腦的計數
當我們的眼前擺放著2個、3個，或者4個蘋果時，我們幾乎能在瞬間，一眼就識別出蘋果的數量。然而，當蘋果數量達到5個或更多時，計算它們的數量的時間就開始增多，而且算錯的概率也開始增大。
其實，一個多世紀以來，科學家就已經知道，人們對於目測數量不超過4個的物品是非常擅長的，這在研究界也被稱為「感數（subitizing）」。但是，當面對更大的數字時，這種計算數字的能力就會明顯下降。人類在估計數量上表現出的這種差異，已經困擾了好幾代科學家。
一些科學家認為，我們的腦中存在兩種不同的處理數量的方法，一種是處理小數量時的精確方法，它讓我們能夠非常快速且正確地檢測到少量事物；另一種是處理大數量時的估計方法，它需要更長的計算時間，而且也不太精確。
還有一些科學家則認為，我們的腦使用的是統一套估計系統，這個系統在估計較小的數量時錯誤率非常低，而在估計較大的數量時會變得不太精確。
不過，一直以來，沒有實驗能夠確定哪種模型是正確的。現在，一項新發表於《自然·人類行為》雜誌的研究，終於通過實驗證實了這種計數能力差異的原因，的確是因為我們的腦中存在兩種截然不同的「數字系統」，在處理少量事物和大量事物時，採用了兩種不同的評估機制。
專門的神經元
幾年前，完成了這項最新研究的團隊就已經證明，在我們的腦中，存在專門的與特定數量的事物相關聯的神經元。例如，一些神經元主要對數量為2的事物放電，另一些則對數量為4的事物放電，還有一些對數量為7的事物放電。
然而，有時這些神經元也會對其他數量做出反應。比如，負責對數量「7」放電的神經元，也會對數量6和8做出反應，只是更弱而已；而且它們甚至仍然可以被數量5和9激活，只是激活程度更低而已。
之前，研究人員已經在猴子身上進行的實驗中，證明了這種「數值距離效應」。有趣的是，在人類身上，這種效應只出現在數量較多的情況下。他們發現，對於數量少於5的情況，似乎有一種額外的機制，可以使這些神經元更加精確。
清醒的實驗
這新的研究中，研究人員有了一個難得的機會來記錄醒著的人的腦中的單個神經元活動。
這些被觀測者都是在德國波恩大學醫院接受癲癇治療的患者。博恩大學癲癇專科的醫生會試圖通過手術切除患病的精神組織來治療癲癇。在手術之前會，醫生會將細如頭髮的微電極插入患者的顳葉，以此來確定致癲癇病灶的位置。而這些微電極可用來測量單個神經元對視覺刺激的反應。
通過將超細的微電極植入癲癇患者的顳葉，研究人員可以觀察到腦的不同區域的單個神經元活動。（圖/Christian Burkert/Volkswagen Foundation/University of Bonn）
17名這樣的癲癇患者參與了這項最新的研究。他們被要求坐在電腦螢幕前，看著螢幕上出現的0到9個不同數量的點，這些點的出現時間為半秒鐘。然後，這些參與者要說出他們看到的點數是偶數還是奇數。
不出所料，對於4個點以內的情況，他們的反應都非常迅速，且幾乎不會出錯；但當點數超過4個，錯誤率就會隨著點數的增加而增加，測試者完成任務所需的思考時間也隨之增加。
腦波圖：顯示了神經元的放電時間。（圖/Christian Burkert/Volkswagen Foundation/University of Bonn）
過對這些參與者的神經元活動的分析表明，專門負責4或更少數量的神經元，會對與它們相關的數量做出非常具體和選擇性的反應。然而，主要負責5到9的神經元，既會對這些與它們相關的數量做出強烈反應，也同時會對相鄰的數量做出反應。
具體來說，當一個神經元負責對數量為3的事物做出反應時，它只會對這個數量做出反應，並會抑制對2和4做出響應的神經元。然而，這種機制並不存在於主要被5、6或8等更大數值激活的神經元中。這也就是導致了為什麼當我們試圖量化數量更多的事物時，往往錯誤率更高。
帶來新的見解
這項工作解決了一個長期以來關於腦如何估計一個人看到多少物體的爭論，為腦是如何處理數字的帶來了新見解。從臨床實踐的角度來看，這些發現可能會讓我們更好地理解計算障礙，這是一種與數字理解能力低下有關的發育障礙。從基礎科研的角度看，有科學家認為，這一發現與理解思維的本質有關。從根本上說，這個問題是一個心智結構的問題：是什麼構成了人類思維？
#創作團隊：
撰文：糖獸
排版：雯雯
#參考來源：
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
#圖片來源：
封面圖&首圖：Pixabay