一個多世紀以來，研究人員已經知道，人們通常非常擅長目測四個或更少物品的數量。但是，在面對更大的數字時，目測數字的表現會明顯下降——變得更慢且更容易出錯。
現在科學家們已經發現了原因：人腦使用一種機制來評估四個或更少的物品，而當有五個或更多物品時則使用另一種機制。 這些發現是透過記錄 17 名人類參與者的神經元活動獲得的，解決了關於大腦如何估計一個人看到的物體數量的長期爭論。 該研究結果於 10 月 2 日發表在自然-人類行為雜誌上。
心理學家麗莎·費根森（Lisa Feigenson）說，這項發現與理解思維的本質有關，她是馬里蘭州巴爾的摩市約翰·霍普金斯大學兒童發展實驗室的聯合主任。“從根本上說，問題在於心理結構：是什麼構建模組產生了人類的思想？”
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一個世紀之久的爭論
人類估計大量物體的能力的侷限性使許多代科學家感到困惑。在 1871 年的Nature雜誌文章中，經濟學家和邏輯學家威廉·斯坦利·傑文斯描述了他對自己計數技能的調查，並得出結論：“至少對某些人來說，數字五超出了完美辨別的極限。”
一些研究人員認為，大腦使用單一的估計系統，只是對於較大的數字而言，精確度較低。另一些人則假設，效能差異是由於存在兩個獨立的神經元系統來量化物體而引起的。但是，實驗未能確定哪種模型是正確的。
隨後，一個研究團隊獲得了一個難得的機會，可以記錄清醒者大腦內部單個神經元的活動。所有參與者都在德國波恩大學醫院接受癲癇治療，並且為了手術做準備，在其大腦中插入了微電極。
作者向 17 名參與者展示了螢幕上零到九個點的影像，持續半秒鐘，並詢問他們看到的是奇數還是偶數個物體。正如預期的那樣，當參與者看到四個或更少的點時，他們的答案要精確得多。
研究人員已經從之前的研究中瞭解到，存在與特定數量物品相關的專門神經元。有些神經元主要在呈現一個物體時放電，另一些神經元在呈現兩個物體時放電，依此類推。
對參與者神經元活動的分析表明，專門研究四個或以下數字的神經元對其偏好的數字做出非常具體和選擇性的反應。然而，專門研究五到九個數字的神經元對其偏好的數字反應強烈，但也對其緊鄰的數字做出反應。
數字神經元
“偏好的數字越高，這些神經元的選擇性就越低，”德國圖賓根大學的動物生理學家、共同作者安德烈亞斯·尼德說。例如，專門研究數字三的神經元只會對數字三做出反應，而偏好數字八的神經元會對數字八做出反應，也會對數字七和九做出反應。因此，當人們試圖量化更多數量的物體時，會犯更多錯誤。
這表明大腦中存在兩個不同的“數字系統”。尼德感到驚訝，因為他之前認為只有一種機制。“我很難相信真的存在這條分界線。但是，根據這些資料，我必須接受它，”他說。
費根森同意這一結論。“這些是非常出色的發現，”她說，這增加了行為研究的證據，表明兩個心理系統有助於表示物體數量。
本文經許可轉載，最初於 2023 年 10 月 6 日發表。