猴子看,猴子算:靈長類動物的大腦是如何連線進行數學運算的?

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


像很多人類一樣,猴子可能無法進行微積分運算。但一項新的研究表明,它們可以學習並快速應用抽象的數學原理。

先前的研究表明,猴子和鳥類可以計數,但研究作者斷言,更高階數學規則的靈活應用“需要最高程度的內部結構”——這種能力在很大程度上被認為是人類獨有的領域。


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因此,德國蒂賓根大學神經生物學研究所的研究人員著手研究恆河猴是否可以學習並靈活應用大於和小於規則。他們用成組的有序和隨機點測試了猴子,其中許多是新穎的組合,以確保受試者不可能只是記住了它們。透過顯示第一組和第二組點之間經過的時間量,提示猴子應用大於或小於規則。

兩位研究人員西爾維婭·邦加德和安德烈亞斯·尼德寫道:“猴子立即將大於和小於規則推廣到以前未呈現的數量。” “這表明他們理解了這個基本的數學原理,而與樣本顯示的絕對數值無關。” 換句話說:“他們已經學會了一個抽象的數學原理。”

但研究人員追求的不僅僅是簡單的猿類算術。“數學規則是否以及如何能被單個神經元表示,”他們寫道,“仍然難以捉摸。” 因此,在實驗期間,他們記錄了恆河猴外側前額葉皮層中隨機選擇的神經元的活動。他們選擇大腦的這個區域是因為功能性成像(fMRI)研究表明,基於規則的算術也會啟用人類大腦的這一部分。 

資料表明,在觀察到的大腦部分中,大多數選定的神經元都參與了應用數學規則(大於和小於應用的部分啟用量相等),而不是獲取和保留感覺細節。研究人員得出結論,這需要一個處理模型,該模型具有“特定的‘規則編碼’單元,用於控制隔離的輸入、記憶和輸出之間的資訊流。”

這對我們這些唯一使用計算器的靈長類動物意味著什麼?研究人員指出,這可能指向抽象數學更古老的進化根源:“這些神經元迴路……很可能在靈長類動物的進化過程中被採用,用於形式化數學系統中數字的句法處理。”

該研究於1月18日在美國國家科學院院刊線上發表。

恆河猴圖片由iStockphoto/GlobalP提供

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