中大城大揭腦部如何「讀數」 助建理論模型

理解數字的能力，即「數感（number sense）」，是動物感知世界的基本能力，可增加生存機會；它也是一種重要的認知能力，對學習數學至關重要，更是人類智力的標誌。香港中文大學及香港城市大學兩位神經科學專家共同領導了一項研究，透過大鼠實驗突破性地證實，動物大腦不單能認知物件的大小／多少，更擁有理解數字的能力，為研究人類理解數字能力和相關障礙的神經科學基礎提供了關鍵的動物模型，同時揭示了數感背後的機制，詳情已於跨學科期刊《科學進展》發表。 ◆香港文匯報記者 高鈺

約有3%至7%的人患有計算障礙（dyscalculia），這是一種影響學習算術和數學能力的學習障礙，數感缺陷是主要症狀之一。至於擁有數感者，能夠比較、估計和操作非符號數量，它與「大小感」不同，後者指的是一組物件固有的連續維度，例如視覺物體的面積或聲音脈衝的持續時間。

大鼠「為食」 聽聲練出數感

要評估動物的數感和大小感是否獨立存在，是極具挑戰的難題，科學界亦一直在爭論到底大小感或數感哪項才是動物更基本的認知能力。研究團隊在是次數感測試中，將大小感的影響減至最低，並進行了相當細緻的定量分析，以確定數感和大小感在認知中的相對貢獻。

他們開發了一種演算法，使動物接受刺激時只集中關注數字，並最大程度地減少其他干擾因素，以更好地了解動物如何感知和量化數字。

研究顯示，在接受代表兩個或三個數字的聲音脈衝訓練下，本身對數字沒有任何認知的大鼠能夠發展出數感，即使受到聲音長度信息的影響，大鼠在為了獲取食物獎勵時始終專注於聲音的數量。

證大腦有特定區域處理數字

領導有關研究的城大賽馬會動物醫學及生命科學院副院長兼認知神經科學講座教授容永豪指，這研究有助剖析大小和數量處理之間的關係。

當阻斷大鼠大腦中特定的後頂葉皮質時，牠們的數字理解能力會受到影響，但大小感如常，這表明大腦有特定的區域處理數字，「這是科學家首次證明，大鼠在單一測試中具有區分和分辨三個不同數字的能力，超越了單純的數量比較。」

中大醫學院生物醫學學院教授柯亞亦有份帶領有關研究，她指這項研究不僅解開多年來關於大腦如何處理數字的謎團，更為研究動物處理數字所涉及的具體神經路徑，以及與數學能力相關的基因提供有力基礎。

此外，神經網絡模型的研究結果在人工智能領域具有實際應用價值，日後，當科學家對大腦處理數字的機制有更深入理解後，或可開發針對數感缺陷人士的干預措施。