У мозку є нейрони, які активуються під час здійснення певних математичних операцій. Одні з виявлених клітин активні виключно під час операцій додавання, тоді як інші - при здійсненні операцій віднімання. При цьому ці нейрони реагують однаково, незалежно від того, чи записана інструкція обчислень у вигляді слова («додати» або «відняти») або символу (знаків плюс і мінус). Стаття опублікована в журналі.
У здійсненні навіть найпростіших арифметичних дій задіяні відразу кілька систем мозку. Вважається, що у людей і приматів основну роль у формуванні уявлень про числа і маніпулювання числами відіграють теменна і префронтальна кора. Однак і інші зони беруть участь у забезпеченні цих операцій, наприклад, медіальна скронева кора. Так, відомо, що обсяг гіпокампа та його функціональний зв'язок з дорсолатеральною та вентролатеральною префронтальною корою зумовлюють успіх у математиці у молодших школярів. А зниження обсягу сірої речовини парагіпокампальної звивини відзначається у дітей з дискалькулією - труднощами в навчанні або розумінні арифметики (дискалькулія - досить складний феномен, який не пояснюється одиничною структурною зміною, вона пов'язана з безліччю та інших змін у структурі сірої і білої речовини цілого ряду регіонів мозку, і зазначене зниження лише одне з цього великого списку). І, нарешті, в медіальній скроневій корі знаходяться окремі групи нейронів, які кодують числа. А як нейрони цього регіону беруть участь безпосередньо в операціях додавання і віднімання невідомо.
Андреас Нідер (Andreas Nieder) з Тюбінгенського університету і Флоріан Морманн (Florian Mormann) з Боннського університету разом з групою вчених провели дослідження, в якому взяли участь пацієнти з резистентною формою епілепсії - п'ять жінок і чотири чоловіки. Для лікування епілепсії учасникам імплантували електроди в скроневу частку мозку, але також ці електроди дозволили вченим вивчити активність окремих нейронів скроневої частки під час того, як учасники здійснювали прості арифметичні операції з числами від нуля до п'яти. Числа пред'являлися в одних завданнях у вигляді арабських цифр, а в інших - відповідною кількістю точок. Арифметична дія також була записана двома способами: або знаками плюса і мінуса, або німецькими словами «und» і «weniger», що позначають додавання/додавання і віднімання. Для відповіді учасники за допомогою сенсорної панелі з цифрами від нуля до дев'яти вводили відповідь, а потім отримували зворотний зв'язок, що вказує, чи був результат правильним («richtig») або помилковим («falsch»).
Під час експерименту автори зареєстрували потенціали дії 585 одиночних нейронів з медіальної скроневої кори, серед них 126 нейронів у парагіпокампальній корі, 199 нейронів у гіпокампі, 107 нейронів в енторинальній корі і 153 нейрони в мигдалевидному тілі. А далі використовуючи багатофакторний дисперсійний аналіз (ANOVA) вчені серед цих нейронів знайшли ті, які вибірково активуються тільки на операції додавання, а інші - тільки на операції обчислення. Арифметичне завдання з'являлося не відразу, а по одному елементу через кожні 500 мілісекунд: спочатку з'являлося перше число, слідом знак або слово, що позначають операцію, і останнім друге число. Завдяки цьому вчені змогли виділити ті нейрони, які реагували виключно на таку, що позначає арифметичну дію: знак або слово (p < 0,001). При цьому ці нейрони реагували однаково, незалежно від того, чи записана інструкція обчислень у вигляді слова або знака.
Також дослідники вводили моделі активності клітин у самонавчальну комп'ютерну програму. У той же час вони повідомляли програмному забезпеченню, вираховують випробовувані в даний момент суму або різницю. Коли алгоритм зіткнувся з новими даними про діяльність після цієї фази навчання, він зміг з високою точністю визначити, під час якої обчислювальної операції він був записаний (p < 0,05), і знову незалежно від того як подана інструкція обчислення, у вигляді знака або слова. Так автори додатково підтвердили свої результати.
Автори вважають свою роботу важливим кроком до кращого розуміння однієї з найважливіших символічних здібностей людини, а саме процесів обчислення з числами. У ході майбутніх досліджень вчені планують більш детально вивчити виявлені ними клітини та їх популяції.
В останні роки зв'язок математичних здібностей з функціонуванням нейронів незмінно привертає інтерес дослідників. Так, минулого року американські вчені, які звернули свою увагу на лобну і теменну області, виявили, що висока концентрація гамма-аміномасляної кислоти в лівій середній лобній звивині пророкує успіхи у виконанні математичних завдань.