科学家发现大脑中真有“数学细胞”，做加减法时有不同的细胞参与

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科学家发现大脑中真有“数学细胞”，做加减法时有不同的细胞参与

科普大世界
2022-02-18 18:35匠心计划创作者,优质科学领域创作者
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很多不喜欢学数学的人，常会说自己没有数学细胞，或许这情况是真的，最近有科学家发现人类大脑中真的有“数学神经元”，对数字和数学的感知和学习能力很有影响。


来自德国图宾根大学和波恩大学的一个联合研究团队2月14日在《当代生物学》杂志上发表了一篇论文，宣称发现了大脑中有专司计算的“数学神经元”。


早先他们在对猴子的大脑进行研究时，就发现分别与视觉注意和高级认知过程有关的部分——顶内沟（IPS）和前额叶皮层（PFC）有特定用于计算规则的神经元，并将其称为“数字神经元”，具体位置在视觉皮层中一个单独的数字提取系统的神经电流下游，而猴子这种灵长类的大脑和人类大脑结构相似，但人类的计算能力要比猴子强多了，推测人类的数学神经元要比猴子发达得多。


这一次，两所学校的合作直接对人类的大脑进行研究，波恩大学医院癫痫科可以专门对癫痫患者的大脑进行外科手术，他们找了9名患有癫痫疾病的志愿者——五名女性和四名男性参与了研究，之所以找癫痫病人，是因为这类病人的癫痫发作多是发生在大脑的同一区域，可以对脑部活动精确定位，这个有缺陷的区域，医生在这些患者大脑MTL（海马体及其皮层）区域植入了微型电极探针，这种探针可以精确确定其神经痉挛的来源，而且单个神经元的活动也可以通过这种连接进行测量。



接下来研究者们让志愿者做加减法运算，以观察该区域中神经元的活动，发现他们在做加法和做减法时分别会激活两组不同的神经细胞，研究者将其称之为“加法神经元”和“减法神经元”，做加法时加法神经元活跃，做减法时减法神经元活跃，这表明运算思维启动时，脑部思维区域实际上编码了一个数学指令，不同的神经细胞参与了这一指令，并得出了想要的结果。



研究者们发现即便使用了文字介绍的加减法的运算（非数学符号）也会产生同样的效果，同时还发现不同的加法和减法神经元还会在同一个算术任务中交替性出现活跃现象，说明大脑活动非常准确地显示了受试者目前正在计算的任务类型，而且神经元分工很明确，因此得出“人类大脑中真有数学神经细胞”的结论。这或许也能说明，有些人数学学得好真的是有生理原因的，大脑计算区域先天发达或者后天得到锻炼强化，
加法神经元”和“减法神经元”，做加法时加法神经元活跃，做减法时减法神经元活跃，这表明运算思维启动时，脑部思维区域实际上编码了一个数学指令，不同的神经细胞参与了这一指令，并得出了想要的结果。



研究者们发现即便使用了文字介绍的加减法的运算（非数学符号）也会产生同样的效果，同时还发现不同的加法和减法神经元还会在同一个算术任务中交替性出现活跃现象，说明大脑活动非常准确地显示了受试者目前正在计算的任务类型，而且神经元分工很明确，因此得出“人类大脑中真有数学神经细胞”的结论。这或许也能说明，有些人数学学得好真的是有生理原因的，大脑计算区域先天发达或者后天得到锻炼强化，都有助于提升数学思维能力。



人类在数学研究上已经取得了很高的成就，但即便是像1+1=2这样简单的问题被计算出来时，大脑中到底出现了什么样的计算机制，发生了什么样的过程，却一直不为人知，因此这项研究将从根本上认识人的思维发生过程中的生理机制，而数学细胞的发现将有助于解开多数参与计算的思维机制的生理过程。



波恩大学医院癫痫学系弗洛里安·莫尔曼教授就称这项研究“标志着我们朝理解大脑的数学计算机制方面迈出了重要一步”，还有专家认为了解人类大脑的数学计算机制对人工智能的进一步进化有着重要的启迪作用，这或许将来能够帮助人工智能，像人类一样思考，不过这对人类来说到底会有着怎样的影响？目前还不能确定。


参考资料：
《光明网》2月16日文章《研究发现大脑中的“数学神经元”》






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