新研究揭示人类大脑如何处理数字零

数字零在数字中占有特殊地位，对于发展全面的数论必不可少。尽管零在数学中很重要，但人们对其在人类大脑中的神经基础知之甚少。在一项新研究中，来自波恩大学医院、波恩大学和图宾根大学的神经科学家对神经外科患者进行了单神经元记录，同时他们对非符号数字表示(点数)，包括空集，以及符号数字(阿拉伯数字)，包括数字零做出判断。神经元对空集或数字零表现出反应，但不会同时对两者做出反应。

德国波恩大学医院和波恩大学的神经学家弗洛里安·莫曼教授说：“与一、二或三等代表可数数量的其他数字不同，零表示没有可数的东西，但同时仍然具有数值。”

“与正自然数相比，数字零的概念是在人类历史的最后两千年才出现的。”

“这也反映在儿童发展过程中，因为儿童通常只有在六岁左右才能理解零的概念和相关的算术规则。”

人类大脑中的神经细胞如何表示零的概念尚未被研究。

在他们的新研究中，莫曼教授和同事向颞叶中插入了细如发丝的微电极的神经外科患者展示了从 0 到 9 的数值。

数值一方面显示为阿拉伯数字，另一方面显示为点集，包括一个空集。

“与此同时，我们能够测量单个神经细胞的活动，并真正发现发出零信号的神经元，”波恩大学医院和图宾根大学的神经科学家 Esther Kutter 博士说。

“这种神经元对阿拉伯数字零或空集有反应，但不会同时对两者有反应。”

在这两种情况下，都存在数值距离效应，其中神经元对相邻数字 1 的反应较弱，但可以测量。

图宾根大学神经科学家安德烈亚斯·尼德 (Andreas Nieder) 教授说：“因此，在神经层面，零的概念并不是被编码为一个单独的类别，而是被编码为一个数值，与数轴下端的其他可数数值相结合。”

“尽管存在这种整合，但空集在神经元群体层面上的编码方式与其他数字不同，尤其是在点集的情况下，”莫曼教授补充道。

“这可以解释为什么在行为层面上识别空集所需的时间比其他小数要长。”

然而，对于阿拉伯数字，无论在神经层面还是行为层面均未发现这种影响。

研究人员说：“由此，我们认识到符号表示的重要性，例如通过阿拉伯数字，对于将数字零整合到人类大脑的数轴上。”

有关该研究的论文发表在《当代生物学》杂志上。