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(jì)算時(shí)，一些神經(jīng)元在加法時(shí)很活躍，但在大腦做減法時(shí)，另一波神經(jīng)元開始活躍。而且不管是看到數(shù)學(xué)符號(hào)，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(gè)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(jì)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(tuán)隊(duì)就進(jìn)行了相關(guān)的探索。
簡(jiǎn)單來說，這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(cè)試其神經(jīng)元活動(dòng)。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?yàn)樵谶@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(gè)電極已植入患者體內(nèi)。
受益于這樣一個(gè)前提，而研究人員選擇了 9-10 個(gè)臨床 Behnke-Fried 深度電極來記錄神經(jīng)元信號(hào)，每個(gè)深度電極包含一束九個(gè)鉑銥微電極，尖端突出約 4 毫米。
實(shí)驗(yàn)過程中，志愿者坐在床上。在大約 50 厘米的距離處，有一臺(tái)觸摸屏筆記本電腦。
屏幕上依次顯示數(shù)字（或圓點(diǎn)）和符號(hào)，之后志愿者就從數(shù)字鍵盤中選出計(jì)算結(jié)果，然后有電腦顯示“正確”還是“錯(cuò)誤”。
每?jī)纱物@示中間有 800 毫秒的延遲；每個(gè)主體總共有 320 個(gè)試驗(yàn)組成，并分成 4 組。前 10 次試驗(yàn)視作排練，不計(jì)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(gè)單個(gè)神經(jīng)元的動(dòng)作電位：
海馬旁皮層 (PHC) 中的 126 個(gè)神經(jīng)元、海馬 (HIPP) 中的 199 個(gè)神經(jīng)元、內(nèi)嗅皮質(zhì) (EC) 中的 107 個(gè)神經(jīng)元和杏仁核 (AMY) 中有 153 個(gè)神經(jīng)元。
并將整個(gè)動(dòng)作模式輸入到一個(gè)自學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)程序中?；诙嘁蛩胤讲罘治?，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(jì)算指令發(fā)出后（也就是加或者減）會(huì)選擇性的增強(qiáng)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(lán)色）所表現(xiàn)出來的減法神經(jīng)元也是如此。
而且不同對(duì)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(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)計(jì)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(gè)算術(shù)任務(wù)中交替活躍。
研究人員形容，就好像計(jì)算器上的加號(hào)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(xiàng)研究標(biāo)志著理解大腦數(shù)學(xué)計(jì)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
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