کشف این نکته که مغز دارای سیستم‌های متفاوتی برای نمایش اعداد کوچک و بزرگ است، سوالات جدیدی را درباره حافظه، توجه، و ریاضیات به وجود آورده است. بیش از ۱۵۰ سال پیش، ویلیام استنلی جونز، اقتصاددان و فیلسوف، به یک کشف جالب درباره عدد ۴ دست یافت. در حین بررسی نحوه درک اعداد در ذهن، او لوبیاهایی را در یک جعبه مقوایی پرتاب کرد و تعداد آن‌ها را با یک نگاه سریع حدس زد. سپس لوبیاها را برای تعداد واقعی محاسبه کرد. جونز، پس از بیش از ۱۰۰۰ آزمایش، به یک الگوی شفاف دست یافت. او دریافت که زمانی که تعداد لوبیاها چهار یا کمتر بود، همیشه تخمین درستی ارائه می‌داد؛ اما برای پنج یا بیشتر، تخمین‌هایش اشتباه محسوب می‌شدند.
جونز نتایج آزمایش خود را در سال ۱۸۷۱ در مجله‌ی نیچر منتشر کرد و این به عنوان پایه‌ای برای درک چگونگی تفکر درباره اعداد قرار گرفت. تحقیقات او سوالی اساسی را مطرح کرد: چرا در ادراک تعداد صحیح آیتم‌های یک مجموعه، محدودیت وجود دارد؟
اکنون، یک تحقیق جدید در مجله‌ی Nature Human Behaviour با نگاهی بی‌سابقه به واکنش سلول‌های مغز انسان نسبت به کمیت‌های مشخص، به پاسخ این معما نزدیک‌تر شده است. طبق گزارش مجله کوانتا، نتایج نشان می‌دهند که مغز از ترکیب دو مکانیزم برای قضاوت درباره تعداد اشیاء استفاده می‌کند. یکی از مکانیزم‌ها به تخمین دقیق کمیت‌ها اختصاص دارد، در حالی که مکانیزم دوم دقت تخمین‌ها را برای تعداد کمی از اشیاء افزایش می‌دهد.
ارتباط این یافته‌ها با فرضیه‌های قدیمی درباره شالوده‌های عصبی بسیار جذاب است. با اینکه پژوهش جدید پاسخ قطعی ارائه نمی‌دهد، اما می‌تواند به تبیین زیستی مبنای تفکر در مغز کمک کند. حل این معما ممکن است به عنوان یک کلید برای پاسخ به سوالات بزرگتر درباره حافظه، توجه، و حتی ریاضیات باشد.
بیش از ۱۵۰ سال پیش، ویلیام استنلی جونز در آزمایش ساده‌ای نشان داد که مغز دارای آستانه‌ای مشخص حول محور عدد ۴ است.
عدد موردعلاقه نورون‌ها
توانایی سریع در قضاوت درباره تعداد آیتم‌های یک مجموعه به شمارش مرتبط نیست. این قابلیت ادراک عددی حتی پیش از یادگیری زبان در نوزادهای انسان شکل می‌گیرد و به تنهایی محدود به انسان‌ها نمی‌باشد؛ بلکه موجوداتی همچون میمون‌ها، زنبورها، ماهی‌ها، گاوها و دیگر جانوران نیز این ادراک را دارند.
برای مثال، یک میمون باید به سرعت درباره تعداد سیب‌های یک درخت و همچنین تعداد میمون‌های رقیب قضاوت کند. همچنین، یک شیر در مواجهه با همتایان خود باید تصمیم‌هایی درباره نبرد یا فرار بگیرد. زنبورهای عسل نیز باید بدانند کدام منطقه گل‌های بیشتری دارد. ماهی گاپی نیز با پیوستن به گروه خود، شانس بیشتری برای فرار از دست شکارچیان دارد. هرچه گروه بزرگتر باشد، امنیت ماهی بیشتر خواهد بود.
بنابراین، ادراک ذاتی عددی برای بقا ضروری است و این توانایی جانوران را در یافتن غذا، فرار از دست شکارچیان، و در نهایت تولید مثل افزایش می‌دهد. واقعیت این است که این توانایی در موجودات مختلف از حشرات گرفته تا انسان‌ها وجود دارد، و این امر برای سال‌ها توجه دانشمندان علوم شناختی را به خود جلب کرده است.
کلاغ لاشخور می‌تواند تعداد نقاط روی صفحه‌ی نمایش کامپیوتر را تفکیک کند.
در سال ۲۰۰۲، آندرس نیدلر، عصب‌شناس، یکی از اولین شواهد مرتبط با ارتباط اعداد و نورون‌های خاص را منتشر کرد. در یک آزمایش رفتاری روی میمون‌ها، او و تیمش نشان دادند که نورون‌های موجود در قشر پیش‌پیشانی مغز، دارای اعداد موردعلاقه‌ای هستند که با ادراک آن‌ها، سلول‌ها در اسکن‌های مغزی روشن می‌شوند.
به‌عنوان مثال، برخی از نورون‌ها به تناسب با عدد ۳ تنظیم شده‌اند و در هنگام روبه‌رویی با سه شیء، فعال می‌شوند. نورون‌های دیگر به تناسب با عدد ۵ تنظیم شده‌اند و در مواجهه با ۵ شیء، برانگیخته می‌شوند. این الگو به همین ترتیب ادامه دارد. این نورون‌ها به‌طور انحصاری به موارد موردعلاقه‌ی خود محدود نیستند، بلکه ممکن است برای اعداد نزدیک هم نیز برانگیخته شوند. بنابراین، نورونی که به تناسب با ۵ تنظیم شده، حتی برای ۶ شیء هم فعال می‌شود. با فاصله اعداد از عدد موردعلاقه، نسبت برانگیختگی نورون‌ها کاهش می‌یابد.
همچنین، نیدلر درباره‌ی پرسش‌های مرتبط با توسعه‌ی توانایی‌های ریاضی نیز هیجان‌زده بود. اعداد، زمینه‌ای برای اختراع شمارش و نمایش کمیت‌ها بودند و به تدریج به نماینده‌های حساب و ریاضیات تبدیل شدند. این اعداد به نحوی که چگونگی نمایش آن‌ها در مغز، اساسی برای هرچه کاربردی‌تر شدن آن‌ها تبدیل شد.
نیدلر تا جایی که ممکن بود، در مورد نورون‌های عددی آموخت. تیم او در سال ۲۰۱۲ کشف کرد که نورون‌ها هنگام تخمین یک مجموعه از صداها یا آیتم‌های بصری، واکنش‌های مشخصی نسبت به اعداد نشان می‌دهند. در سال ۲۰۱۵ هم، پژوهشگران نشان دادند که کلاغ‌ها هم دارای نورون‌های عددی هستند. این پرندگان، توانستند در یک آزمایش، تعداد نقاط یا اعداد عربی نمایش‌یافته را انتخاب کنند.
با اینکه دسترسی به مغز زنده انسان برای دانشمندان عصب‌شناس به ندرت ممکن است، اما بیماران مبتلا به صرع که الکترودهایی برای بهبود درمان‌های خود کاشته بودند، موافقت کردند که در تحقیقات مربوط به درک عدد در انسان به پژوهشگران کمک کنند. از طریق استفاده از الکترودهای بسیار ریز، می‌توان فعالیت تک‌تک نورون‌ها را اندازه‌گیری نمود.
با این حال، تا گذشته، پژوهش‌ها به نورون‌های عددی در مغز انسان توجه نکرده بودند؛ این امر به دلیل چالش‌های مرتبط با بررسی مغز انسان بود. عمدتاً به دلیل دشواری در دسترسی به فعالیت مغزی افراد زنده با روش‌های اخلاقی، دانشمندان معمولاً قادر به تحقیق در این زمینه نمی‌شوند. ابزارهای تصویربرداری مغز نیز وضوح کافی برای تفکیک نورون‌های واحد را فراهم نمی‌کنند، و به تنهایی علمی محدودیت‌هایی دارند که نمی‌توانند استفاده از الکترودهای تهاجمی در مغز را توجیه کنند.
برای بررسی مغز زنده، نیدلر به بیمارانی نیاز داشتند که ایمپلنت‌های الکترودی در مغز خود داشته باشند و همچنین موافقت به‌جایی برای شرکت در آزمایش داشته باشند. در سال ۲۰۱۵، او فعالیت مغزی یک بیمار مبتلا به صرع که ایمپلنت‌های الکترودی در مغز خود داشت، را بررسی کرد تا بهبود درمانی را ارتقا دهد.
در حینی که پژوهشگران در حال ضبط فعالیت مغزی ۹ بیمار بودند، بیماران محاسبات ساده‌ای را در ذهن خود انجام می‌دادند. بر اساس داده‌ها، نورون‌ها به اعداد موردعلاقه‌شان برانگیخته شدند، و این بار اولین بار بود که نورون‌های عددی در مغز انسان شناسایی شدند. یافته‌های این تحقیق در سال ۲۰۱۸ در مجله‌ی “نورون” منتشر شد.
آستانه عددی
در ادامه تحقیقات گذشته، نیدر و تیمش یک پژوهش جدید انجام دادند که به بررسی چگونگی نمایش اعداد زوج و فرد توسط نورون‌ها می‌پرداخت. آن‌ها با نمایش نقاط درخشان روی صفحه‌ی نمایش، به ۱۷ بیمار مبتلا به صرع اشاره کردند. تعداد نقاط نشان‌دهنده‌ی اعداد بین یک تا ۹ بود و فعالیت مغزی شرکت‌کنندگان نشان می‌داد که کدام یک از اعداد زوج یا فرد را مشاهده کرده‌اند.
چند ماه پس از آن، اشتر کوتر، دانشجوی نیدر، به تحلیل دقیق داده‌های حاصل از آزمایش پرداخت و الگویی را دور از محور عدد ۴ شناسایی کرد. داده‌ها که از ۸۰۱ ضبط فعالیت نورونی تشکیل شده بودند، دو اثر عصبی برجسته را آشکار کردند: یکی مربوط به اعداد کم و دیگری مربوط به اعداد بیشتر. فعال‌سازی نورون‌ها در اعداد بالای ۴ با دقت کمتر و با خطا همراه بود؛ اما برای اعداد ۴ و کمتر، نورون‌ها با دقت بالایی فعال شدند، به‌طوری‌که برای یک، دو، سه یا چهار شیء با خطای بسیار کمی همراه بودند.
آندرس نیدر، رئیس فیزیولوژی جانوری دانشگاه توبینگن آلمان به بررسی ادراک عددی در مغز انسان می‌پردازد.
نتایج به‌دست‌آمده از تحقیقات نیدر نشان داد که او برخلاف پژوهش‌های حیوانات گذشته، مرز یادشده را در مغز انسان مشاهده کرد، که در واقع به شیوه‌های مختلفی ظاهر می‌شود. این تحقیق نشان داد که مکانیزم‌های جداگانه‌ای وجود دارد که نورون‌های عددی کوچک‌تر را از نمایش اعداد اشتباه باز می‌دارد.
به‌طور کلی، آزمایش نیدر نشان داد که اعداد کوچک و بزرگ اثرات عصبی متفاوتی دارند، اما این دو اثر از یک فرآیند مشترک ممکن است نشأت گرفته باشند. با این‌حال، یک ابهام در این زمینه باقی ماند؛ زیرا پژوهش به لایه‌های پیش‌پیشانی و دیواری مغز پرداخته نشد. بسیاری از نورون‌های عددی میمون‌ها در این لایه‌ها واقع شده‌اند. به علت موقعیت الکترود در لوب گیج‌گاهی مغز بیماران، تحقیق بر روی این لوب تمرکز داشت که به حافظه مشغول است و ارتباط آن با ادراک عددی دارد. این لوب هنگام یادگیری کودکان محاسبات و جدول ضرب فعال می‌شود.
با این حال، دلیل واقعی وجود نورون‌های عددی در لوب گیج‌گاهی مشخص نیست. یک احتمال این است که این نورون‌ها ممکن است اصلاً نورون‌های عددی نباشند و به جای آن نورون‌های مفهومی باشند که در این لوب قرار دارند و به مفاهیم خاصی مرتبط هستند. به عنوان مثال، بر اساس یک پژوهش مشهور، یک نورون مفهومی به‌صورت خاص به تصاویر جنیفر آنیستون، بازیگر، واکنش نشان داده است.
نکته عجیب عدد ۴
یافته‌های جدید نشان می‌دهند که دربارهٔ محدودیت‌های عملکرد حافظه نیز مفاهیمی تازه به دست آمده‌اند. به نظر می‌رسد افراد توانایی حفظ تعداد مشخصی از اشیاء را در حافظهٔ آگاهی یا کاری خود به صورت همزمان دارند، که این تعداد به چهار عدد محدود است.
توافق بین مرز ادراک عددی و حافظه کارکردی به‌سختی می‌تواند نادیده گرفته شود، زیرا ممکن است مکانیزم‌های هر دو به یکدیگر وابسته باشند. در تحقیقات گذشته در ارتباط با ادراک عددی، زمانی که شرکت‌کننده دست از توجه برمی‌داشت، دقت در قضاوت دربارهٔ مقدار واقعی عدد ۴ یا کمتر از دست می‌رفت. این نتیجه نشان می‌دهد که سیستم عددی کوچک که از برانگیختگی‌های نادرست مجاور با اعداد کوچک جلوگیری می‌کند، احتمالاً با توجه در ارتباط است.
نیدر فرض می‌کند که سیستم عددی کوچک تنها زمانی فعال می‌شود که توجه به آنچه در مقابلتان قرار دارد می‌کنید. او امیدوار است که این فرضیه را در مورد میمون‌ها بررسی کند تا به بررسی مرز عصبی عدد ۴ بپردازد.
به نظر می‌رسد که پژوهش اخیر سرآغازی نو در درک ما از ادراک عددی است. نورون‌هایی که در شناسایی اعداد بهتر عمل می‌کنند، ممکن است به درک ما از ماهیت وجودی مان نیز کمک کنند. نمایش عددی به عنوان دومین سیستم بزرگ نمادین انسان در کنار سیستم زبان قرار می‌گیرد. افراد به‌طور مداوم از اعداد استفاده می‌کنند و همچنین اجدادمان برای توصیف جهان از ریاضیات به مدت هزاران سال استفاده می‌کردند. به همین دلیل، ریاضیات به عنوان بخشی بنیادی از بشریت شناخته می‌شود.
نظرات کاربران