为什么有人天生擅长数学？

原创 Immusoul 三联生活周刊

*本文为「三联生活周刊」原创内容

主笔 | 袁越

人身上最难研究的器官就是大脑，因为科学家没法拿它做实验，只能选择无创的方式间接地研究大脑功能。目前最常用的是两种技术分别是脑电波（EEG）和功能性核磁共振成像（fMRI），前者测的是大脑神经元的集体放电模式，空间分辨率太低。后者测的是脑神经元的耗氧量，空间分辨率有所提高，但仍然不能令人满意。

举例来说，一个来自美国麻省理工学院（MIT）的研究小组曾经在2015年运用fMRI技术发现了人脑中专门负责听音乐的一组神经元。这当然是一项很了不起的成就，但他们并不满足，还想研究一下不同的音乐种类是否对应着不同的神经元，但这就必须使用一项名为皮质电图（ECoG）的技术才能做到。

《过保护的加穗子》剧照

顾名思义，皮质电图就是把电极传感器直接连接到大脑皮质上，如此测出来的神经元活动模式要比fMRI精细得多。不过这项技术必须先通过手术打开受试者的头盖骨，创伤性太大，大概没几个人愿意成为这种研究的志愿者。

但是，有一类人经常会用到这项技术，这就是癫痫病患者。医生在手术前通常会利用皮质电图来确认癫痫病的病灶，以便尽可能地切得精确。这个过程通常需要持续好几天，如果病人愿意在此期间接受心理测试的话，就可以帮助脑神经科学家绕过伦理障碍，获得宝贵的实验数据。

《小谢尔顿》剧照

于是，那个MIT研究小组花了几年时间找到了15位愿意配合的癫痫病患者，在手术之前对他们进行了详细的听觉测试，结果令人大吃一惊。科学家们发现了一组神经元，对乐器演奏的纯音乐几乎没有反应，对人类说话的声音反应也极弱，但却对唱歌的声音反应强烈，说明它们是专门负责听别人唱歌的。

研究人员将实验结果写成论文，发表在2022年2月22日出版的《当代生物学》（CurrentBiology）杂志上。作者认为这个结果说明唱歌很可能具有某种进化优势，于是人类进化出了专门听歌声的神经元，帮助人类在嘈杂的背景声中迅速分辨出同伴唱歌的声音。

《fight song》剧照

如果你对这个结果感到惊讶的话，那么同年2月14日出版的《当代生物学》杂志上刊登的另一篇文章更加令人不可思议。这篇论文的作者来自德国的图宾根大学和波恩大学，他们用与MIT实验同样的方法研究了癫痫病患者的大脑，惊讶地发现人脑内不但有专门负责算术的神经元，甚至连加法和减法都有专门的神经元来负责。

为了防止实验误差，研究人员特意试验了两种不同的出题方式。一种是用数学符号来出题，比如“3＋5=？”或者“9－2=？”。另一种是用语言来描述算术题，比如“贰加柒等于几”或者“捌减叁等于几”，以防止皮质电图测量到的其实是受试者对特殊符号的反应。结果再次证明新发现的神经元对应的不是某种符号，而是特定的算法。

更有意思的是，研究人员把神经信号输入计算机，训练人工智能程序，然后再用训练好的程序去猜测受试者正在做加法还是减法，结果全部正确。

《天才少女》剧照

这两篇论文再次证明了人类大脑是宇宙间最复杂的物体，人类对大脑运作机制的了解还远远不够。如果科学家能够发现更多类似的神经元，也许就能够解释人类智慧的起源，以及为什么有的人天生擅长数学，有的人天生喜欢唱歌。

排版：盐巴 / 审核：小风

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