Психологическая помощь новости психологии и психотерапии
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, ученые выяснили, как человеческий мозг обрабатывает понятие нуля. Они обнаружили, что определенные нейроны в медиальной височной доле воспринимают ноль как число, а не как символ пустоты. Эти нервные клетки реагировали на ноль таким образом, что он объединялся с другими небольшими числами, такими как один и два. Это открытие по-новому раскрывает то, как мозг кодирует одно из самых абстрактных и важных понятий в математике.
“Обычно мы интересуемся тем, как мозг представляет числа, но ноль — это действительно уникальный случай. Ноль считается одним из величайших культурных достижений человечества, неотъемлемой частью многочисленных прорывов в науке и математике. Однако ноль – это особенно абстрактное и сложное понятие”, – объясняют авторы исследования Флориан Морманн и Андреас Найдер, профессор когнитивной и клинической нейрофизиологии в университетской клинике Бонна и профессор физиологии животных в Тюбингенском университете, соответственно.
“Потребовался долгий период истории человечества, прежде чем ноль был признан и оценен по достоинству”.
“Дети с запозданием осознают концепцию нулевого количества, спустя много времени после того, как они освоили целые положительные числа”.
“Животные, не относящиеся к человеческому роду, с которыми у нас общая невербальная система количественной оценки, демонстрируют рудиментарное понимание нулевого количества”.
“Для мозга, который эволюционировал, чтобы обрабатывать сенсорные стимулы (“что-то”), восприятие пустых множеств (“ничего”) как значимой категории требует высокого уровня абстракции. Для этого требуется способность представлять концепцию независимо от опыта и за пределами того, что воспринимается. Мозгу нужно интерпретировать “ничего” как “что-то”, как математический объект.”
В исследовании приняли участие 17 человек, проходивших нейрохирургическое лечение эпилепсии. Этим пациентам в ходе предоперационной подготовки в медиальные височные доли были имплантированы тонкие электроды, которые позволили исследователям в режиме реального времени измерять активность отдельных нейронов, пока участники выполняли числовые задания.
Участникам показывали числа от нуля до девяти в двух форматах: символическом (арабские цифры) и несимволическом (множества точек). В несимволическом формате пустой множество точек представляло ноль. Участники должны были решить, являются ли представленные числа четными или нечетными. Во время этого процесса исследователи отслеживали активность отдельных нейронов, стремясь найти определенные нейроны, которые реагировали на понятие нуля. В контрольном эксперименте девятнадцать здоровых добровольцев выполнили упрощенную версию задания для сравнения поведенческих реакций людей с эпилепсией и без нее.
Исследователи обнаружили, что определенные нейроны в средней височной доле специфически реагируют на понятие нуля, как в символической, так и в несимволической форме.
Эти нейроны продемонстрировали так называемый “эффект числовой удаленности”, когда они реагировали не только на ноль, но и на соседнее с ним число, единицу, хотя и более слабо. Это продемонстрировало, что мозг не рассматривает ноль как уникальную или отдельную категорию “небытия”. Вместо этого он интегрирует ноль как часть более широкого числового континуума.
“Ключевой вывод заключается в том, что в нашем мозге есть нейроны, которые реагируют на число ноль, хотя ноль характеризуется пустым значением и отсутствием элементов для подсчета”, – рассказывают Морманн и Нидер. “В то же время эти нейроны представляют ноль, как и любое другое счетное число, проявляя наибольшую активность при нуле и постепенно снижая активность при соседних числах. Другими словами, нейроны настроены на ноль, ноль является их любимым числом”.
Однако было ключевое различие в том, как нейроны обрабатывали ноль в зависимости от его формата. Когда ноль был представлен символически в виде цифры, нейроны обрабатывали его так же, как и другие числа. Но когда ноль был представлен несимволически, в виде пустого множества точек, нейронам требовалось больше времени для ответа. Эта более медленная реакция указывает на то, что мозгу требуется больше времени для обработки несимволических представлений нуля, вероятно, потому, что это более абстрактный и менее привычный формат по сравнению с цифрами.
“Нейроны, кодирующие пустые множества или арабскую цифру 0, представляют пустые множества как наименьшую величину на ”мысленной числовой прямой”, потому что они сильнее всего реагируют на ноль и и систематически слабее реагируют на все более высокие числа”, – объясняют исследователи. “Это демонстрирует так называемый эффект числовой удаленности.
Без этого эффекта нейроны просто представляли бы категорию «ничего», лишённую числового значения. Однако эти нулевые нейроны представляют числовое значение меньше единицы”.
Как и в любом исследовании, здесь были свои ограничения. Одним из основных ограничений было использование пациентов с эпилепсией для записи мозговой активности. Этим пациентам в рамках лечения были имплантированы электроды в мозг, а значит, исследователи не могли свободно выбирать точное расположение электродов. Их расположение определялось клиническими потребностями, а не требованиями исследования.
“Запись нейронной активности проводилась у пациентов с фармакологически резистентной эпилепсией, которым были имплантированы постоянные глубинные электроды”, – отмечают Морманн и Нидер. “В результате регистрируемая электрическая активность может исходить из областей мозга, содержащих патологическую ткань. Кроме того, размещение регистрирующих электродов в областях мозга не может быть произвольным; оно должно соответствовать клиническим требованиям и соображениям”.
Одной из областей для будущих исследований является изучение того, обрабатывается ли понятие нуля по-разному в зависимости от контекста или культурного фона человека. Поскольку ноль – это относительно недавнее явление в истории человечества и является одним из наиболее сложных для понимания детьми, изучение того, изучение того, как различный образовательный или культурный опыт влияет на его нейронное представление, может дать более полное представление о том, как мозг адаптируется к новым абстрактным понятиям.
“Все наше поведение и умственные способности обусловлены работой нейронов в головном мозге”, – говорят исследователи”.
“Наша цель – механистически понять, как активность отдельных нейронов и ансамблей нейронов приводит к счету, арифметике и математике”.
“Это понимание также будет иметь решающее значение для оказания помощи людям с особыми дефицитами, связанными с числами, например, с дискалькулией развития (трудностями в обучении числам) и акалькулией, которая относится к приобретенным дефицитам в счете после травм мозга”.
