大脑中发现“数学神经元”|总编辑圈点

• 2022-02-22 06:14:07 来源：科技日报

科技日报记者 张梦然

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某些数学运算中受到特别激发，检测到的一些神经元仅在加法期间活跃，而其他神经元在减法期间活跃。这些神经元都“不关心”计算指令是词语形式还是运算符号形式。该结果发表在《当代生物学》杂志上。

大多数小学生知道三个苹果和两个苹果加起来就是五个苹果。然而，在这样的计算过程中大脑中发生了什么，在很大程度上仍然是未知的。德国波恩大学和图宾根大学此次开展的研究阐明了这个问题。

在一些患者中，癫痫发作总是起源于大脑的同一区域。为了精确定位这个缺陷区域，医生将几个电极植入患者体内。探针可用于精确确定癫痫的起源，此外还可通过接线测量单个神经元的活动。

五名女性和四名男性参与了该研究。他们在大脑颞叶中被植入了电极，以记录神经细胞的活动。同时参与者必须执行简单的算术任务。波恩大学医院癫痫学系的弗洛里安·诺曼教授解释说：“我们发现，在加法和减法期间，不同的神经元会被激发”。

研究发现，某些神经元只对“+”符号作出反应，而另一些神经元只对“-”符号作出反应。即使用词语替换数学符号，效果仍然相同。例如，当受试者被要求计算‘5加3’时，他们的加法神经元重新开始行动；而对于‘7减4’，他们的减法神经元开始行动。

这表明，细胞实际上编码了一种数学指令以供运算。因此，大脑活动非常准确地显示了测试对象当前正在计算什么样的任务：研究人员将细胞的活动模式输入到一个自学习的计算机程序中。同时，他们告诉软件受试者当前是在计算和还是差。当算法在这个训练阶段之后遇到新的活动数据时，它能够准确地识别出它是在哪个计算运算中被记录下来的。

图宾根大学的安德雷斯·内德尔教授表示，从猴子的实验中得知，特定于某些计算规则的神经元也存在于它们的大脑中，然而在人类中，此前几乎没有任何这方面的数据。另外，不同的加法神经元还在同一个算术任务中交替活跃，形象地说，就好像计算器上的加号键在不断地改变它的位置，减法也是一样。

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虽然这只是一个小样本研究，但也是对人类大脑探究的重要一步。9名被试，在大脑颞叶中被植入电极的情况下，做了些简单的数学计算。这让科研人员发现了大脑中存在的计算神经元。这些神经元对表示加或减的符号和文字均有反映。该发现不禁让人好奇，数学天才们的大脑神经元活动会有什么不同特点吗？这些能在数学计算中活跃的神经细胞，在其他任务中会有怎样的表现？还有，可以尝试锻炼这些神经元的能力吗？所有疑问，都有待进一步解答。

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