最新研究表明，人类大脑中的特定神经元将数字“零”识别为数值，挑战了之前“零代表‘无’”的观念。

波恩大学医院和图宾根大学的科学家在理解人类大脑如何感知数字零方面取得了突破。

尽管零对数学很重要，但人类大脑中数字零的神经基础此前却不为人知。此前人们认为零是“无”，但事实上，内侧颞叶的单个神经元会将零处理为一个独特的数值。这一发现标志着零与其他数字的结合，而非将其视为一个单独的类别，对神经学和数学领域都具有重要意义。

数字零被视为数字系统和数学发展的基石，被誉为人类伟大的文化胜利之一。

“与一、二或三等代表可数量的其他数字不同，零表示没有可数的东西，但同时仍然具有数值。”共同通讯作者、英国波恩大学癫痫病学系的 Florian Mormann 教授说道，他也是波恩大学跨学科研究领域 (TRA)“生命与健康”的成员。

与正自然数相比，数字零的概念是人类历史上最近两千年才出现的。这也反映在儿童发展中，因为儿童通常要到六岁左右才能理解零的概念和相关的算术规则。

（从左至右）Florian Mormann 教授、Esther Kutter 教授与图宾根大学的 Andreas Nieder 教授共同阐明了“零”这一数学概念的神经基础。图片来源：波恩大学医院 (UKB) / Alessandro Winkler

目前，人类大脑中的神经细胞如何表达这一概念尚未被研究。波恩的研究人员现在与图宾根大学的神经生物学家联手，试图彻底弄清这个问题。

为此，他们向神经外科患者展示了从 0 到 9 的数值，这些患者在 UKB 的颞叶中植入了细如发丝的微电极，以准备接受手术。数值一方面显示为阿拉伯数字，另一方面显示为点集（包括一个空集）。

“与此同时，我们能够测量单个神经细胞的活动，并真正发现发出零信号的神经元，”这项研究的第一作者 Esther Kutter 说道：“这些神经元对阿拉伯数字零或空集有反应，但不会同时对两者有反应。”

在这两种情况下，都存在数值距离效应，其中神经元对相邻数字 1 的反应较弱，但可以测量。

“因此，在神经层面，零的概念并不被编码为一个单独的类别‘无’，而是被编码为一个数值，与数轴下端的其他可数数值相结合。”图宾根大学神经生物学研究所的 Andreas Nieder 教授说道。

Mormann 教授补充道：“尽管存在这种整合，但空集在神经元群体层面的编码方式与其他数字不同，尤其是在点集的情况下。这可以解释为什么在行为层面上识别空集所需的时间也比其他小数字更长。”

然而，对于阿拉伯数字，这种影响在神经或行为层面均未发现。由此，研究人员认识到符号表征（例如通过阿拉伯数字）对于人类大脑中数字零在数轴上的整合的重要性。

参考文献：《人类内侧颞叶中非符号和符号数字零的单神经元表征》，作者：Esther F. Kutter、Gert Dehnen、Valeri Borger、Rainer Surges、Andreas Nieder 和 Florian Mormann，2024 年 9 月 24 日，当代生物学。DOI：10.1016/j.cub.2024.08.041

该研究由德国研究基金会 DFG 通过优先项目 SPP 2205 资助。

作者：波恩大学医院

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