研究發(fā)現(xiàn)：大腦中“數(shù)學(xué)神經(jīng)元” 結(jié)果發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上

德國圖賓根大學(xué)和波恩大學(xué)最近進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，大腦中的神經(jīng)元會(huì)在某些數(shù)學(xué)運(yùn)算中受到特別激發(fā)，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。這些神經(jīng)元都“不關(guān)心”計(jì)算指令是詞語形式還是運(yùn)算符號(hào)形式。該結(jié)果發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上。

大多數(shù)小學(xué)生知道三個(gè)蘋果和兩個(gè)蘋果加起來就是五個(gè)蘋果。然而，在這樣的計(jì)算過程中大腦中發(fā)生了什么，在很大程度上仍然是未知的。德國波恩大學(xué)和圖賓根大學(xué)此次開展的研究闡明了這個(gè)問題。

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(gè)缺陷區(qū)域，醫(yī)生將幾個(gè)電極植入患者體內(nèi)。探針可用于精確確定癲癇的起源，此外還可通過接線測量單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。

五名女性和四名男性參與了該研究。他們在大腦顳葉中被植入了電極，以記錄神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。同時(shí)參與者必須執(zhí)行簡單的算術(shù)任務(wù)。波恩大學(xué)醫(yī)院癲癇學(xué)系的弗洛里安·諾曼教授解釋說：“我們發(fā)現(xiàn)，在加法和減法期間，不同的神經(jīng)元會(huì)被激發(fā)”。

研究發(fā)現(xiàn)，某些神經(jīng)元只對(duì)“+”符號(hào)作出反應(yīng)，而另一些神經(jīng)元只對(duì)“-”符號(hào)作出反應(yīng)。即使用詞語替換數(shù)學(xué)符號(hào)，效果仍然相同。例如，當(dāng)受試者被要求計(jì)算‘5加3’時(shí)，他們的加法神經(jīng)元重新開始行動(dòng);而對(duì)于‘7減4’，他們的減法神經(jīng)元開始行動(dòng)。

這表明，細(xì)胞實(shí)際上編碼了一種數(shù)學(xué)指令以供運(yùn)算。因此，大腦活動(dòng)非常準(zhǔn)確地顯示了測試對(duì)象當(dāng)前正在計(jì)算什么樣的任務(wù)：研究人員將細(xì)胞的活動(dòng)模式輸入到一個(gè)自學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)程序中。同時(shí)，他們告訴軟件受試者當(dāng)前是在計(jì)算和還是差。當(dāng)算法在這個(gè)訓(xùn)練階段之后遇到新的活動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，它能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出它是在哪個(gè)計(jì)算運(yùn)算中被記錄下來的。

圖賓根大學(xué)的安德雷斯·內(nèi)德爾教授表示，從猴子的實(shí)驗(yàn)中得知，特定于某些計(jì)算規(guī)則的神經(jīng)元也存在于它們的大腦中，然而在人類中，此前幾乎沒有任何這方面的數(shù)據(jù)。另外，不同的加法神經(jīng)元還在同一個(gè)算術(shù)任務(wù)中交替活躍，形象地說，就好像計(jì)算器上的加號(hào)鍵在不斷地改變它的位置，減法也是一樣。

總編輯圈點(diǎn)

雖然這只是一個(gè)小樣本研究，但也是對(duì)人類大腦探究的重要一步。9名被試，在大腦顳葉中被植入電極的情況下，做了些簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算。這讓科研人員發(fā)現(xiàn)了大腦中存在的計(jì)算神經(jīng)元。這些神經(jīng)元對(duì)表示加或減的符號(hào)和文字均有反映。該發(fā)現(xiàn)不禁讓人好奇，數(shù)學(xué)天才們的大腦神經(jīng)元活動(dòng)會(huì)有什么不同特點(diǎn)嗎?這些能在數(shù)學(xué)計(jì)算中活躍的神經(jīng)細(xì)胞，在其他任務(wù)中會(huì)有怎樣的表現(xiàn)?還有，可以嘗試鍛煉這些神經(jīng)元的能力嗎?所有疑問，都有待進(jìn)一步解答。(科技日報(bào)記者 張夢然)

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