在大脑中识别出特定的数学神经元
在执行计算时，一些神经元在加法时是活跃的，而在减法时其他神经元是活跃的。
大脑中的神经元会在某些数学运算中特别激发。图宾根大学和波恩大学最近进行的一项研究表明了这一点。研究结果表明，检测到的一些神经元仅在加法期间活跃，而其他神经元在减法期间活跃。他们不关心计算指令是写成单词还是符号。该结果现已发表在《当代生物学》杂志上。
大多数小学生可能已经知道三个苹果加两个苹果加起来就是五个苹果。然而，在这样的计算过程中大脑中发生了什么仍然很大程度上是未知的。波恩大学和蒂宾根大学目前的研究现在阐明了这个问题。
大脑中的一些神经元在加法任务中变得特别活跃，而另一些则在减法任务中变得活跃。图片来源：Christian Burkert/大众汽车基金会/波恩大学
研究人员受益于波恩大学医院癫痫科的一项特殊功能。它专门从事癫痫患者大脑的外科手术。在一些患者中，癫痫发作总是起源于大脑的同一区域。为了精确定位这个缺陷区域，医生将几个电极植入患者体内。探针可用于精确确定痉挛的起源。此外，可以通过接线测量单个神经元的活动。
一些神经元只有在总结时才会触发
五名女性和四名男性参与了当前的研究。他们在所谓的大脑颞叶中植入了电极，以记录神经细胞的活动。同时，参与者必须执行简单的算术任务。“我们发现，在加法和减法期间，不同的神经元会被激发，”波恩大学医院癫痫学系的 Florian Mormann 教授解释说。
并非有些神经元只对“+”号作出反应，而另一些神经元只对“-”号作出反应：“即使我们用文字代替数学符号，效果仍然相同，”Esther Kutter 解释说，他是在 Mormann 教授的研究小组攻读博士学位。“例如，当受试者被要求计算‘5 和 3’时，他们的附加神经元重新开始行动；而对于“7 减 4”，他们的减法神经元做到了。”
在这项研究中，在五名女性和四名男性的大脑中植入了微型电极，以测量单个神经元的活动。图片来源：Christian Burkert/大众汽车基金会/波恩大学
这表明发现的细胞实际上编码了一种数学指令以供行动。因此，大脑活动非常准确地显示了测试对象当前正在计算的任务类型：研究人员将细胞的活动模式输入到一个自学习的计算机程序中。同时，他们告诉软件受试者当前是在计算总和还是差值。当算法在这个训练阶段之后遇到新的活动数据时，它能够准确地识别出它是在哪个计算操作期间被记录下来的。
图宾根大学的 Andreas Nieder 教授与 Mormann 教授一起监督了这项研究。“我们从猴子的实验中得知，特定于某些计算规则的神经元也存在于它们的大脑中，”他说。“然而，在人类中，这方面几乎没有任何数据。” 在他们的分析过程中，两个工作组发现了一个有趣的现象：研究的大脑区域之一是所谓的海马旁皮质。在那里，研究人员也发现了在加法或减法过程中专门发射的神经细胞。然而，总结起来，不同的加法神经元在同一个算术任务中交替活跃。形象地说，就好像计算器上的加号键在不断地改变它的位置。减法也是一样。
“这项研究标志着朝着更好地理解我们最重要的象征能力之一，即用数字计算迈出了重要一步，”莫尔曼强调说。来自波恩和蒂宾根的两个团队现在想要研究发现的神经细胞究竟在其中发挥了什么作用。