许多数学方程式只能通过一项特殊的人类发明来解决：数字零。在许多方面，这是一个奇怪的概念。它是一个数量，由不存在来定义。它也出现在我们物种的文化历史中相对较晚，引起了几个悖论——例如，不能除以零——并且是数学的基础。
然而，“空”并不容易理解。“掌握零需要额外的抽象思维……我们必须‘从无中创造出一些东西’，”伦敦大学学院的认知神经科学家本杰明·巴内特说。
零最新的惊喜可能在于大脑学习处理抽象概念的能力。现在的研究表明，零的概念与许多数字的处理方式相似，并且可以位于心理数轴上。
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在蒂宾根大学的安德烈亚斯·尼德和德国波恩大学医院的弗洛里安·莫尔曼最近的一项调查中，研究人员证明，大脑至少在两个不同的地方处理“零”：一个用于数字，另一个用于它代表的空集。该团队在对 17 名癫痫患者进行的实验中取得了这些发现。所有参与者都在颞叶中插入了微电极，为手术做准备。当受试者专注于一项任务时，头发般细的传感器可以观察单个神经元的反应。
在实验过程中，每位参与者都观看了一个小屏幕，屏幕上显示了从零到九的不同数字集，一侧表示为点云——其中“零”是空云——另一侧表示为阿拉伯数字。通过监测受试者的大脑活动，研究人员观察到神经元对空集有特定反应，而另一些神经元则对数字零有反应。
荷兰乌得勒支大学的认知神经科学家本·哈维说，这一发现本身并不令人惊讶，他没有参与这项研究。他指出，空集“是物理对象的数量……[而]包括零在内的符号数字是语言符号，是语言的组成部分，而不是物理对象。”
此外，这种相同的基本模式——例如，对于数字 3 与三个点激活不同的神经元——适用于迄今为止研究的其他数字。但是，当考虑零时，空集和数字之间的区别可能尤为重要。“当您根据行为数据或神经元数据仔细观察时，零仍然略有不同；它仍然很特别，”尼德说。“它是数字家族中这个古怪的叔叔。”
例如，他和他的同事发现，人们处理空集比处理符号数字 0 花费更多的时间。莫尔曼说，鉴于这些发现，“如果没有这些数字，这些符号表示，就很难创建任何与数学相关的理论。”
零可以在多个层面上概念化，包括作为“不存在”、一种特殊的空虚类别、一个数量或在计算中使用的数字。尽管许多动物都有数字感，但研究过乌鸦和猴子的尼德怀疑，只有人类在数学上使用零。
此外，数学中使用的数字零是人类需要向他人学习的东西——它不是一个与生俱来的概念。儿童通常要到大约六岁才能理解它。这比其他数字大约晚两年。
零在某种程度上是独特的概念也来自对脑损伤的研究。巴内特指出，大约 14% 的中风患者可能无法阅读或处理包含数字 0 的数字。他和伦敦大学学院的认知神经科学家斯蒂芬·弗莱明于 8 月发表的研究结果表明，无论一个人是将零视为数字还是空集，大脑都会将零定位在心理数轴上。尼德和莫尔曼的团队也证明了这一点——尽管使用了不同的方法，并且侧重于不同的脑区。
弗莱明说：“总的来说，这两项研究非常互补，并且在更好地理解零是如何在人脑中表示方面取得了很大进展。”
本文最初发表于《光谱》杂志，经许可转载。