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德國圖賓根大學(xué)和波恩大學(xué)最近進(jìn)行的一項研究表明，大腦中的神經(jīng)元會在某些數(shù)學(xué)運(yùn)算中受到特別激發(fā)，檢測到的一些神經(jīng)元僅在加法期間活躍，而其他神經(jīng)元在減法期間活躍。這些神經(jīng)元都“不關(guān)心”計算指令是詞語形式還是運(yùn)算符號形式。該結(jié)果發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上。

大多數(shù)小學(xué)生知道三個蘋果和兩個蘋果加起來就是五個蘋果。然而，在這樣的計算過程中大腦中發(fā)生了什么，在很大程度上仍然是未知的。德國波恩大學(xué)和圖賓根大學(xué)此次開展的研究闡明了這個問題。

在一些患者中，癲癇發(fā)作總是起源于大腦的同一區(qū)域。為了精確定位這個缺陷區(qū)域，醫(yī)生將幾個電極植入患者體內(nèi)。探針可用于精確確定癲癇的起源，此外還可通過接線測量單個神經(jīng)元的活動。

五名女性和四名男性參與了該研究。他們在大腦顳葉中被植入了電極，以記錄神經(jīng)細(xì)胞的活動。同時參與者必須執(zhí)行簡單的算術(shù)任務(wù)。波恩大學(xué)醫(yī)院癲癇學(xué)系的弗洛里安·諾曼教授解釋說：“我們發(fā)現(xiàn)，在加法和減法期間，不同的神經(jīng)元會被激發(fā)”。

研究發(fā)現(xiàn)，某些神經(jīng)元只對“+”符號作出反應(yīng)，而另一些神經(jīng)元只對“-”符號作出反應(yīng)。即使用詞語替換數(shù)學(xué)符號，效果仍然相同。例如，當(dāng)受試者被要求計算‘5加3’時，他們的加法神經(jīng)元重新開始行動;而對于‘7減4’，他們的減法神經(jīng)元開始行動。

這表明，細(xì)胞實(shí)際上編碼了一種數(shù)學(xué)指令以供運(yùn)算。因此，大腦活動非常準(zhǔn)確地顯示了測試對象當(dāng)前正在計算什么樣的任務(wù)：研究人員將細(xì)胞的活動模式輸入到一個自學(xué)習(xí)的計算機(jī)程序中。同時，他們告訴軟件受試者當(dāng)前是在計算和還是差。當(dāng)算法在這個訓(xùn)練階段之后遇到新的活動數(shù)據(jù)時，它能夠準(zhǔn)確地識別出它是在哪個計算運(yùn)算中被記錄下來的。

圖賓根大學(xué)的安德雷斯·內(nèi)德爾教授表示，從猴子的實(shí)驗(yàn)中得知，特定于某些計算規(guī)則的神經(jīng)元也存在于它們的大腦中，然而在人類中，此前幾乎沒有任何這方面的數(shù)據(jù)。另外，不同的加法神經(jīng)元還在同一個算術(shù)任務(wù)中交替活躍，形象地說，就好像計算器上的加號鍵在不斷地改變它的位置，減法也是一樣。

總編輯圈點(diǎn)

雖然這只是一個小樣本研究，但也是對人類大腦探究的重要一步。9名被試，在大腦顳葉中被植入電極的情況下，做了些簡單的數(shù)學(xué)計算。這讓科研人員發(fā)現(xiàn)了大腦中存在的計算神經(jīng)元。這些神經(jīng)元對表示加或減的符號和文字均有反映。該發(fā)現(xiàn)不禁讓人好奇，數(shù)學(xué)天才們的大腦神經(jīng)元活動會有什么不同特點(diǎn)嗎?這些能在數(shù)學(xué)計算中活躍的神經(jīng)細(xì)胞，在其他任務(wù)中會有怎樣的表現(xiàn)?還有，可以嘗試鍛煉這些神經(jīng)元的能力嗎?所有疑問，都有待進(jìn)一步解答。(科技日報記者 張夢然)