自1990年代中期以来,科学家们就提出了一种观点,认为数字数量的表征,无论是用数字还是文字表达,都由顶叶皮层负责编码。顶叶皮层是大脑中位于前额正上方的一个高级处理区域。 脑区受损患者和成年后灰质减少的低出生体重儿童表现出的计算能力缺陷为这一观点提供了支持。
然而,顶叶皮层——特别是其左半球——是否独立于符号系统处理数值,这一点仍然未知。 新的研究表明,该脑区可能更偏好符号表示而非其他数字表示形式。这一发现可能为帮助患有计算障碍的儿童打开大门。计算障碍是一种以严重受损的数学能力为特征的学习障碍。
伦敦大学学院的认知神经科学家罗伊·科恩·卡多什研究员说:“了解我们如何表示数字对于教育、康复至关重要,这样我们才能确切地知道缺陷的核心是什么,并了解我们如何训练[计算障碍患者]。”
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本周发表在Neuron期刊上的两项研究,采用了一种功能性磁共振成像 (fMRI) 的轻微调整方法,称为“fMRI适应”。 在监测活动时,研究人员注意到变化,其假设是大脑在习惯于某种刺激后会降低活动,然后在呈现新的刺激时重新激活。
在一项由科恩·卡多什领导的试验中,向12名受试者呈现了一系列两个数字,以数字(2或6)或文字(two或six)表示。 序列从数字2开始,然后是文字two或数字2。 每个数字表示形式闪烁350毫秒; 然后,在1300毫秒的时间间隔后,第二个符号闪烁。 这些值也出现在不同的模式中,其中数字2可以后跟文字或数字6。
科恩·卡多什的团队发现,无论符号系统如何,当数值发生变化时,左顶叶都会出现活动恢复,而当数值保持不变时则不会。 然而,科恩·卡多什说,在右叶中,涉及数字的试验中的适应效应强于文字,这暗示了对符号系统的依赖性。 他解释说,这表明“数字有不同的神经元群体,文字数字也有不同的神经元群体。”
法国国家健康与医学研究院的神经科学家曼努埃拉·皮亚扎采用了略有不同的方法。 她让14名志愿者在30秒内接触特定范围的数字(例如,17到19),以相同的符号表示——数字或点簇。 在最初的半分钟后,在接下来的90秒内,可能会插入一些离群值,同时保持在相同的范围内; 例如,在17到19之间的数字序列中出现17个点。 接下来,范围跳转到新的数字范围,例如47到49,尽管主要的表达方式,点或数字,保持不变。 在受试者适应新范围所需的最初30秒后,离群值(先前范围或不同符号系统的离群值)可能会再次出现。
皮亚扎和她的同事注意到,如果离群值与适应值相差较远,则无论符号系统如何,大脑中的反弹激活都更大。 然而,在左顶叶区域,当数字集合中出现离群点时,fMRI测得的活动略多于在点集合中出现离群数字时。 研究人员将此解释为意味着“至少在成人大脑中,数字符号和非数字数量会聚到共享的神经表征上”,这意味着存在“共享的神经元群体”,可以将符号映射到非符号数量。
加拿大西安大略大学的认知科学家丹尼尔·安萨里说,虽然新的发现似乎存在分歧,但两项研究都表明“左顶叶更精细地调整到数值大小的符号表示。”