香港城市大學(xué)（城大）容永豪教授及香港中文大學(xué)（中大）醫(yī)學(xué)院柯亞教授兩位神經(jīng)科學(xué)專家共同領(lǐng)導(dǎo)一項研究，透過大鼠實驗突破性地發(fā)現(xiàn)動物擁有理解數(shù)字的能力（即「數(shù)感」），為研究人類理解數(shù)字能力和相關(guān)障礙的神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)，提供了關(guān)鍵的動物模型。

研究團(tuán)隊通過採用嶄新的數(shù)字學(xué)習(xí)任務(wù)、腦活動干預(yù)技術(shù)和人工智能模型，開發(fā)了一種創(chuàng)新方法，解決關(guān)於大鼠是否具有數(shù)感的爭論。研究結(jié)果揭示了數(shù)感背後的機(jī)制，詳細(xì)內(nèi)容已於著名跨學(xué)科期刊《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表。

數(shù)感與生存和智力息息相關(guān)

數(shù)感是動物感知世界的基本能力，以增加其生存機(jī)會。數(shù)感也是一種重要的認(rèn)知能力，對學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)至關(guān)重要，更是人類智力的標(biāo)誌。約有3%至7%的人患有計算障礙（dyscalculia），這是一種影響學(xué)習(xí)算術(shù)和數(shù)學(xué)能力的學(xué)習(xí)障礙，數(shù)感缺陷是主要癥狀之一。

擁有數(shù)感的人能夠比較、估計和操作非符號數(shù)量，它與「大小感」不同，後者指的是一組物件固有的連續(xù)維度，例如視覺物體的面積或聲音脈衝的持續(xù)時間。要評估動物的數(shù)感和大小感是否獨立存在，本身是一道極具挑戰(zhàn)的難題，科學(xué)界亦一直在爭論到底大小感或數(shù)感才是動物更基本的認(rèn)知能力。

研究證實大鼠腦內(nèi)有特定區(qū)域處理數(shù)字

研究團(tuán)隊在是次數(shù)感測試中將大小感的影響減至最低，並進(jìn)行了相當(dāng)細(xì)緻的定量分析，以確定數(shù)感和大小感在認(rèn)知中的相對貢獻(xiàn)。他們開發(fā)了一種演算法，使動物接受刺激時只集中關(guān)注數(shù)字，並最大程度地減少其他干擾因素。這將有助於科學(xué)家更好地了解動物如何感知和量化數(shù)字。

研究顯示，在接受代表兩個或三個數(shù)字的聲音脈衝訓(xùn)練情況下，本身對數(shù)字沒有任何認(rèn)知的大鼠能夠發(fā)展出數(shù)感。即使受到聲音長度信息的影響，大鼠在為了獲取食物獎勵時始終專注於聲音的數(shù)量。

容教授為城大賽馬會動物醫(yī)學(xué)及生命科學(xué)院副院長兼認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)講座教授，他說：「我們的研究有助於剖析大小和數(shù)量處理之間的關(guān)係。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)阻斷大鼠大腦中特定的後頂葉皮質(zhì)時，牠們的數(shù)字理解能力會受到影響，但大小感如常。這表明大腦有一個特定的區(qū)域處理數(shù)字。事實上，這是科學(xué)家首次證明大鼠在單一測試中具有區(qū)分和分辨三個不同數(shù)字的能力，超越了單純的數(shù)量比較。」

中大醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)學(xué)院柯教授對於是次研究發(fā)現(xiàn)亦感到鼓舞。她說：「這項研究不僅解開多年來關(guān)於大腦如何處理數(shù)字的謎團(tuán)，更為研究動物處理數(shù)字所涉及的具體神經(jīng)路徑，以及與數(shù)學(xué)能力相關(guān)的基因，提供有力基礎(chǔ)。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的研究結(jié)果在人工智能領(lǐng)域具有實際應(yīng)用價值。日後，當(dāng)我們對大腦處理數(shù)字的機(jī)制有更深入理解後，或可開發(fā)針對數(shù)感缺陷人士的干預(yù)措施。」

容教授及柯教授為是次研究的通訊作者，研究團(tuán)隊另包括中大學(xué)者梁拓博士、彭榮超博士、容康林先生及李佳欣女士。

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