《Quanta Magazine》（量子杂志）每周都会介绍推动现代研究的最重要思想之一。本周，生物学特约撰稿人Yasemin Saplakoglu将从神经科学角度解析动物（包括人类）如何处理数字。
作者：Yasemin Saplakoglu 量子杂志特约撰稿人 2024-6-24 译者：zzllrr小乐（数学科普公众号）2024-6-25 |
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我们可以数“一、二，系鞋带”和“三、四，敲门”（在英语中two与shoe及four与door分别押韵，遂作为儿歌朗朗上口：“one, two, buckle my shoe；three, four, knock at the door”，zzllrr小乐译注）。我们可以快速计算出外出就餐后要给多少小费，或者坐火车去市中心需要多长时间。我们可以看到别人得到三块巧克力而我们只得到一块是多么不公平。
这些日常计算的核心是对数字的直观理解，即“数字感”。我们的大脑可以理解、连接和关联数字。
人类并非唯一具有数字感的动物。研究人员记录了各种各样的动物，从蚂蚁和蜜蜂到猴子和蜘蛛，它们似乎也掌握了至少一些数字。大多数被研究的动物都能评估一组物品的数量。例如，蜜蜂可以确定哪些地方有最多的花可供采摘。猴子可以判断哪些树上的果实最多（饥饿的竞争对手最少）。根据听到的吼叫声，母狮可以评估入侵其领地的新狮群的实力，并决定是与之战斗还是撤退。
德国图宾根大学动物生理学系主任安德烈亚斯·尼德 (Andreas Nieder) 去年告诉我：“区分数值的能力对于动物的生存来说是有益的。”
数字感的强大实用性及其在不同物种中的广泛分布是生物学家认为数字感可能最早出现于数亿年前的原因之一——在有脑动物的历史中相当地早。然而，特定数字能力的多样性也表明，其中一些能力可能在整个动物界中独立且反复地进化。
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目前，我们对数字感的神经学基础知之甚少。二十年前，研究人员发现猴子参与这些过程的某些神经元与“最喜欢的数字”有关。例如，一些神经元对数字5敏感，而另一些神经元对数字10敏感。神经元会更频繁地对其最喜欢的数字进行激发，而对其他数字的激发频率则较低。
人类研究表明，我们的大脑一眼就能准确判断的物体数量有一个极限，那就是4。我们能够立即估计一堆书有4卷，而不是9卷。通过检查癫痫患者的大脑，一组研究人员最近发现了这种界限可能存在的神经基础。正如我在《量子杂志》上报道的那样，他们发现大脑使用两种机制的组合来判断看到了多少个物体。一种机制估计数量，另一种机制提高快速估算的准确性，但仅适用于小的数字。
加州大学旧金山分校神经学助理教授佩德罗·皮涅罗·查加斯 (Pedro Pinheiro-Chagas) 告诉我，这项新研究“似乎是我们对数字感知理解的新飞跃的开始”。
但关于人类和其他动物的大脑如何感知数字，包括我们如何处理0这个抽象概念，我们仍有很多未知之处。
“数字0是所有数字中最迷人的，”尼德说。“它是数字家族中古怪的叔叔。”即使孩子们学会了其他小的数字，他们也需要几年时间才能掌握0的概念。尼德的团队和其他团队发现，一些动物，如猴子、蜜蜂和乌鸦，也有理解0的能力。《量子杂志》在2021年报道称，这种多样性表明，某些数字能力可能在整个动物界反复进化。
一旦“你意识到几乎每一种动物，甚至可能是每种动物，都具有完成数字任务的能力，那么你就会开始想知道......阈值是什么？极限是什么？”澳大利亚迪肯大学研究蜜蜂数字认知的博士后研究员斯嘉丽·霍华德（Scarlett Howard）告诉《量子杂志》道 。
在某些情况下，阈值似乎比人们曾经认为的要高得多。例如，蜜蜂知道0小于1，0小于2，0小于3。它们还会加减。霍华德说，人类和蜜蜂之间有超过6亿年的进化史，但我们却能完成类似的数字任务。越来越多的证据表明，对数字的理解可能是整个动物界大脑的基础。
网络上的报道 |
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《科学家》杂志发表了一篇专题文章，指出感知数量的能力是人类认知的基础。https://www.the-scientist.com/is-your-brain-wired-for-numbers-69194
麻省理工学院出版社出版了安德烈亚斯·尼德 (Andreas Nieder) 于2019年出版的有关理解和使用数字的进化优势的新书《数字大脑》的摘录。 https://thereader.mitpress.mit.edu/animal-kingdom-power-of-the-number-instinct
参考资料 |
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https://www.nature.com/articles/d41586-024-01482-x
https://www.the-scientist.com/is-your-brain-wired-for-numbers-69194
https://thereader.mitpress.mit.edu/animal-kingdom-power-of-the-number-instinct
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