脳は足し算と引き算に異なるニューロンを使う

複雑な線形代数を研究している大学院生であろうと、レストランでチップを計算するグルメであろうと、私たちはみな毎日何らかの形で数学を使用しています。しかし、私たちの脳がどのように計算を行っているかは、科学者にとって依然としてほとんど謎のままです。現在、ドイツの研究者グループが、私たちの数学的な思考における興味深い新しいパターンを観察しました。

2月14日、ドイツのボン大学とテュービンゲン大学の研究者らは、さまざまな数学的演算を行う際に特定のニューロンが光ることを発見した。この発見はCurrent Biology誌に掲載された。ニューロンは体全体に信号を伝える神経細胞だ​​が、主に脳と脊髄に集中している。ニューロンは化学神経伝達物質を使ってニューロンからニューロンへと信号を伝え、それによって私たちは考え、感じ、動くことができる。

ボン大学病院のてんかん科では、てんかん患者の脳に電極を埋め込む外科手術を専門とする研究者がいます。これらの電極は主に発作の原因を特定するために使用されますが、さまざまな作業中にどのニューロンが発火するかを明らかにすることもできます。研究の著者は、この電極が研究に理想的なツールであることを認識しました。

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被験者は女性5人と男性4人で、記憶処理に重要な脳の部位である内側側頭葉に電極が埋め込まれた。被験者らは薬物療法では抑えられないてんかんの治療を受けていたため、電極は発作の原因となっている脳の部位を特定し、その部位を除去するのに役立つ可能性がある。

各被験者は、足し算または引き算を使って一連の簡単な算数問題を解くことになります。問題の中には、数字と記号で書かれたもの (2+2) もあれば、言葉で書かれたもの (2 と 2 を足す) もありました。被験者が問題を解いている間、電極を使ってニューロンの活動が記録されました。研究者は、足し算と引き算ではまったく異なるニューロン セットが活性化すること、問題が記号で表現されているか言葉で表現されているかは関係ないことを発見しました。

活動レベルの違いが実際に数学の問題を解くことと対応していることを確認するために、研究者らは自己学習型コンピュータ プログラムですべてのデータを処理しました。まず、各数学の問題に対するニューロン活動と、被験者が足し算をしているのか引き算をしているのかを入力してシス​​テムをトレーニングしました。研究によると、トレーニング データを処理した後、プログラムは数学の問題の種類を知らなくてもニューロン活動を受け取り、被験者が足し算をしているのか引き算をしているのかを区別することができました。
「この研究は、数字の計算という、私たちの最も重要な記号能力の1つをより深く理解するための重要な一歩となる」と、ボン大学病院の認知・臨床神経生理学教授で、この研究の著者の1人であるフロリアン・モーマン氏はプレスリリースで述べた。