研究结果已经发表在《Current Biology》杂志上。
数字零的概念一直是数字系统和数学发展的核心,被广泛认为是人类最重要的文化成就之一。
“与代表可数数量的其他数字,如1、2或3不同,零意味着缺少可数的东西,同时仍然具有数值,”UKB癫痫学系的共同通讯作者Florian Mormann教授说,他也是跨学科研究领域(TRA)的成员。波恩大学的"生命与健康"
与正自然数相比,数字零的概念在过去两千年的人类历史中才很晚才出现。这也反映在儿童发展中,因为儿童通常只能在六岁左右理解零的概念和相关的算术规则。
人类大脑中的神经细胞是如何表现这个概念的还没有被研究过。来自波恩的研究人员现在与来自宾根大学的神经生物学家合作,以弄清这个问题的真相。
为了做到这一点,他们向神经外科患者展示了从0到9的数值,这些患者在准备手术时在颞叶中插入了头发细的微电极。数值一方面显示为阿拉伯数字,另一方面显示为一组点——包括一组空点。
“与此同时,我们能够测量单个神经细胞的活动,实际上发现神经元的信号为零,”该研究的第一作者Esther Kutter说。“这些神经元要么对阿拉伯数字零做出反应,要么对空集合做出反应,但不会对两者都做出反应。”
在这两种情况下,都存在数字距离效应,神经元对相邻数字1的反应较弱,但也可以测量到。
“因此,在神经元层面上,‘零’的概念并没有被编码为一个单独的‘无’类别,而是作为一个数值,与数轴低端的其他可计数数值相结合,”德国Tübingen大学神经生物学研究所的Andreas Nieder教授说。
Mormann教授补充说:“尽管有这种整合,但在神经元群体水平上,空集的编码与其他数字不同,特别是在点集的情况下。这可以解释为什么在行为层面上,识别空集合比识别其他小数字需要更长的时间。”
然而,对于阿拉伯数字,这种影响在神经或行为水平上都没有发现。由此,研究人员认识到符号表征的重要性,例如通过阿拉伯数字,对于人脑数轴上数字0的积分。