《Quanta Magazine》（量子雜志）每周都會介紹推動現代研究的最重要思想之一。本周，生物學特約撰稿人Yasemin Saplakoglu將從神經科學角度解析動物（包括人類）如何處理數字。

作者：Yasemin Saplakoglu 量子雜志特約撰稿人 2024-6-24

譯者：zzllrr小樂（數學科普公眾號）2024-6-25

我們可以數“一、二，系鞋帶”和“三、四，敲門”（在英語中two與shoe及four與door分別押韻，遂作為兒歌朗朗上口：“one, two, buckle my shoe；three, four, knock at the door”，zzllrr小樂譯注）。我們可以快速計算出外出就餐后要給多少小費，或者坐火車去市中心需要多長時間。我們可以看到別人得到三塊巧克力而我們只得到一塊是多么不公平。

這些日常計算的核心是對數字的直觀理解，即“數字感”。我們的大腦可以理解、連接和關聯數字。

人類并非唯一具有數字感的動物。研究人員記錄了各種各樣的動物，從螞蟻和蜜蜂到猴子和蜘蛛，它們似乎也掌握了至少一些數字。大多數被研究的動物都能評估一組物品的數量。例如，蜜蜂可以確定哪些地方有最多的花可供采摘。猴子可以判斷哪些樹上的果實最多（饑餓的競爭對手最少）。根據聽到的吼叫聲，母獅可以評估入侵其領地的新獅群的實力，并決定是與之戰斗還是撤退。

德國圖賓根大學動物生理學系主任安德烈亞斯·尼德 (Andreas Nieder) 去年告訴我：“區分數值的能力對于動物的生存來說是有益的。”

數字感的強大實用性及其在不同物種中的廣泛分布是生物學家認為數字感可能最早出現于數億年前的原因之一——在有腦動物的歷史中相當地早。然而，特定數字能力的多樣性也表明，其中一些能力可能在整個動物界中獨立且反復地進化。

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目前，我們對數字感的神經學基礎知之甚少。二十年前，研究人員發現猴子參與這些過程的某些神經元與“最喜歡的數字”有關。例如，一些神經元對數字5敏感，而另一些神經元對數字10敏感。神經元會更頻繁地對其最喜歡的數字進行激發，而對其他數字的激發頻率則較低。

人類研究表明，我們的大腦一眼就能準確判斷的物體數量有一個極限，那就是4。我們能夠立即估計一堆書有4卷，而不是9卷。通過檢查癲癇患者的大腦，一組研究人員最近發現了這種界限可能存在的神經基礎。正如我在《量子雜志》上報道的那樣，他們發現大腦使用兩種機制的組合來判斷看到了多少個物體。一種機制估計數量，另一種機制提高快速估算的準確性，但僅適用于小的數字。

加州大學舊金山分校神經學助理教授佩德羅·皮涅羅·查加斯 (Pedro Pinheiro-Chagas) 告訴我，這項新研究“似乎是我們對數字感知理解的新飛躍的開始”。

但關于人類和其他動物的大腦如何感知數字，包括我們如何處理0這個抽象概念，我們仍有很多未知之處。

“數字0是所有數字中最迷人的，”尼德說。“它是數字家族中古怪的叔叔。”即使孩子們學會了其他小的數字，他們也需要幾年時間才能掌握0的概念。尼德的團隊和其他團隊發現，一些動物，如猴子、蜜蜂和烏鴉，也有理解0的能力。《量子雜志》在2021年報道稱，這種多樣性表明，某些數字能力可能在整個動物界反復進化。

一旦“你意識到幾乎每一種動物，甚至可能是每種動物，都具有完成數字任務的能力，那么你就會開始想知道......閾值是什么？極限是什么？”澳大利亞迪肯大學研究蜜蜂數字認知的博士后研究員斯嘉麗·霍華德（Scarlett Howard）告訴《量子雜志》道 。

在某些情況下，閾值似乎比人們曾經認為的要高得多。例如，蜜蜂知道0小于1，0小于2，0小于3。它們還會加減。霍華德說，人類和蜜蜂之間有超過6億年的進化史，但我們卻能完成類似的數字任務。越來越多的證據表明，對數字的理解可能是整個動物界大腦的基礎。

網絡上的報道

據《自然》雜志報道，烏鴉具有“數”自己叫聲次數的能力，這是一種此前僅出現在人類身上的數字技能。 https://www.nature.com/articles/d41586-024-01482-x

《科學家》雜志發表了一篇專題文章，指出感知數量的能力是人類認知的基礎。https://www.the-scientist.com/is-your-brain-wired-for-numbers-69194

麻省理工學院出版社出版了安德烈亞斯·尼德 (Andreas Nieder) 于2019年出版的有關理解和使用數字的進化優勢的新書《數字大腦》的摘錄。 https://thereader.mitpress.mit.edu/animal-kingdom-power-of-the-number-instinct

參考資料

https://mailchi.mp/quantamagazine.org/how-the-brain-thinks-about-numbers

https://www.nature.com/articles/d41586-024-01482-x

https://www.the-scientist.com/is-your-brain-wired-for-numbers-69194

https://thereader.mitpress.mit.edu/animal-kingdom-power-of-the-number-instinct

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