大脑的一些神经元在加法运算任务中特别活跃，而另一些则在减法任务中表现活跃。来源：Christian Burkert/Volkswagen-Stiftung，波恩大学
图宾根大学和波恩大学最近进行的研究发现，大脑中的一些神经元在特定的数学运算中十分活跃。研究发现一些神经元在加法运算中额外活跃，而另一些则在减法任务中表现活跃。这些神经元并不在意运算的指示方式是以文字表述还是使用符号。研究结果发表在《当代生物学》杂志上。
大多数的小学生大概都知道三个苹果加两个苹果等于五个苹果。然而，运算时大脑内发生的过程很多仍然是未知的。最近图宾根大学和波恩大学的研究阐明了大脑进行数学运算的机制。
波恩大学医院癫痫科专攻癫痫患者的大脑手术治疗。一些病人的癫痫总是来源于大脑同一区域。为了准确定位病灶，医生需要在病人体内植入电极。电极探针能用于准确定位癫痫的起源区域。并且，电极能测量单个神经元的活动。
一些神经元只活跃于加法运算时
五位女性与三位男性参与了目前这一研究。他们在颞叶植入了记录神经元活动的电极。同时，参与者需要完成一些简单的算术任务。波恩大学医院癫痫科的教授Florian Mormann解释道：“我们发现进行加法和减法运算时活跃的神经元不同。”
并非部分神经元只对“+”或“-”有反应。在Mormann研究团队进行博士研究的Esther Kutter解释说：“即便我们用文字替代数学符号，效果也相同。比如，当要求参与者计算‘5加3’时，他们的加法神经元活跃；而要求计算‘7减4’时，则是减法神经元在完成任务。”
这意味着发现的细胞事实上通过编码一个数学指令进行活动。大脑活动准确地显示了目前执行的运算任务类型：研究人员向自我学习的电脑程序中输入了细胞活动模式。同时，研究人员也在电脑程序中输入参与者是在进行加法还是减法。训练完成后算法若遇到新的活动数据，就能明确它是在哪一种运算操作中被记录下来的。
研究人员在五名女性和四名男性脑中植入电极以测量单个神经元的活动。来源：Christian Burkert/Volkswagen-Stiftung，波恩大学
图宾根大学的教授Andreas Nieder与教授Mormann共同指导了这项研究，Nieder教授表示：“我们从猴子的实验中得知它们的大脑中也存在针对特定计算规则的神经元。然而，我们很难获得人类在这方面的数据。”分析过程中两个研究团队遇到了一个有趣的现象：他们所研究的脑区之一是海马旁回。研究人员在那里也发现了加法和减法所分别对应的神经元。但是，在进行完全相同的加法运算时，不同的加法神经元会轮流变得活跃。形象地说，就好像计算器上的加号按键一直在改变位置。减法也是一样的情况。研究人员把这称为“动态编码”。
Mormann强调：“研究标志着我们对最具象征性的数字运算能力的理解又进了一步。”波恩大学和图宾根大学的研究团队如今想要研究这些神经细胞究竟在其中发挥着怎样的作用。
来源：Crissy Jarvi，Unsplash
翻译：陈振翀
审校：先雨
引进来源：波恩大学
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