Натуральные числа, также известные как счетные, используются для обозначения количества объектов или для указания их положения в последовательности. Ноль, не являясь натуральным числом, символизирует отсутствие каких-либо предметов. Тем не менее, исследования, проведенные немецкими учеными, показали, что человеческий мозг воспринимает ноль как число, близкое к нулю.
Ноль — одно из наиболее абстрактных и при этом ключевых понятий в математике. Предыдущие исследования показывают, что дети начинают осознавать его не сразу, а значительно позже, чем осваивают целые положительные числа. У животных, с которыми человек разделяет систему невербальной оценки количества, наблюдается рудиментарное понимание нулевой численности.
Немецкие ученые из Боннского университета провели исследование обработки мозгом концепции нуля, используя имплантированные в мозг электроды. Результаты эксперимента были опубликованы в научной статье опубликовал журнал Current Biology.
«Поскольку мозг сформировался для обработки сенсорной информации, восприятие пустого множества, или «ничего», как значимой категории предполагает высокий уровень абстракции. Это, в свою очередь, требует способности представлять явление вне непосредственного опыта и за рамками воспринимаемого. Авторы исследования отметили, что мозг должен интерпретировать «ничто» как «нечто», подобно математическому объекту.
В исследовании приняли участие 17 пациентов с эпилепсией, которым проводилось нейрохирургическое лечение. В ходе подготовки к операции в средние височные доли их мозга имплантировали электроды для измерения активности отдельных нервных клеток в режиме реального времени.
Суть эксперимента состояла в том, что участники выполняли определенные задачи, в то время как исследователи фиксировали активность нейронов мозга. Задания предполагали определение четности или нечетности чисел, представленных в двух видах: символическом (арабские цифры) и несимволическом (наборы точек, включая пустой набор). Для учета поведенческих особенностей, связанных с эпилепсией, упрощенная версия этого испытания была проведена и с участием 19 здоровых людей.
Выяснилось, что нейроны в средней височной доле головного мозга демонстрируют специфическую реакцию на представление числа ноль, независимо от его формы записи. Эти нейроны одновременно воспринимали ближайшее к нулю натуральное число – единицу. Исследователи пришли к заключению, что мозг не воспринимает ноль как уникальную или обособленную категорию «небытия», а рассматривает пустые множества как наименьшие величины на «воображаемой числовой прямой». При этом цифра ноль обрабатывалась аналогично другим числам, а для обработки несимволического представления требовалось больше времени.
В ходе исследования авторы отметили, что наличие эпилепсии не позволило свободно определять положение электродов. Также было установлено, что регистрируемые сигналы могли генерироваться из участков мозга, содержащих ткани с патологическими изменениями.
По мнению ученых, в дальнейшем необходимо изучить, обусловлено ли понимание нуля контекстуальными факторами или культурной принадлежностью. Полученные данные помогут глубже разобраться в механизмах обработки абстрактных концепций мозгом.
«Функционирование нейронов в головном мозге определяет поведение и когнитивные способности человека. Наша задача — выяснить, каким образом активность отдельных нейронов и их групп лежит в основе различных математических действий. Понимание этого вопроса будет критически важным для поддержки людей, испытывающих специфические трудности с числами, например, дискалькулию – нарушения в развитии, связанные с изучением чисел – и акалькулия, это состояние, которое можно охарактеризовать как приобретенное расстройство математических способностей, возникшее вследствие повреждений головного мозга», — заключили исследователи.