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大腦究竟是怎么做是數(shù)學(xué)題的？

直到最近，科學(xué)家們才有了答案——

有專門的“數(shù)學(xué)神經(jīng)元”。

在執(zhí)行計算時，一些神經(jīng)元在加法時很活躍，但在大腦做減法時，另一波神經(jīng)元開始活躍。

而且不管是看到數(shù)學(xué)符號，還是加、減的文字。

一旦遇到，就能召喚出神經(jīng)元出來工作。

圖賓根大學(xué)與波恩大學(xué)的相關(guān)研究登上了Cell子刊Current Biology。

來看看這是個什么樣的研究。

大腦做算術(shù)題？

以往研究表明，小猴大腦中有特定用于計算規(guī)則的神經(jīng)元。

但人類大腦上卻沒有相關(guān)的數(shù)據(jù)。

基于這樣的背景，研究團隊就進行了相關(guān)的探索。

簡單來說，這個實驗是在大腦MTL（海馬體及其皮層）區(qū)域植入微型電極，讓志愿者做加減法，測試其神經(jīng)元活動。

志愿者為9名癲癇患者，其中4名男性，平均年齡在43.3歲。

因為在這些患者中，癲癇發(fā)作總是起源于大腦的同一區(qū)域MTL，為了精確定位缺陷區(qū)域，醫(yī)生將多個電極已植入患者體內(nèi)。

受益于這樣一個前提，而研究人員選擇了9-10個臨床Behnke-Fried深度電極來記錄神經(jīng)元信號，每個深度電極包含一束九個鉑銥微電極，尖端突出約4毫米。

實驗過程中，志愿者坐在床上。在大約50厘米的距離處，有一臺觸摸屏筆記本電腦。

屏幕上依次顯示數(shù)字（或圓點）和符號，之后志愿者就從數(shù)字鍵盤中選出計算結(jié)果，然后有電腦顯示“正確”還是“錯誤”。

每兩次顯示中間有800毫秒的延遲；每個主體總共有320個試驗組成，并分成4組。前10次試驗視作排練，不計入之后的分析中。

不同神經(jīng)元交替活躍

研究人員記錄了MTL區(qū)域中總共585個單個神經(jīng)元的動作電位：

海馬旁皮層 (PHC) 中的 126 個神經(jīng)元、海馬 (HIPP)中的 199 個神經(jīng)元、內(nèi)嗅皮質(zhì) (EC) 中的 107 個神經(jīng)元和杏仁核 (AMY) 中有 153 個神經(jīng)元。

并將整個動作模式輸入到一個自學(xué)習(xí)的計算機程序中。

基于多因素方差分析，首先確定了規(guī)則選擇性神經(jīng)元。

什么意思呢？

這些神經(jīng)元在計算指令發(fā)出后（也就是加或者減）會選擇性的增強放電。

可以看到，圖中A、B加法規(guī)則情況下，加法神經(jīng)元（紅色）表現(xiàn)出的特定活躍性。C、D（藍色）所表現(xiàn)出來的減法神經(jīng)元也是如此。

而且不同對于任務(wù)周期和MTL區(qū)域，這種具有選擇性的神經(jīng)元比例也有所不同。

除此之外，團隊還發(fā)現(xiàn)計算規(guī)則的編碼與規(guī)則提示無關(guān)，以及在海馬旁皮層 (PHC) 區(qū)域（圖I），不同的加法神經(jīng)元在同一個算術(shù)任務(wù)中交替活躍。

研究人員形容，就好像計算器上的加號鍵在不斷地改變它的位置。減法也是一樣。

波恩大學(xué)醫(yī)院癲癇學(xué)系Mormann教授表示，這項研究標(biāo)志著理解大腦數(shù)學(xué)計算邁出了重要一步。

下一步他們想要了解這些神經(jīng)元究竟在其中發(fā)揮了什么作用。

論文鏈接：

??https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)00116-6#secsectitle009000116-6#secsectitle0090)

GitHub鏈接：

??https://github.com/EstherKutter/Neuronal-Codes-For-Arithmetic-Rule-Processing-In-The-Human-Brain