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2023

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研究发现大脑中的“数学神经元”


  德国图宾根大学和波恩大学最近进行的一项研究表明,大脑中的神经元会在特定的数学运算中被激活。研究结果显示,一些被检测到的神经元只在做加法时活跃,而另一些则在做减法时活跃。相关研究成果发表于《当代生物学》。

  众所周知,3个苹果加2个苹果等于5个苹果。然而,在这样的计算过程中,大脑发生了什么?

  波恩大学医院癫痫科专门对癫痫患者的大脑进行外科手术。有些病人的癫痫发作起源于大脑的同一区域。为精确定位这个有缺陷的区域,医生在病人体内植入几个电极。这些探针可以用来精确定位痉挛的来源。此外,单个神经元的活动可以通过连线来测量。

  基于上述基础,研究人员招募了5名女性和4名男性参与该研究。他们将电极植入参与者的大脑颞叶,以记录神经细胞的活动。同时,参与者必须完成简单的算术题。“我们发现,在做加法和做减法时,不同的神经元会被激活。”波恩大学医院癫痫科教授Florian Mormann解释说。

  并非是有些神经元只对“+”符号作出反应,而另一些神经元只对“-”符号作出反应。Mormann研究小组博士生Esther Kutter解释说,“即使我们用文字代替数学符号,效果也一样”。

  这表明,这些细胞实际上编码了一个数学指令。

  在分析过程中,研究人员发现,海马旁皮层的神经细胞在加减运算时特别活跃。然而,当相加时,不同的加法神经元在同一个运算任务中交替活跃,就好像计算器上的加号键在不断地改变它的位置,减号键也是一样。研究人员称之为“动态编码”。

  这项研究在理解人类重要的符号运用能力之一 ——数字计算上迈出了重要一步。