脑的计数

当我们的眼前摆放着2个、3个，或者4个苹果时，我们几乎能在瞬间，一眼就识别出苹果的数量。然而，当苹果数量达到5个或更多时，计算它们的数量的时间就开始增多，而且算错的概率也开始增大。

其实，一个多世纪以来，科学家就已经知道，人们对于目测数量不超过4个的物品是非常擅长的，这在研究界也被称为“感数（subitizing）”。但是，当面对更大的数字时，这种计算数字的能力就会明显下降。人类在估计数量上表现出的这种差异，已经困扰了好几代科学家。

一些科学家认为，我们的脑中存在两种不同的处理数量的方法，一种是处理小数量时的精确方法，它让我们能够非常快速且正确地检测到少量事物；另一种是处理大数量时的估计方法，它需要更长的计算时间，而且也不太精确。

还有一些科学家则认为，我们的脑使用的是统一套估计系统，这个系统在估计较小的数量时错误率非常低，而在估计较大的数量时会变得不太精确。

不过，一直以来，没有实验能够确定哪种模型是正确的。现在，一项新发表于《自然·人类行为》杂志的研究，终于通过实验证实了这种计数能力差异的原因，的确是因为我们的脑中存在两种截然不同的“数字系统”，在处理少量事物和大量事物时，采用了两种不同的评估机制。

专门的神经元

几年前，完成了这项最新研究的团队就已经证明，在我们的脑中，存在专门的与特定数量的事物相关联的神经元。例如，一些神经元主要对数量为2的事物放电，另一些则对数量为4的事物放电，还有一些对数量为7的事物放电。

然而，有时这些神经元也会对其他数量做出反应。比如，负责对数量“7”放电的神经元，也会对数量6和8做出反应，只是更弱而已；而且它们甚至仍然可以被数量5和9激活，只是激活程度更低而已。

之前，研究人员已经在猴子身上进行的实验中，证明了这种“数值距离效应”。有趣的是，在人类身上，这种效应只出现在数量较多的情况下。他们发现，对于数量少于5的情况，似乎有一种额外的机制，可以使这些神经元更加精确。

清醒的实验

这新的研究中，研究人员有了一个难得的机会来记录醒着的人的脑中的单个神经元活动。

这些被观测者都是在德国波恩大学医院接受癫痫治疗的患者。博恩大学癫痫专科的医生会试图通过手术切除患者的精神组织来治疗癫痫。在手术之前会，医生会将细如头发的微电极插入患者的颞叶，以此来确定致癫痫病灶的位置。而这些微电极可用来测量单个神经元对视觉刺激的反应。

通过将超细的微电极植入癫痫患者的颞叶，研究人员可以观察到脑的不同区域的单个神经元活动。（图/Christian Burkert/Volkswagen Foundation/University of Bonn）

17名这样的癫痫患者参与了这项最新的研究。他们被要求坐在电脑屏幕前，看着屏幕上出现的0到9个不同数量的点，这些点的出现时间为半秒钟。然后，这些参与者要说出他们看到的点数是偶数还是奇数。

不出所料，对于4个点以内的情况，他们的反应都非常迅速，且几乎不会出错；但当点数超过4个，错误率就会随着点数的增加而增加，测试者完成任务所需的思考时间也随之增加。

脑波图：显示了神经元的放电时间。（图/Christian Burkert/Volkswagen Foundation/University of Bonn）

过对这些参与者的神经元活动的分析表明，专门负责4或更少数量的神经元，会对与它们相关的数量做出非常具体和选择性的反应。然而，主要负责5到9的神经元，既会对这些与它们相关的数量做出强烈反应，也同时会对相邻的数量做出反应。

具体来说，当一个神经元负责对数量为3的事物做出反应时，它只会对这个数量做出反应，并会抑制对2和4做出响应的神经元。然而，这种机制并不存在于主要被5、6或8等更大数值激活的神经元中。这也就是导致了为什么当我们试图量化数量更多的事物时，往往错误率更高。

带来新的见解

这项工作解决了一个长期以来关于脑如何估计一个人看到多少物体的争论，为脑是如何处理数字的带来了新见解。从临床实践的角度来看，这些发现可能会让我们更好地理解计算障碍，这是一种与数字理解能力低下有关的发育障碍。从基础科研的角度看，有科学家认为，这一发现与理解思维的本质有关。从根本上说，这个问题是一个心智结构的问题：是什么构成了人类思维?

参考来源：

https://www.uni-bonn.de/en/news/164-2023/

https://www.nature.com/articles/d41586-023-03136-w

https://www.nature.com/articles/s41562-023-01709-3

封面图&首图：Pixabay