許多數學方程式只能透過一項特殊的人類發明來解決：數字零。在許多方面，這是一個奇怪的概念。它是一個數量，由不存在來定義。它也出現在我們物種的文化歷史中相對較晚，引起了幾個悖論——例如，不能除以零——並且是數學的基礎。
然而，“空”並不容易理解。“掌握零需要額外的抽象思維……我們必須‘從無中創造出一些東西’，”倫敦大學學院的認知神經科學家本傑明·巴內特說。
零最新的驚喜可能在於大腦學習處理抽象概念的能力。現在的研究表明，零的概念與許多數字的處理方式相似，並且可以位於心理數軸上。
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在蒂賓根大學的安德烈亞斯·尼德和德國波恩大學醫院的弗洛裡安·莫爾曼最近的一項調查中，研究人員證明，大腦至少在兩個不同的地方處理“零”：一個用於數字，另一個用於它代表的空集。該團隊在對 17 名癲癇患者進行的實驗中取得了這些發現。所有參與者都在顳葉中插入了微電極，為手術做準備。當受試者專注於一項任務時，頭髮般細的感測器可以觀察單個神經元的反應。
在實驗過程中，每位參與者都觀看了一個小螢幕，螢幕上顯示了從零到九的不同數字集，一側表示為點雲——其中“零”是空雲——另一側表示為阿拉伯數字。透過監測受試者的大腦活動，研究人員觀察到神經元對空集有特定反應，而另一些神經元則對數字零有反應。
荷蘭烏得勒支大學的認知神經科學家本·哈維說，這一發現本身並不令人驚訝，他沒有參與這項研究。他指出，空集“是物理物件的數量……[而]包括零在內的符號數字是語言符號，是語言的組成部分，而不是物理物件。”
此外，這種相同的基本模式——例如，對於數字 3 與三個點啟用不同的神經元——適用於迄今為止研究的其他數字。但是，當考慮零時，空集和數字之間的區別可能尤為重要。“當您根據行為資料或神經元資料仔細觀察時，零仍然略有不同；它仍然很特別，”尼德說。“它是數字家族中這個古怪的叔叔。”
例如，他和他的同事發現，人們處理空集比處理符號數字 0 花費更多的時間。莫爾曼說，鑑於這些發現，“如果沒有這些數字，這些符號表示，就很難建立任何與數學相關的理論。”
零可以在多個層面上概念化，包括作為“不存在”、一種特殊的空虛類別、一個數量或在計算中使用的數字。儘管許多動物都有數字感，但研究過烏鴉和猴子的尼德懷疑，只有人類在數學上使用零。
此外，數學中使用的數字零是人類需要向他人學習的東西——它不是一個與生俱來的概念。兒童通常要到大約六歲才能理解它。這比其他數字大約晚兩年。
零在某種程度上是獨特的概念也來自對腦損傷的研究。巴內特指出，大約 14% 的中風患者可能無法閱讀或處理包含數字 0 的數字。他和倫敦大學學院的認知神經科學家斯蒂芬·弗萊明於 8 月發表的研究結果表明，無論一個人是將零視為數字還是空集，大腦都會將零定位在心理數軸上。尼德和莫爾曼的團隊也證明了這一點——儘管使用了不同的方法，並且側重於不同的腦區。
弗萊明說：“總的來說，這兩項研究非常互補，並且在更好地理解零是如何在人腦中表示方面取得了很大進展。”
本文最初發表於《光譜》雜誌，經許可轉載。