在一項研究中，德國研究人員教會猴子將阿拉伯數字與其相應的數量聯絡起來，他們指出前額葉皮層是哺乳動物大腦中負責將符號與抽象概念聯絡起來的部分。
這一發現讓蒂賓根大學靈長類神經認知實驗室負責人安德烈亞斯·尼德和他的研究生伊爾卡·迪斯特感到驚訝，他們原本認為頂內溝——後腦的一個外側區域——負責這項任務。
尼德在談到本週發表在《PLoS Biology》上的研究結果時說：“在口頭計數的人類中，頂葉皮層似乎是符號數字表徵的關鍵結構。人類頂葉的某些部分受損會導致在處理數字方面出現非常具體的缺陷。”
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
相反，研究人員發現，語義關聯是在皮層的前額部分（大腦的中央處理區域）形成的，這表明該區域在兒童和猴子中參與了數字連結的早期學習——例如數字 4 與四個點的數量之間的聯絡——並且隨著關聯變得更加自動化，頂葉區域會在青少年時期接管這項工作。事實上，對兒童的影像學研究表明，當兒童在符號和概念之間建立聯絡時，他們的前額葉區域會大量參與。
尼德和迪斯特訓練了兩隻恆河猴進行實驗。首先，他們教會動物區分不同的數量，方法是向它們展示點集，並讓它們挑出點數相同的點集（從一到四）。然後，他們花費了幾個月的時間將每個點集與不同的阿拉伯數字聯絡起來。
在課程結束後，研究人員對猴子進行了績效測試，在此期間，他們訓練猴子在數字及其匹配的點數出現在它們面前時拉動槓桿。猴子做出正確關聯的機率接近 90%。當動物們思考它們的選項時，研究人員掃描了前額葉皮層中 692 個隨機選擇的神經元和頂葉皮層中 437 個神經細胞。研究人員發現，23% 的前額葉神經元在任務期間表現出活性增加，但只有 2% 的頂葉神經元做出了反應。
此外，前額葉皮層中的神經元群似乎針對特定數量進行了調整，細胞的子集對特定的數字或數量做出反應：一些對 1 做出反應，另一些對 2 做出反應（依此類推）。此外，尼德指出，如果猴子即將做出錯誤的決定，研究人員觀察到的前額葉神經元活動模式與它們正確時的活動模式非常不同。
傑米·羅伊特曼，伊利諾伊大學芝加哥分校的研究助理教授，表示這項新研究澄清了數字認知中一個尚未解答的問題：命名一個數值是否存在兩個步驟。以前，人們認為大腦首先學會對珠子、點或狗等的數量進行求和，並且更高的數量會導致神經元中更大的活動。然後，第二組神經元（在頂葉皮層中）將確定相應的基數值——1、2、3、4 等等。“[這項新研究] 發現，[前額葉] 皮層中的神經元在觀察到四個點的刺激或符號‘4’時反應相似，就好像這些神經元能夠將符號對映到基數值一樣，”她說。“這表明符號與其代表的事物之間的這種關聯可能發生在前額葉神經元的活動中。”
尼德認為這項工作可以應用於人類。“人類在童年時期學會將符號用作心理工具；在將符號用作符號之前，最初毫無意義的形狀與語義類別之間的長期關聯必然必須建立，”他說，並指出動物有能力建立初步的關聯，正如這項研究所示。“在動物模型中，我們有機會了解此類認知要求高的任務背後的細胞機制。”