Способность воспринимать числовые величины удивительным образом присутствует у нескольких видов животных, однако только человек обладает способностью абстрактно осмыслять числа и оперировать их символическими представлениями. Новое исследование показывает, что эта уникальная способность человека концептуализировать числа может быть глубоко укоренена в мозге. Результаты исследования, проведенного Университетом здоровья и науки Орегона с участием пациентов после нейрохирургии, открывают новые возможности для использования выявленных областей мозга для улучшения обучения математике. Работа опубликована в журнале PLOS ONE.
Распределение и локализация электродов sEEG. Локализация электродов (A) Тепловая карта распределения контактов электродов sEEG (B) Схемы имплантации sEEG для каждого из 13 пациентов. Источник: PLOS ONE (2024). DOI: 10.1371/journal.pone.0313155
Способность воспринимать и осмыслять числа – это неотъемлемая черта человека. Ученые давно исследуют, как наш мозг справляется с такой задачей, и одним из ключевых подходов стала «модель тройного кода». Согласно этой модели, разные зоны мозга обрабатывают числовую информацию в зависимости от того, как она представлена: визуально (например, арабские цифры), на слух (речь или звуки) или в виде абстрактных понятий (например, количество точек).
Большинство исследований числового восприятия опирается на современные неинвазивные методы визуализации мозга, но внутричерепные измерения электрической активности, которые позволяют изучить работу мозга с беспрецедентной точностью, до сих пор применялись в этой области мало. В новой работе ученые использовали такие методы, чтобы понять, как различные зоны мозга участвуют в обработке чисел.
В эксперименте приняли участие 13 пациентов с эпилепсией, которые проходили процедуру стереотаксической электроэнцефалографии – прямое наложение сетки электродов на кору. Это требуется для поиска эпилептигенного очага, но параллельно возможно решать и научные задачи.
Участникам исследования предлагали числовые задачи, где стимулы отличались по способу подачи (зрительные или слуховые) и типу представления (символы, например, цифры, или абстрактные формы, например, точки). Собранные данные обрабатывали с помощью машинного обучения, чтобы выявить области мозга, наиболее активно включающиеся в работу с числами.
Результаты показали, что:
Теменные доли обеих сторон мозга играют ключевую роль в обработке числовой информации.
Восприятие чисел через слуховые стимулы активирует верхнюю височную кору, а зрительные стимулы – лобно-теменные области.
Левая теменная кора особенно активно реагирует на абстрактные числовые стимулы, такие как точки.
Глубокие структуры мозга, такие как скорлупа, также показали высокую активность в ответ на числовые задачи.
Кроме того, ученые обнаружили, что низкочастотные сигналы мозга (менее 30 Гц) имеют значительный вклад в распознавание числовой информации, и эти сигналы могут быть специфичными для разных типов числовых представлений.
«Эта работа закладывает основу для более глубокого понимания чисел, математики и символьного познания — того, что присуще только человеку», — говорит старший автор Ахмед Раслан, доктор медицины, профессор и заведующий кафедрой нейрохирургии в Медицинской школе OHSU.
Учитывая постоянную необходимость взаимодействия с числами в повседневной жизни и важность числовой грамотности для успешного функционирования в обществе, исследование нейронных основ наших сложных способностей к числовой обработке приобретает особую значимость и практическую ценность.
Текст: Виктория Киричок
Alexander P. Rockhill et al, Investigating the Triple Code Model in numerical cognition using stereotactic electroencephalography, PLOS ONE (2024)