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缺乏视觉经验让盲眼数学家的大脑产生了什么样的改变？

长期缺乏视觉刺激输入的视觉皮质，竟然跟数学扯上关系！这是怎么一回事呢？

科学家约于1970年代末期发现，长期缺乏特定感觉讯号输入的大脑感觉皮质，会开始处理其他类型的感觉讯号。举例而言，盲人的视觉皮质可被用以处理听觉或触觉讯息，而聋人的听觉皮质也能被用来处理视觉韵律甚至是人脸辨识。不过在上述例子中，重组之后的感觉皮质所负责的工作仍然属于较单纯的知觉作业，它们有没有可能被挪用来进行更困难或更复杂的功能──比方说，算数学──或甚至更高难度的功能呢？

在一个实验中，位于约翰·霍普金斯大学Marina Bedny教授的实验室募集了一群自出生时便全盲的成年人参与实验，并比较他们和视力正常的对照组在进行简单的代数作业时，大脑的活化有何差异。

在实验当中，参与者必须进行〔代数判断作业〕和〔语意判断作业〕两种作业，两者都会以声音呈现。代数判断作业是这样进行的：参与者在每一题之中都会听到两个等式，例如“7-2=x”以及“6-1=x”，而他们必须判断这两个x是否相等。语意判断作业则是听两个句子，例如“美美踢了小狗一脚” 和“小狗被美美踢了一脚”，然后判断两个句子的意思是否相同。实验于功能性磁振造影仪（fMRI）中进行，所以研究者可以记录参与者在进行代数判断和语意判断时的脑部活动变化。在事后分析资料时，只要把〔代数判断〕和〔语意判断〕两者的大脑活化状态相比较，便能排除单纯负责判断意义异同的大脑区域，留下专精数学处理的区域。

其实过去研究便已指出，我们在进行比较数量大小、辨识数字、进行数学运算时，都必须仰赖大脑中包括前额叶和顶叶等数个特定区域（frontoparietal number network）的合作。而这个实验所发现的结果也是如此。不论是盲人或对照组的参与者，当他们在进行代数判断时大脑所活化的区域，都比他们在做语意判断时多使用了顶内沟（intraparietal sulcus，简称IPS）和背外侧前额叶。但是，盲人组比对照组还多使用了视觉皮质的一部分（middle occipital gyrus，简称MOG）。而且，盲人的MOG和IPS也显现出功能性连结、MOG本身的反应强度也和参与者的作业表现好坏有相关。

也就是说，盲人的视觉皮质除了可能被用来处理听觉、触觉等其他类型的感觉或知觉讯息以外，也可能被用来进行较为不一样的作业，像是代数运算。

除了简单的代数作业以外，盲人在思考相对高深艰难的数学问题时是否也会使用枕叶的视觉皮质呢？

人类除拥有理解数量和操弄数字与数学符号的能力以外，还具备基本的几何概念，甚至能够进行抽象、复杂的数学思考。但是，这些理解和探究高深数学的能力，是怎么发展出来的？ 有人认为，这奠基于人类的语言能力，例如语言学界的泰斗乔姆斯基（Noam Chomsky）便是其中之一；也有人认为，这起源于基础数学和空间能力。这两种解释其实并不互斥，只不过近年来的几项研究发现，人类在思考高阶数学问题时所动用的大脑区域，和我们在使用语言时所需要的大脑区域几乎毫无重叠，反而和我们在判断数量、做简单的加减乘除、和使用基本的空间能力时所使用的大脑区域有很大的重叠。

而一项由法国科学院院士史坦尼斯勒斯.狄汉（Stanislas Dehaene）教授的实验室所发表的研究显示，盲眼数学家在进行高阶数学问题思考时，也会使用枕叶的视觉皮质。

该研究的参与者包括三位眼盲的数学家（数学教授或全职数学研究员），其中一人出生便全盲，其余二人则分别于10岁、11岁时失去视力。另外还有二十位明眼的数学家也参与了实验作为对照组。和前面所介绍的实验不同，这个实验中所使用的数学问题都比较困难，且每个问题皆以陈述句的形式出现，例如“康托集合的边缘等同于集合本身”、“在一个偶维度的球面上，任一个向量场必有零点”注1。在所有的陈述中，正确、错误与毫无意义的句子各占总数的三分之一。而参与者的任务便是聆听并判定每个陈述究竟是正确、错误、或是无意义的。这些陈述涵盖了数学当中的相关分析学（analysis）、几何学（geometry）、拓朴学（topology）、代数学（algebra）等四个数学分支。除了数学陈述以外，实验中也使用了非数学的陈述让参与者判断，以作为对照用。例如“直布罗陀是世界上除梵蒂冈外最小的国家”、“巴黎地铁的建造年代较伊斯坦堡的早”注2，而这类句子一样有真、伪、无意义之分。

研究结果显示盲眼数学家和明眼数学家在做这些高阶数学陈述判断时，相较于他们在判断非数学陈述时，皆仰赖顶内沟、前额叶、以及颞下叶（inferior temporal regions）等区域。而盲眼数学家又多了部分的枕叶皮质，和前面介绍的实验结果相似。

本文所介绍的两个研究结果都显示，长期缺乏视觉刺激输入的视觉皮质不但有可能被用来处理其他种类的感觉讯息，还有被用来进行数学运算、数学问题思考的可能！

注1：此处两个例句的原文分别为“The boundary of the Cantor set equals itself.”以及“Any vector field on an even-dimensional sphere vanishes.”。

注2：文中四个陈述范例的正确答案如下：

康托集合的边缘等同于集合本身-正确；

在一个偶维度的球面上，任一个向量场必有零点-正确；

直布罗陀是世界上除梵蒂冈外最小的国家-正确；

巴黎地铁的建造年代较伊斯坦堡的早-错误。