少豆子 。
1871年，這個實驗由英國科學(xué)家史丹利·杰文第一次提出并發(fā)表在《自然》雜志上，題目為《辨別數(shù)字的能力》 。這個實驗的結(jié)果說明人類很容易辨別并掌握小數(shù)字，但是對于大數(shù)字則比較困難 。
2002年，美國科學(xué)家安德烈亞斯·尼德等人在研究猴子的行為時發(fā)現(xiàn)，猴子大腦中存在著一些對數(shù)字敏感的神經(jīng)，當(dāng)看到特定數(shù)字的時候 ， 這些神經(jīng)就被激活，會持續(xù)不斷地發(fā)出電信號 。而且這些神經(jīng)在出現(xiàn)相鄰數(shù)字的時候，也會發(fā)射電信號，只是沒有那么頻繁 。后來，德國科學(xué)家海倫·迪茨等在烏鴉的大腦中也發(fā)現(xiàn)了類似的數(shù)字神經(jīng) 。
那么，人類大腦也是使用同樣數(shù)字神經(jīng)理解數(shù)字的嗎？2023年10月，埃絲特·庫特等研究人員在神經(jīng)外科癲癇病人的幫助下完成了相關(guān)實驗 。之所以選擇癲癇病人作為被試對象，是因為他們的大腦顳葉中已經(jīng)植入了電極，用于幫助這些病人對抗癲癇的發(fā)作，而這些電極也可以用來記錄人腦在識別數(shù)字或數(shù)數(shù)時單個神經(jīng)的電信號 。
實驗結(jié)果表明，人腦使用了兩種截然不同的機制處理數(shù)字：對于大于4的數(shù)字，數(shù)字神經(jīng)的激活變得模糊 ， 并且錯誤率升高，而對于數(shù)字4和小于4的數(shù)字 ， 幾乎只有對應(yīng)數(shù)字的神經(jīng)被激活，錯誤激活的概率很低 。這表明大腦會首先粗略估計看到的物體有多少 ， 然后精確到具體數(shù)字，但是這種精確只是對于小數(shù)字生效，說明大腦可能對小數(shù)字的識別存在一種額外的糾錯機制 。
大腦顳葉對小數(shù)字和大數(shù)字的不同處理機制揭示了顳葉中存在一個明顯的數(shù)量界限 。因為大腦顳葉與人的記憶和感知等功能相關(guān)，所以人的記憶和注意力可能也存在針對少量事物和大量事物的不同機制，并且影響人在學(xué)習(xí)和工作中的表現(xiàn) 。研究人員發(fā)現(xiàn)，大腦顳葉在兒童學(xué)習(xí)數(shù)數(shù)或者乘法口訣時會顯著激活，這樣就可以理解孩子們?yōu)槭裁磳W(xué)習(xí)小數(shù)字的時候很輕松，而對于大數(shù)字則難以掌握 。
未來 ， 隨著對大腦其他腦區(qū)如何理解數(shù)字的更深入研究，也許我們可以更好地設(shè)計教育方式，教會孩子們用更輕松的方法掌握數(shù)數(shù)和計算，同時了解大腦如何理解數(shù)字，也可以幫助我們更好地理解人類是如何掌握數(shù)學(xué)，進而可能仿照設(shè)計出比人腦更加智能的機器 。
【數(shù)數(shù)原來這么難？大腦理解數(shù)字也有“邊界”】（王琳琳系吉林省科普創(chuàng)作協(xié)會會員、吉林省科學(xué)技術(shù)工作者服務(wù)中心助理研究員，劉傳波系吉林省科普創(chuàng)作協(xié)會會員、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所博士）

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