研究人員在大腦中發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)神經(jīng)元

大腦中的神經(jīng)元會在某些數(shù)學(xué)運算中特別激發(fā)。圖賓根大學(xué)和波恩大學(xué)最近進行的一項研究表明了這一點。研究結(jié)果表明，檢測到的一些神經(jīng)元僅在加法期間活躍，而其他神經(jīng)元在減法期間活躍。他們不關(guān)心計算指令是寫成單詞還是符號。該結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上。

大多數(shù)小學(xué)生可能已經(jīng)知道三個蘋果加兩個蘋果加起來就是五個蘋果。然而，在這樣的計算過程中大腦中發(fā)生了什么仍然很大程度上是未知的。波恩大學(xué)和蒂賓根大學(xué)目前的研究現(xiàn)在闡明了這個問題。

研究人員受益于波恩大學(xué)醫(yī)院癲癇科的一項特殊功能。它專門從事癲癇患者大腦的外科手術(shù)。在一些患者中，癲癇發(fā)作總是起源于大腦的同一區(qū)域。為了精確定位這個缺陷區(qū)域，醫(yī)生將幾個電極植入患者體內(nèi)。探針可用于精確確定痙攣的起源。此外，可以通過接線測量單個神經(jīng)元的活動。

一些神經(jīng)元只有在總結(jié)時才會觸發(fā)

五名女性和四名男性參與了當(dāng)前的研究。他們在所謂的大腦顳葉中植入了電極，以記錄神經(jīng)細胞的活動。同時，參與者必須執(zhí)行簡單的算術(shù)任務(wù)。“我們發(fā)現(xiàn)，在加法和減法期間，不同的神經(jīng)元會被激發(fā)，”波恩大學(xué)醫(yī)院癲癇學(xué)系的 Florian Mormann 教授解釋說。

并非某些神經(jīng)元只對“+”號作出反應(yīng)，而另一些神經(jīng)元只對“-”號作出反應(yīng)：“即使我們用單詞替換數(shù)學(xué)符號，效果仍然相同，”Esther Kutter 解釋說，他是在 Mormann 教授的研究小組攻讀博士學(xué)位。“例如，當(dāng)受試者被要求計算‘5 和 3’時，他們的加法神經(jīng)元重新開始行動;而對于‘7 減 4’，他們的減法神經(jīng)元開始行動。”

這表明發(fā)現(xiàn)的細胞實際上編碼了一種數(shù)學(xué)指令以供行動。因此，大腦活動非常準(zhǔn)確地顯示了測試對象當(dāng)前正在計算的任務(wù)類型：研究人員將細胞的活動模式輸入到一個自學(xué)習(xí)的計算機程序中。同時，他們告訴軟件受試者當(dāng)前是在計算總和還是差值。當(dāng)算法在這個訓(xùn)練階段之后遇到新的活動數(shù)據(jù)時，它能夠準(zhǔn)確地識別出它是在哪個計算操作期間被記錄下來的。

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