▲神经元激活示意图（图片来源：Christian Burkert/Volkswagen-Stiftung/University of Bonn）
我们的大脑在处理不同的数量时，究竟发生了什么？大脑是采用了两种不同的机制；还是工作机制其实一样，只是对小数字的不准确比例低到可以忽略不计？这个百年争论直到今天也没有得到解决。
近期，一项发表于《自然-人类行为》的研究通过对颞叶区域单个神经元活动的记录与分析得出了结论：大脑在处理≤4个与＞4个物体时，真的有两种截然不同的神经元激活机制！这个延续了超过150年的争议，有了迄今最为清晰的答案。
这项研究由德国图宾根大学的Andreas Nieder教授与波恩大学医学中心Florian Mormann教授领导。
在通过手术切除病变的神经组织来治疗癫痫时，为了确认病灶的位置，医生有时会先将电极插入患者的大脑。正是这个过程给了研究团队开展细胞层面研究的机遇。在这项由17位患者参与的研究中，研究团队在准备手术时会将极细的微电极插入颞叶，用来测定单个神经元对视觉刺激的响应。这些志愿者会看到电脑屏幕上一闪而过的点，画面持续时间只有半秒，而他们需要答出看到的点的数量——是奇数还是偶数。
与此前的发现一样，在不超过4个点时，他们总是能非常迅速地作出反应，几乎不会犯错。但随着点的数量增加，他们出错的频率开始增加，执行任务时的思考时间也变得更长。
此前的研究已经发现，我们的大脑拥有分别负责不同数量的神经元。例如在面前出现3个或7个物体时，激活的神经元是不一样的。那么，这些不同情况下，微电极记录下了怎样的神经元活动呢？
▲图像短暂出现后，志愿者需要回答看见的点是奇数还是偶数（图片来源：AG Mormann/University of Bonn）
首先是“大量”数字的情形。以看到7个物体为例，研究注意到，神经元激活与数字并不是一一对应的，数量略微改变时，这些神经元同样被激活，只是激活的程度略低。举例来说，负责7个物体的神经元，在大脑处理6或8个物体时也会被在一定程度上被激活；而到了5或9个物体时，激活程度就更微弱了。
然而，在处理3个物体时，情况完全不同。这时的神经元活动有着优异的选择性，并且还伴随着抑制效应——当负责3个物体的神经元被激活，它们会同时抑制负责相邻数字（也就是2和4）的神经元活动，从而降低了被数量3错误激活的风险。但在超过4个数字时，如前文所述，神经元活动的选择性下降，这也解释了大脑在辨识数字时的错误率突然上升的原因。
由此，这项研究不仅给出了这道百年难题的答案，还为理解人类大脑处理数字的方式提供了新的线索，并且可能有助于更好地理解计算障碍症状。
封面图来源：123RF参考资料：[1] Kutter, E.F., Dehnen, G., Borger, V. et al. Distinct neuronal representation of small and large numbers in the human medial temporal lobe. Nat Hum Behav 7, 1998–2007 (2023). https://doi.org/10.1038/s41562-023-01709-3[2] Nerve cells can detect small numbers of things better than large numbers of things. Retrieved Oct 2nd, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1003294
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