Натуральные, или счетные, числа обозначают количество чего-либо или порядковый номер предмета относительно других. Ноль, не относящийся к натуральным числам, кодирует пустоту, отсутствие каких бы то ни было предметов. Однако человеческий мозг реагирует на него как на очень маленькое число, обнаружили ученые из Германии.
Кадр из фильма «Одаренная» / © Fox Searchlight Pictures
Ноль — одно из самых абстрактных и при этом важных понятий в математике. Согласно предыдущим исследованиям, дети осознают его не сразу — гораздо позже, чем осваивают целые положительные (натуральные, счетные) числа. У животных, с которыми человек разделяет невербальную систему количественной оценки, заметно рудиментарное понимание нулевой численности.
Специалисты из Боннского университета в Германии с помощью вживленных в человеческий мозг электродов изучили, как именно он обрабатывает понятие нуля. Научную статью с результатами эксперимента опубликовал журнал Current Biology.
«Для мозга, который эволюционировал, чтобы обрабатывать сенсорные стимулы (“что-то”), восприятие пустых множеств (то есть “ничего”) как значимой категории требует высокого уровня абстракции, а значит способности представлять явление независимо от опыта и за пределами того, что воспринимается. Мозгу нужно интерпретировать “ничто” как “нечто”, как математический объект», — пояснили авторы публикации.
В исследовании участвовали 17 человек с эпилепсией, которые проходили нейрохирургическое лечение. Во время предоперационной подготовки им в средние височные доли мозга имплантировали электроды, позволяющие измерять активность отдельных нервных клеток в режиме реального времени.
Сам эксперимент заключался в том, что люди выполняли задания, а исследователи наблюдали за поведением нейронов мозга. В заданиях нужно было отнести к четным или нечетным числа, записанные в двух форматах: символическом (арабские цифры) и несимволическом (наборы точек, в том числе «пустой» набор). Упрощенную версию этого испытания прошли и 19 здоровых людей, чтобы исследователи могли учесть особенности поведенческих реакций, которые обусловлены эпилепсией.
Оказалось, что вне зависимости от формы записи на ноль специфически реагируют определенные нейроны в средней височной доле головного мозга. Они одновременно воспринимали ближайшее к нулю натуральное число — единицу. Ученые сделали вывод, что мозг не рассматривает ноль как уникальную или отдельную категорию «небытия», а делает пустые множества наименьшей величиной на «воображаемой числовой прямой». При этом ноль, представленный в виде цифры, обрабатывался так же, как другие числа, а на обработку несимволической записи требовалось больше времени.
Авторы исследования подчеркнули, что из-за эпилепсии нельзя было свободно выбирать точное расположение электродов. Кроме того, регистрируемая активность могла исходить из областей мозга, которые содержат патологически измененную ткань.
В будущем исследователи считают важным рассмотреть, зависит ли восприятие нуля от контекста или принадлежности человека к той или иной культуре. Знания в этой области позволят лучше понять, как мозг работает с абстрактными понятиями.
«Поведение и умственные способности человека обусловлены работой нейронов в головном мозге. Наша цель — понять, как активность отдельных нейронов и их ансамблей механистически связана с различными математическими операциями. Это понимание будет иметь решающее значение для оказания помощи людям с особыми нарушениями, связанными с числами, такими как дискалькулия в процессе развития — трудности при изучении чисел — и акалькулия, которая относится к приобретенным нарушениям счета после травм головного мозга», — подытожили ученые.
Комментарии
Какая то банальщина. Как в школе учат, так мозг и реагирует. На что рассчитывали?
Авторам сего исследования надо бы сообщить, что уже много десятилетий ноль относят к натуральным числам. Это только в российских школах противятся новым европейским веяниям, вопреки ГОСТу, кстати. А в ихних Европах это давно состоявшийся факт.
Дмитрий, то есть то, что ниже красного кружочка вы уже не стали читать? Как в ГОСТе, так и в ИСО ("в этих ваших Европах"), есть два определения натуральных чисел, с нулем и без, используются оба, в зависимости от области применения.
Никита, вы бы статью сначала прочитали внимательно, а потом пост оценивали. Он ведь не сам по себе, а к статье и в этом контексте ваша реплика не очень уместна. Что с того что существуют 2 определения? Особенности школьного образования таковы, что ноль интуитивно воспринимается как натуральное число и никак иначе. И совершенно не понятно, с чего авторы исследования решили, что в массе своей у людей в мозгу должны рождаться какие то иные абстрактные понятия нуля. Но может быть у вас иначе, запишитесь к ним добровольцем))
Дмитрий, так то Никита прав. Первоначальная теорема Пеано для натуральных чисел была без 0. Но потом он включил 0 позднее. Понятно что 0 ноль мозгу хочется посчитать, поэтому он и натуральное. При этом ноль Целое число, это как раз уже логика второго порядка. Поэтому ноль только технически соответствует натуральности 0, 1, 2... Но попробуйте с ним произвести вычисления. Это не простое натуральное число, почитайте про тему "cardinal and ordinal numbers" этих Европ.
Дмитрий, не уверен что люди в массе своей вообще задумываются над такими абстракциями. Я тоже воспринимаю ноль как число и ничего ужасного со мной не случилось.
Самоочевидное исследование. Понятно что если дают набор чисел, и одно из них ноль, то воспринимать его ты будешь как ещё одно число, а не концепцию пустоты. Наборы точек это тоже числа, потому что чтобы их распознать, приходится подсчитывать количество точек.
Банальное исследование, много слов ни о чём...уж если с точки зрения учёных ноль кардинально отличается от 1 и -1, то в качестве данных для анализа нужно было давать мозгу количественные понятия, а не числа: "много, очень много, мало, меньше, исчезающе мало" вперемешку с "пустота, ничто, отсутствие всего, ноль".
P.S. Лично я не помню никаких затруднений с нулём в начальной школе
Всё на много проще: ноль - это такое же число, но являющееся точкой перехода от положительных значений к отрицательным. Математикам всего лишь стоило обозначить ноль в явном виде "+0" и "-0", соединенные вплотную. Мозг именно так его и воспринимает, ориентиркъуясь с какой стороны числового ряда вы пришли к нулю, со стороны положительных чисел, или со стороны орицательных значений. И всего-то. И не нужно ни каких исследований мозга, с электродами. Это точка равновесия в параболе, между движением вверх и вниз катящегося шарика, и аналогично на выпуклой поверхности. Математики сами загнали себя в лингвистическую ловушку, а теперь мучаются с электродами.
Для еще более наглядного понимания, поднимем параболу на высоту 55, по вертикальной оси, теперь точка перехода, когда значение при движении по параболе будет вначале уменьшаться, а потом возрастать (то есть точкой ноля) будет значение 55. Цифры 80, 60, 55, 60, 80. Все цифры в положительной плоскости, но точка перехода у них тоже есть, и ни какой пустоты.
Ноль - это граница между положительными и отрицательными числами. Просто маленькие дети не знают об отрицательных числах.
Наверняка глупый вопрос, но знает кто нибудь - ноль и бесконечность это противоположные вещи или одно
и тоже?
Али, это противоположные значения, как плюс и минус, но и ноль и бесконечность не являются номерами.
Очевидно, среди комментирующих нет математиков-педагогов. Ноль действительно особое число. Натуральное оно, или нет - дело конвенции. Но дети в школе сначала разбираются в натуральных (1. класс и раньше), потом в нуле (да и то сначала как цифре, а потом как количеству), а отрицательные числа - это уже другая, более формальная арифметика (5. класс). И это не из-за нормы (будь она ГОСТ или ISO), а по существу. Интересная статья, прошу в комментариях не писать глупостей.
Работаю с детьми 5-6 лет и они прекрасно понимают, что 0 это ничто. Сколько в классе бегемотов- 0, а сколько крокодилов- 0. На столе лежало одно яблоко, вы его съели, сколько осталось - 0. Перемудрили ученые. Сначала все мы воспринимаем 0, как ничто, решая примеры и задачи письменно, уже применяем не понятие пустоты, а число, его обозначающее.