人腦對於數字「4」有認知，但不對數字「5」有認知！科學證據支持四大天王F4都是「4」（doge）｜Nature

請在半秒內回答，下圖分別有幾個蘋果：

#是不是一眼就知道左邊是四個，至於右邊…好多個？為什麼不能瞬間確定右邊是幾個？

除了這個現象之外，還有一些類似的例子，像是「四」大天王、F「4」、「四」小花旦等等。為什麼這些都跟數字「4」有關呢？

Nature最新報道給了解釋這種現象的直接依據－大腦認「4」不認「5」。

德國波昂大學醫學中心的研究人員透過觀測單一神經元的活動，發現大腦認數量「1-4」和認「5-9」所用系統不同，邊界就是「4」。

具體來說，當神經元處理數量1-4時，用的是特定神經元；而處理5-9，反應不特定，會受相鄰數字幹擾。

舉個例子：偏好數字3的神經元只會對3做出反應，而喜歡數字8的神經元會對8做出反應，但也會對數字7和9做出反應

這項發現對於理解人類思維的本質具有重要意義。約翰斯霍普金斯大學的心理學家Lisa Feigenson表示：

#從根本上講，這個問題涉及心智結構：是什麼建構了人類思維的基礎？

人類大腦認「4」不認「5」

1871年，在《自然》雜誌上發表的一篇文章中，經濟學家兼邏輯學家威廉·斯坦利·傑文斯調查了人類的計數能力，並得出了以下結論：

有些人無法判斷數字“5”的大小

##有些研究人員隨後分析認為，這是由於大腦只使用了一個計數系統，對於較大的數字，系統的準確性較低

#還有人假設差異源於有

兩個獨立的神經系統來計數，然後使用腦電圖、功能性磁振造影等技術進一步研究，但得出的結果不一致，無法確定哪個模式是正確的。

直到最近，德國波昂大學的研究團隊利用新技術記錄了人腦

單一神經元的活動，終於發現了小數和大數在神經編碼上的差異。

具體來說，這些數據是從17名癲癇患者中取得的。為了幫助醫生找到癲癇的發病源頭，這些患者接受了侵入性的內科學監測，即在大腦植入微電極

在患者們進行監測手術時，微電極記錄了

801個單一神經元的活動。這些神經元來自大腦的四個區域：杏仁核、海馬體、腹內側顳葉和腹外側顳葉。

記錄過程中，患者需要做數量判斷任務：

螢幕上會顯示0-9範圍內的非符號化「點陣」影像，每個影像會持續半秒鐘。參與者需要透過按左右鍵來表示影像上的數字是偶數還是奇數

點陣以標準格式和對照格式呈現，以下是三種點陣排列方式：

△（左）標準佈局，點的大小和位置可變；（中）控制佈局，均衡點總面積和密度；（右）點呈現線性排列

在行為測試中，患者對小數量的判斷明顯更準確，且反應時間更短，呈現出

「子化」特徵。

（子化，心理學和認知科學領域的術語，指的是人類對小數量物品的一種快速估計的能力。）

當數量大於4後，判斷變慢且錯誤率增加，反映了

「數量估算」流程。

研究者分別對錯誤率和反應時間進行計算，最後確定子化範圍的上限平均為3.7(錯誤率)和3.6(反應時間)。

对于神经元响应的分析进一步确认了行为结果的准确性

小数子化系统&大数估算系统

在单个神经元层面上，研究人员还观察到相似的编码模式

他们在四个记录脑区都找到了对非符号化数量有选择性响应的神经元，这些选择性神经元覆盖了0-9完整数量范围。

不同脑区选择性神经元的比例在15.1%左右，显著高于随机水平。

分析了神经元调谐曲线特征和相关性后，研究人员发现：

对于小数量1-4，神经元对首选数量有高度选择性，并抑制对非首选数量的反应，从而提高了识别效果。

对于一个对数量变化敏感的神经元来说，它会对某一个特定的数量产生最大的反应，这个引起最大反应的数量就是这个神经元的“首选数量”

当数量大于4时，神经元的调谐曲线会变得更宽，选择性也会降低，并且随着数量的增加会恢复到基线水平，这符合数量估计的特征

而后研究人员进一步使用SVM对选择性神经元进行解码，进行状态空间分析和聚类分析，并针对神经元群体进行统计检验，同样找到数量判断存在分类边界，最显著的差异在数量4和5之间。

这个边界与人类的直觉判断非常一致

该研究提供了直接证据，证明小数“子化”系统和大数“估算”系统可以并存

“子化”系统可能与注意力和工作记忆有关，这解释了我们对少量信息的敏锐判断，而大脑对超过容量的输入则需要依靠更缓慢系统化的信息处理。

但研究人员也提到，其中更为复杂的网络机制有待进一步探究，比如其它脑区是否也存在类似的编码差异、更复杂的认知任务是否也能观察到此现象、抑制环路的时间效应等。

论文链接：https://www.nature.com/articles/d41586-023-03136-w

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