阿蘭·圖靈、阿爾伯特·愛因斯坦、史蒂芬·霍金、約翰·納什——這些數學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開始學習，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學概念和抽象思維？神經科學家已經開始研究數學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。
有科學家認為，高層次的數學思維與大腦語言處理中樞相關聯(lián)，因為在如此抽象的層面上思考，數學家需要理解語言表征和語法，但也有科學家認為，這種數學思維只來自于與數量和空間推理有關的獨立的腦區(qū)。在本周《美國科學院院刊》（PNAS）發(fā)表的一項研究中，法國INSERM-CEA認知神經成像機構（INSERM-CEA Cognitive Neuroimaging Unit）的兩位研究人員稱他們發(fā)現(xiàn)涉及數學思維的腦區(qū)與從事同樣復雜的非數學思維的腦區(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)數學家和15位同等學術地位的非數學領域科學家的大腦，在掃描的同時讓受試者聽一系列72個高級數學命題，其中代數、數學分析、幾何學和拓撲學各18個，以及18個高級的非數學命題（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)，只有數學家們在聽到數學相關的命題時，其大腦中雙側頂內區(qū)、背側前額葉和下顳葉區(qū)域的神經網絡才會被激活。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學命題時，所有人，無論數學家還是其他專家，負責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，“我們的研究結果表明，高水平的數學思考所反復利用的大腦區(qū)域，是人腦中與數字和空間認知相關的區(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�！�
先前的研究已經發(fā)現(xiàn)，這些非語言區(qū)域在執(zhí)行基本的算術運算，甚至只是看到頁面上的數字時就表現(xiàn)活躍，這意味著高級數學思維和基礎數學思維是相關的。事實上，認知神經成像機構的主任，也是實驗心理學家兼論文共同作者Stanislas Dehaene ，就研究過為何人類（甚至一些動物物種）對數量和算術操作有一種與生俱來的直覺，又稱“數感”，它與空間想象能力也密切相關。至于這種固定成型的“數感”又是如何與高級數學思維聯(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雜理論的生物學基礎？加拿大西安大略大學的認知神經學家Daniel Ansari說：“探索低級和高級數學能力之間的因果關系將會非常有趣�！彼麤]有參與該項研究�！拔覀兇蠖鄶等硕颊莆栈A的算術能力，所以我們早已激活這些大腦區(qū)域，但只有極少數人繼續(xù)從事高級數學研究。我們仍不知道成為一名數學專家是否會改變一個人計算的方式，也不知道學習基礎算術對于掌握更高層面的數學概念是否有幫助�！�
Ansari提議進行一項訓練研究，給非數學專家教授高級數學概念，這樣就能幫助研究者更好地理解不同等級數學概念之間的關聯(lián)和它們的形成方式。此外，數學方面的專業(yè)知識可能對神經回路產生其他方面的影響。Amalric的研究發(fā)現(xiàn)，數學家大腦中與面部表情處理相關的視覺區(qū)域活躍度比一般人小，這可能意味著，掌握和使用某些數學概念所需的神經系統(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學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造與工作方式的。
Ansari說：“我們可以研究這些特殊才能是從哪里來的，也可以研究高水平的數學專業(yè)知識與基礎數學能力在神經生物學上的相關性。幸好，現(xiàn)在我們有能力利用大腦成像技術來回答這方面的深刻問題了。
來源: 《科學美國人》中文版《環(huán)球科學》(北京)
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/870342.html
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