数学能力在推进人类文明、技术和文化方面扮演相当重要的角色。然而,在所有脊椎动物 ( vertebrate ) 群中,包括软骨鱼类、硬骨鱼类、两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物,数字能力以不同的形式与复噪声号 ( sophistication ) 呈现。
脊椎动物天生就会识别与解读数字?
一个耐人寻味的假设是:所有脊椎动物天生就具有处理数字的固线式 ( hardwired ) 神经元网络,即脊椎动物大脑包含专门编码和处理定量讯息的特定回路,正如其他认知功能 ( 如,基本学习和记忆、物体识别 ) 所观察到的,也就是能解读数字的能力。
过去的研究表明,人类新生儿和新孵化的孔雀鱼、小鸡(孵化时脑已经高度发育的物种)具有数学能力。但在此之前,对新生幼鱼、幼虫或在胎儿阶段、大脑尚未充分发育物种的数学能力所知不多。现在,一项研究发表于 < Communications Biology >的研究,透过斑马鱼( Danio rerio ) 来进行数字辨别研究。斑马鱼受精后 48-72 小时孵化,斑马鱼幼虫的胚胎神经系统于孵化后 96 小时内,就可以识别不同数量的垂直条纹。由于早熟 ( precocial ) 物种的幼儿是在经过漫长的发育期后出生或孵化的,因此它们的大脑和行为库与成年人非常相似。因此,这个发育良好的大脑可能会让新生儿通过补偿机制,来应对数字辨识的能力。
意大利研究团队发现初生斑马鱼能够鉴别条纹数量,且偏好大数量
意大利费拉拉大学 ( University of Ferrara ) 的研究团队对新孵化的斑马鱼,是否可以识别印在白色鱼缸壁上不同数量黑色条纹的差别进行测试。幼鱼起初养在鱼缸壁有黑色条纹图案的缸里, 96 小时后, 180 条幼鱼被放进了一个单独缸的中心,它有两面白色壁,上面印有最多4个黑色条纹。研究团队观察幼鱼会游向较多或较少黑条纹区域,或是停留在缸的中心,同时计算了幼鱼在缸中每个区域停留的时间。
约 63.1% 的幼鱼偏好黑色条纹较多的鱼缸壁,且在条纹多的区域花费的时间几乎是条纹少区域的两倍 ( 56.9 秒vs 32.0 秒 ) 。在能够选 1 条或 4 条条纹鱼缸壁实验中, 66.5% 偏好数量多的条纹。当用一系列难度递增的区分进行测试时,发现斑马鱼幼虫能够鉴别黑色条纹数量的不同,而且偏好选择大的数量。
研究团队认为,人类新生儿和新孵化的斑马鱼幼鱼,这两个系统发育上相距遥远的物种,却有相似的研究结果,表明数字能力可能是脊椎动物大脑的标志性特征。在脊椎动物中,数字能力几乎影响所有与适应性相关的功能 ( 如:觅食和捕食、繁殖 、反捕食者防御、栖息地选择等 ) ,而且它们在同一物种中发挥多种功能的情况并不少见。在早期发育过程中,大脑皮层的异常扩展和人脑的计算潜力也可能由此决定增强的、普遍的认知功能。
参考资料:
1. https://www.nature.com/articles/s42003-023-04595-7
©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因线上版权所有 未经授权不得转载。合作请联系:service@geneonlineasia.com