Naukowcy ze Szpitala Uniwersyteckiego w Bonn i Uniwersytetu w Tybindze dokonali przełomu w zrozumieniu, w jaki sposób ludzki mózg postrzega liczbę zero.
Pomimo jej znaczenia dla matematyki, neuronalna podstawa liczby zero w ludzkim mózgu była wcześniej nieznana. Zero, które wcześniej uważano za „nic”, jest w rzeczywistości przetwarzane przez poszczególne neurony w przyśrodkowym płacie skroniowym jako odrębna wartość liczbowa. Odkrycie to, które oznacza integrację zera z innymi liczbami, a nie odrębną kategorię, ma znaczące implikacje zarówno dla dziedzin neurologicznych, jak i matematycznych.
Wyjątkowa rola Zero w matematyce
Liczba zero, uznawana za kamień węgielny rozwoju systemów liczbowych i matematyki, jest obchodzona jako jeden z największych kulturowych triumfów ludzkości.
„W przeciwieństwie do innych liczb, takich jak jeden, dwa czy trzy, które reprezentują wielkości przeliczalne, zero oznacza brak czegoś przeliczalnego, a jednocześnie ma wartość liczbową” – mówi współautor do korespondencji, prof. Florian Mormann z Katedry Epileptologii na UKB, który jest także członkiem Transdyscyplinarnego Obszaru Badawczego (TRA) „Life & Health” na Uniwersytecie w Bonn.
W przeciwieństwie do dodatnich liczb naturalnych, koncepcja liczby zero pojawiła się dopiero późno w historii ludzkości, w ciągu ostatnich dwóch tysiącleci. Znajduje to również odzwierciedlenie w rozwoju dzieciństwa, ponieważ dzieci zazwyczaj są w stanie zrozumieć pojęcie zera i związane z nim zasady arytmetyczne dopiero w wieku około sześciu lat.
Odkrywanie reprezentacji neuronowej zera
Nie zbadano jeszcze, w jaki sposób koncepcja ta jest reprezentowana przez komórki nerwowe w ludzkim mózgu. Naukowcy z Bonn połączyli teraz siły z neurobiologami z Uniwersytetu w Tybindze, aby dotrzeć do sedna tej kwestii.
W tym celu pokazali pacjentom neurochirurgicznym, którym w ramach przygotowań do operacji wszczepiono cienkie jak włos mikroelektrody do płatów skroniowych w UKB, wartości liczbowe od zera do dziewięciu. Wartości liczbowe przedstawiono z jednej strony jako cyfry arabskie, a z drugiej jako zestawy kropek – łącznie z zestawem pustym.
„W międzyczasie byliśmy w stanie zmierzyć aktywność poszczególnych komórek nerwowych i faktycznie znaleźliśmy neurony, które sygnalizowały zero” – mówi Esther Kutter, pierwsza autorka badania. „Takie neurony reagowały albo na cyfrę arabską zero, albo na zbiór pusty, ale nie na jedno i drugie”.
Zero jako uznana wartość liczbowa
W obu przypadkach wystąpił numeryczny efekt odległości, w którym neurony reagowały słabiej, ale wymiernie, także na sąsiednią cyfrę jeden.
„Tak więc na poziomie neuronalnym pojęcie zera nie jest kodowane jako odrębna kategoria „nic”, ale jako wartość liczbowa zintegrowana z innymi, policzalnymi wartościami liczbowymi na dolnym końcu osi liczbowej” – mówi prof. dr Andreas Nieder z Instytutu Neurobiologii Uniwersytetu w Tybindze.
Prof. Mormann dodaje: „Pomimo tej integracji zbiór pusty jest kodowany inaczej niż inne liczby na poziomie populacji neuronów, zwłaszcza w przypadku zbiorów punktowych. To może wyjaśniać, dlaczego rozpoznanie zbioru pustego również trwa dłużej na poziomie behawioralnym niż w przypadku innych małych liczb.
Jednak w przypadku cyfr arabskich efektu tego nie stwierdzono ani na poziomie neuronalnym, ani behawioralnym. Na tej podstawie naukowcy rozpoznali znaczenie reprezentacji symbolicznych, na przykład cyframi arabskimi, dla całkowania liczby zero na osi liczbowej w ludzkim mózgu.
Odniesienie: „Pojedyncza neuronowa reprezentacja niesymbolicznej i symbolicznej liczby zero w ludzkim przyśrodkowym płacie skroniowym”, autorzy: Esther F. Kutter, Gert Dehnen, Valeri Borger, Rainer Surges, Andreas Nieder i Florian Mormann, 24 września 2024 r., Aktualna biologia.
DOI: 10.1016/j.cub.2024.08.041
Finansowanie: Badanie zostało sfinansowane przez Niemiecką Fundację Badawczą DFG w ramach programu priorytetowego SPP 2205.
