数字加工的认知神经基础(罗跃嘉2003)

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1、心理科学进展2003，11（3）：289~295AdvancesinPsychologicalScience*数字加工的认知神经基础南云罗跃嘉(中国科学院心理研究所心理健康重点实验室，北京100101)摘要数学作为人类最重要的发明，越来越引起认知神经科学家的重视与关注，究竟什么才是人类数学知识的脑基础？脑成像的研究已经证实了一个参与数学运算加工的神经网络，包括顶叶皮质、侧前额叶皮质、内前额叶皮质、和小脑。实验证明：人脑对于数字具有一种模拟表达，类似于将数量在脑内部作为一种内心的数字线上的点来操作。

2、神经心理学的研究证实数字加工的这种数量表达分布于两半球，其优势区位于下顶叶皮质区。关键词数字加工，ERP(事件相关电位)，下顶叶。分类号B842.31数字加工的生物进化特征近年来，许多研究已经证明了尚未掌握语言的婴幼儿具有数字辨别能力和基本计算能力。经典习惯化－恢复实验(habituation-recoveryoflookingtime)的视觉数字辨别作业表明：婴幼儿天生具有数字的辨别能[1]力。6个月的婴儿已经可以识别视觉事件的数量：如洋娃娃跳了两下或三下。另有证据表明，6~8个月的[2]婴儿具

3、有跨通道的数字匹配能力。可见，婴幼儿在生命的第一年里就已经具有了与视听通道相关的数字抽象概念。进一步研究关于婴幼儿数字表达转化成近似于加、减等内部算术计算的程度问题，Wynn的“期望违背范式”（violation-of-expectationparadigm）实验表明婴儿已经逐渐形成一种近似于1＋1＝2和2－1＝1之[3]类的最简单数学运算的期望，能够对场景内的物体进行抽象的内隐或外显编码。动物同人类婴儿一样，也具有基本的数学能力。教给猴子和猩猩识别1~9阿拉伯数字后，发现它们可[4]以用这些数字

4、标识出物体的大致数目。这表明动物具有对于数字的抽象的非符号表征，并且能够在特定情况下以数字的象征意义来指导行为。对于不同数量的两堆食物，猩猩可以自动地选择总数量大的那一堆，[5]表明猩猩是进行了两堆食物各自的近似意义上的加法和对它们结果的比较。这表明了动物也具有基本的算术计算能力。然而对动物的数字能力所对应的脑区仍然是未知的，推测与空间视觉有关的枕-顶通路在数字提取中起[6]⋅重要作用。这与研究发现的成人的数字加工区——双侧下顶叶皮质的结果是一致的。从表面上来看，动物和人的数字表达之间的区别是显而

5、易见的，动物的数字加工反映了一种近似于人类的特定的生物学决定的神经系统，但动物的数字能力局限在基本的近似的非符号的计算，而人的数字加工则可以发展到一种更高水平的数学能力。两种主要的相似之处是：数字的距离效应和数字的大小效应。即使将数字以符号呈现也会发生数字的距离效应，这说明了人脑能够内在地将数字的符号形式转化成连续的以数量为基础的相似模式。而数字的大小效应是韦伯定律（差别阈限与刺激量近似为恒定正比关系）的一种形式。[7]成人对于点的识别表现出一种随着数字的增加而发生的非精确性的增加。当进行比较和计

6、算时，无论以阿拉伯数字呈现还是以单词形式呈现，二者都表现了同样的数字大小效应。数字大小效应说明了我们收稿日期：2002-11-13*中国科学院百人计划、全国优秀博士学位论文作者专项基金资助。通讯作者：罗跃嘉，email:luoyj@psych.ac.cn289-290-心理科学进展2003年人类对物体的数目的认知能力的有限性：在3或4以下可以快速认知，但大于此数后认知速度明显放慢。总之，认知心理学的证据表明在各种数字加工任务中，人类和动物同样可以快速地产生有关数量的表达，并且随着数目的增长这种表达

7、越来越模糊。初等数学加工生物决定的脑基础理论（即认为初等数学加工无论是在动物还在人脑中都有其特定的脑基础的理论）缺乏实验证据，目前尚无同一范式下的有关动物、婴儿、成人行为的比较研究。而且婴儿的算术研究被局限在很小的数字范围内（只能到4或是6）。婴儿和动物的下顶叶区皮质在数字加工中的作用仍是一种推测。目前有关的数字加工的损伤和脑成像研究仍然很少。根据目前的相关研究可以得到以下结论：对于数字进行表达和推理的能力是人类头脑中遗传结构的一部分。人类拥有特异性的智力装置机制，而且这一机制也是由自然选择所进化

8、而来的，与其它种属动物所[8]共有。2对数学知识本身的探讨许多科学家认为：有关动物的数字加工假说只有在用所有其它的非数字证明都不足以解释观察到的行[9]为时才成立。当一组物体中的个别项目发生置换时，数字可以定义为其中唯一不变的特性，它能概括所有其它的非数字的物理参数的变化。通常根据这一标准来表明动物和婴幼儿在面对物体特征如大小、颜色、形状、空间位置、通道（视、听觉）及呈现模式（同时的还是序列的）等的变化时所表现出来的数字抽象表达能力。这一标准也用于定义成人的数字抽象语义表达和判断脑