數(shù)學(xué)家的大腦與常人有何不同

1、數(shù)學(xué)家的大腦與常人有何不同?阿蘭圖靈、阿爾伯特愛因斯坦、史蒂芬霍金、約翰納什這些數(shù)學(xué)和物理大神們美奐絕倫的思想無一不讓我們著迷，但同時也讓人感到神秘莫測、難以捉摸。同樣是從最簡單的算術(shù)開始學(xué)習(xí)，為什么這一小部分人最終就能掌握普通人望塵莫及的高級的數(shù)學(xué)概念和抽象思維？神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)開始研究數(shù)學(xué)奇才的大腦是否真有什么過人之處，可以顯著提高概念性思維的水平。有科學(xué)家認為，高層次的數(shù)學(xué)思維與大腦語言處理中樞相關(guān)聯(lián)，因為在如此抽象的層面上思考，數(shù)學(xué)家需要理解語言表征和語法，但也有科學(xué)家認為，這種數(shù)學(xué)思維只來自于與數(shù)量和空間推理有關(guān)的獨立的腦區(qū)。在本周美國科學(xué)院院刊（PNAS）發(fā)表的一項研究中，法國INS

2、ERM-CEA認知神經(jīng)成像機構(gòu)（INSERM-CEA Cognitive Neuroimaging Unit）的兩位研究人員稱他們發(fā)現(xiàn)涉及數(shù)學(xué)思維的腦區(qū)與從事同樣復(fù)雜的非數(shù)學(xué)思維的腦區(qū)有所不同。該團隊使用功能性磁共振成像（fMRI)掃描了15位專業(yè)數(shù)學(xué)家和15位同等學(xué)術(shù)地位的非數(shù)學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家的大腦，在掃描的同時讓受試者聽一系列72個高級數(shù)學(xué)命題，其中代數(shù)、數(shù)學(xué)分析、幾何學(xué)和拓撲學(xué)各18個，以及18個高級的非數(shù)學(xué)命題（主要為歷史方面的），他們每人有4秒的時間來思考每一命題并判斷其是真、是假或是無意義。研究人員發(fā)現(xiàn)，只有數(shù)學(xué)家們在聽到數(shù)學(xué)相關(guān)的命題時，其大腦中雙側(cè)頂內(nèi)區(qū)、背側(cè)前額葉和下顳葉區(qū)域的神

3、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)才會被激活。這一大腦回路通常不參與語言和語義處理。而當受試者被問及非數(shù)學(xué)命題時，所有人，無論數(shù)學(xué)家還是其他專家，負責(zé)語言和語義處理的腦區(qū)域均被激活。這一研究的共同作者，研究生Marie Amalric說，“我們的研究結(jié)果表明，高水平的數(shù)學(xué)思考所反復(fù)利用的大腦區(qū)域，是人腦中與數(shù)字和空間認知相關(guān)的區(qū)域，該區(qū)域在多年以前就已形成，并一直隨人類演化到今天?！毕惹暗难芯恳呀?jīng)發(fā)現(xiàn)，這些非語言區(qū)域在執(zhí)行基本的算術(shù)運算，甚至只是看到頁面上的數(shù)字時就表現(xiàn)活躍，這意味著高級數(shù)學(xué)思維和基礎(chǔ)數(shù)學(xué)思維是相關(guān)的。事實上，認知神經(jīng)成像機構(gòu)的主任，也是實驗心理學(xué)家兼論文共同作者Stanislas Dehaene ，就研

4、究過為何人類（甚至一些動物物種）對數(shù)量和算術(shù)操作有一種與生俱來的直覺，又稱“數(shù)感”，它與空間想象能力也密切相關(guān)。至于這種固定成型的“數(shù)感”又是如何與高級數(shù)學(xué)思維聯(lián)系起來的，仍是未解之謎。這項研究工作提出了一個有趣的問題：我們與生俱來的辨別不同數(shù)量（如兩個蘋果多于一個蘋果）的能力，會不會同時也是我們理解群論這類復(fù)雜理論的生物學(xué)基礎(chǔ)？加拿大西安大略大學(xué)的認知神經(jīng)學(xué)家Daniel Ansari說：“探索低級和高級數(shù)學(xué)能力之間的因果關(guān)系將會非常有趣。”他沒有參與該項研究。“我們大多數(shù)人都掌握基礎(chǔ)的算術(shù)能力，所以我們早已激活這些大腦區(qū)域，但只有極少數(shù)人繼續(xù)從事高級數(shù)學(xué)研究。我們?nèi)圆恢莱蔀橐幻麛?shù)學(xué)專家是

5、否會改變一個人計算的方式，也不知道學(xué)習(xí)基礎(chǔ)算術(shù)對于掌握更高層面的數(shù)學(xué)概念是否有幫助。”Ansari提議進行一項訓(xùn)練研究，給非數(shù)學(xué)專家教授高級數(shù)學(xué)概念，這樣就能幫助研究者更好地理解不同等級數(shù)學(xué)概念之間的關(guān)聯(lián)和它們的形成方式。此外，數(shù)學(xué)方面的專業(yè)知識可能對神經(jīng)回路產(chǎn)生其他方面的影響。Amalric的研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)學(xué)家大腦中與面部表情處理相關(guān)的視覺區(qū)域活躍度比一般人小，這可能意味著，掌握和使用某些數(shù)學(xué)概念所需的神經(jīng)系統(tǒng)資源可能會削弱或“耗竭”大腦的一些其他能力。盡管還需要更多的研究來確定數(shù)學(xué)家們識別面部表情的能力是否真的與常人不同，但是研究人員希望能進一步了解專業(yè)知識是怎樣影響大腦的構(gòu)造與工作方式的。Ansari說：“我們可以研