数数原来这么难？大脑理解数字也有“边界”

对于大于4的数字，数字神经的激活变得模糊，并且错误率升高，而对于数字4和小于4的数字，几乎只有对应数字的神经被激活，错误激活的概率很低，表明大脑会首先粗略估计看到的物体有多少，然后精确到具体数字，说明大脑可能对小数字的识别存在一种额外的纠错机制。

人类如何理解数字是一个百年未解的难题。近日，这个难题有了突破性进展。德国科学家埃丝特·库特等研究人员在最近一期国际著名期刊《自然·人类行为》发表《人类内侧颞叶中小数和大数的不同神经元表示》论文，在历史上首次证实人类神经元在数字4的周围编码存在“边界”。

人类是否天生就能理解数字?这个问题一直备受争议。有人认为孩子天生就具有理解数字的能力，而另一些人则认为这种能力需要后天学习。对于数字的理解应该包含两层含义，一是分辨物体的多少和大小，二是数数并进行精确计算。婴儿似乎天生对数字有着分辨能力，如果在婴儿面前放置两堆数量不同的玩具或者食物，那么他们就会倾向于爬到数量更多的那堆物体面前，但正确地数数和进行计算，则需要经过父母和老师长时间不断教导。

很多动物也表现出对数字的理解能力。猴子会快速地评估两棵树上的果实数量，以及自己竞争者的数量，从而决定去哪棵树上觅食，独居的雄狮也会评估对手狮群的数量来选择战斗或者逃跑。人类和动物都具有理解数字的能力，但人类明显更胜一筹，这引发了人们对大脑如何学会数数和计算的好奇。

我们可以进行一个有趣的小游戏，找出一把豆子随机选出几粒，让已学会数数的孩子看。游戏规则是，只能看一眼，然后凭借自己的感觉说出一共有多少粒豆子。大多数情况下，豆子的数量在4粒或者少于4粒时，孩子们的准确率最高;当豆子的数量大于4粒尤其多于10粒时，很多人几乎无法凭借一瞬间的印象说出究竟有多少豆子。

1871年，这个实验由英国科学家史丹利·杰文第一次提出并发表在《自然》杂志上，题目为《辨别数字的能力》。这个实验的结果说明人类很容易辨别并掌握小数字，但是对于大数字则比较困难。

2002年，美国科学家安德烈亚斯·尼德等人在研究猴子的行为时发现，猴子大脑中存在着一些对数字敏感的神经，当看到特定数字的时候，这些神经就被激活，会持续不断地发出电信号。而且这些神经在出现相邻数字的时候，也会发射电信号，只是没有那么频繁。后来，德国科学家海伦·迪茨等在乌鸦的大脑中也发现了类似的数字神经。

那么，人类大脑也是使用同样数字神经理解数字的吗?2023年10月，埃丝特·库特等研究人员在神经外科癫痫病人的帮助下完成了相关实验。之所以选择癫痫病人作为被试对象，是因为他们的大脑颞叶中已经植入了电极，用于帮助这些病人对抗癫痫的发作，而这些电极也可以用来记录人脑在识别数字或数数时单个神经的电信号。

实验结果表明，人脑使用了两种截然不同的机制处理数字：对于大于4的数字，数字神经的激活变得模糊，并且错误率升高，而对于数字4和小于4的数字，几乎只有对应数字的神经被激活，错误激活的概率很低。这表明大脑会首先粗略估计看到的物体有多少，然后精确到具体数字，但是这种精确只是对于小数字生效，说明大脑可能对小数字的识别存在一种额外的纠错机制。

大脑颞叶对小数字和大数字的不同处理机制揭示了颞叶中存在一个明显的数量界限。因为大脑颞叶与人的记忆和感知等功能相关，所以人的记忆和注意力可能也存在针对少量事物和大量事物的不同机制，并且影响人在学习和工作中的表现。研究人员发现，大脑颞叶在儿童学习数数或者乘法口诀时会显著激活，这样就可以理解孩子们为什么学习小数字的时候很轻松，而对于大数字则难以掌握。

未来，随着对大脑其他脑区如何理解数字的更深入研究，也许我们可以更好地设计教育方式，教会孩子们用更轻松的方法掌握数数和计算，同时了解大脑如何理解数字，也可以帮助我们更好地理解人类是如何掌握数学，进而可能仿照设计出比人脑更加智能的机器。

(王琳琳系吉林省科普创作协会会员、吉林省科学技术工作者服务中心助理研究员，刘传波系吉林省科普创作协会会员、中国科学院长春应用化学研究所博士)

编辑：WX 审编：AD