研究发现大脑用不同神经元计算加减法

日常生活中每天都少不了使用大脑进行数学计算，但是科学家并不知道大脑究竟怎样进行数学运算。一份新研究发现了这其中一个有意思的规律。

德国波恩大学（University of Bonn）和图宾根大学（University of Tübingen）的研究人员合作，利用一些癫痫患者脑部植入电极在波恩大学医院接受脑神经检查的机会，进行了一项实验，从而获得了这项发现。

这些患者的脑部植入电极接受监控，医生想找到癫痫病灶的部位并将它们切除。这项技术也能看到患者在完成某项任务的时候，哪些神经元受到激发。

研究人员利用这个理想的机会进行实验。一共9位患者参加了实验，5名女性、4名男性。电极植入在他们的大脑内侧颞叶（medial temporal lobe）区域，这是大脑处理记忆的一个重要部位。

每位患者被要求完成一些简单的加法和减法运算。有的运算题是用数字与数学符号的方式给出，比如2+2的形式;有的则是以文字的方式书写，比如“二加二”。患者完成所有运算题目过程中的所有神经活动都被记录下来。

结果研究者发现，患者在进行加法和减法的时候，这两种运算用到的是大脑内完全不一样的两组神经元。另外，不论运算题是符号还是文字的形式，大脑使用的神经元区域并没有不同。

为了进一步研究，研究人员用这套神经元活动的数据训练一套机器学习系统。先把每位患者的神经元活动数据输入系统，之后告诉系统他们进行的是加法还是减法运算。

等待系统累积了足够的经验后，研究人员向系统提供之前没有输入过的神经元数据，让系统判断这样的神经元活动所对应的思考过程应该是加法还是减法。结果系统都能正确做出判断。

主要研究者之一波恩大学的临床神经学家弗洛里安·莫尔曼（Florian Mormann）说：“这项研究标志着，我们对于人脑最重要的象征能力（symbolic abilities）之一——数字运算能力有了进一步的了解。”

象征能力是人脑具有的一种神奇的能力。根据大英百科全书（britannica.com）介绍，新生儿大约一岁的时候就开始发展出象征能力。具体表现为儿童能够把一个物体想象成另外一个物体来对待。比如把一小块木头当汽车玩，把一个杯子当作帽子等。

这份研究2月14日发表于《当代生物学》（Current Biology）期刊。