神经元|大脑中发现“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 。
【神经元|大脑中发现“数学神经元”】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 。