當看到2 到4 個蘋果時，我們可以迅速辨認出數量。然而，當看到五個或更多蘋果時，我們的識別時間就會增加，而且經常會計算錯誤。事實上，大腦對較小數量事物的識別與對較大數量事物的識別是不同的。圖賓根大學、波昂大學和波昂大學醫院的最新研究表明，大腦對較小數量事物的處理方式與較大數量事物不同。這些研究結果最近發表在《自然-人類行為》（Nature Human Behaviour）期刊。

想像一下，有人給我們看一張弦樂四重奏的照片，要我們說出照片上有多少人。雖然沒有足夠的時間來數，但我們都能脫口而出：”四個！”下一張照片顯示的是一個七重奏，同樣只給我們足夠的時間快速看一眼。我們猶豫了一下，這次沒有那麼自信了：”八”正確的數字其實是七，但我們已經非常接近了。

我們人類似乎有兩種處理事物數量的獨特方式： 我們通常能夠快速、正確地辨識出少量的事物。這在研究領域也被稱為”子化”。然而，當有五個或更多元素時，這種方法就會突然改變： 我們需要越來越多的時間來回答，答案也變得越來越不精確。

利用植入癲癇患者顳葉的超細電極，研究人員可以觀察到不同腦區單一神經元的活動。圖片來源：Christian Burkert/大眾基金會/波昂大學

一些研究人員因此推測，大腦中有兩種不同的處理方法–一種是處理小數字的精確方法，另一種是處理大數字事物的估算機制。波昂大學醫院癲癇病學系的弗洛里安-莫爾曼（Florian Mormann）教授解釋說：”然而，這一觀點至今仍存在爭議。也有可能是我們的大腦總是在進行估算，但對較小數量的事物的錯誤率非常低，以至於根本沒有被注意到”。

神經元對較小數量事物的選擇性較強

然而，最近的研究實際上表明，我們處理小數量和大數量事物的方式確實不同。參與此計畫的研究小組幾年前就已經證明，大腦中的神經細胞負責處理每種數量的事物。例如，有些神經元主要負責兩個元素，有些負責四個元素，有些則負責七個元素。圖賓根大學的安德烈亞斯-尼德教授解釋說：”然而，神經元也會對數字的細微變化做出反應。因此，”七”元素的腦細胞也會對”六”和”八”元素產生反應，但反應更加微弱。同樣的細胞仍會被激活，但對五或九個元素的激活就更弱了”。

研究參與者在半秒鐘內看到了螢幕上的一組點。短暫停頓後，他們必須指出數字是偶數還是奇數。如果點的數量少於5 個，他們通常會毫不猶豫地給出正確答案。超過這個數字，反應時間和錯誤率都會逐漸增加。圖片來源：AG Mormann/波昂大學

尼德爾已經能夠在猴子實驗中證明這種”數字距離效應”。這種效應似乎只出現在人數較多的人類身上。這位神經生物學家說：”對於少於五個元素的數字，似乎還有額外的機制，能讓這些神經元更加精確。”

神經生物學家說：『當代表三個數字的腦細胞發生反應時，它會同時抑制代表兩個和四個數字的腦細胞。這降低了這些細胞也會錯誤觸發數字3 的風險。然而，這種機制並不適用於為數字5、6 或8 而活化的神經元。這就是這些數字錯誤率較高的原因。”

觀察單一腦細胞的工作

波昂大學醫院的一個特色讓研究人員在研究中受益匪淺： 該醫院的癲癇科專門從事腦外科手術。那裡的醫生試圖透過手術切除病變的神經組織來治療癲癇。為了確定致癇灶的位置，他們有時會先將電極插入患者的大腦。

17 名患者參加了最新的研究。在準備手術時，他們將細如髮絲的微電極插入顳葉。埃斯特-庫特（Esther Kutter）解釋說：”我們可以用它們來測量單一神經細胞對視覺刺激的反應。”

實驗對象坐在電腦螢幕前，螢幕上出現不同數量的點，持續半秒鐘。然後請受試者說出他們看到的是偶數還是奇數的點。他們的反應非常迅速，在四個點之前幾乎沒有出錯。之後，隨著點數的增加，錯誤數量也在增加，參與者完成任務所需的思考時間也增加。

這項工作將為我們了解人腦如何處理數字提供新的視角。從長遠來看，這些發現可能會讓人們更理解計算障礙，這是一種與對數字理解不清有關的發展障礙。