人类数位拓扑图中用于视觉和听觉数量的人口编码

我们如何在不数数的情况下感知“多少”

人类和许多动物可以瞬间判断面前是一个、三个还是五个物体，或刚刚听到多少声蜂鸣，而无需逐一计数。这种对“多少”的快速直觉对日常决策至关重要，从估算房间里有多少人到判断有多少辆车即将通过人行横道。这里描述的研究提出了一个看似简单的问题：大脑是否对视觉和听觉的数量使用相同的基础编码，如果是，这种编码在大脑皮层表面如何布局？

以视觉和听觉感知数量

为了解答这个问题，研究人员使用超强的7特斯拉磁共振成像仪对12名成人的大脑进行了扫描。在扫描过程中，受试者要么观看短暂的黑点显示，要么听短促的蜂鸣序列。在两种情况下，项目数量都在一到五之间。屏幕上点的总体面积保持相同，蜂鸣的音高随机变化，以避免单纯的视觉亮度或声音频率解释大脑差异。参与者只需在点变色或出现异常音调的蜂鸣时按按钮，确保他们保持警觉而不进行显式计数。

隐匿的数量地图

团队用一种数学工具对大脑活动建模，该工具描述了皮层上每一小片区域对特定数目的偏好程度。对于每一小片，他们估计了一个“最爱”数量以及它对邻近数量的响应宽度。他们发现，当用对数刻度排列数字时，反应呈现平滑的钟形曲线，这意味着小数之间的差异（比如一与二）被视为比相同步长在较大数字处（如四与五）更显著。在视觉和听觉任务中，皮层的相邻小片偏好相邻的数量，形成有序的“数位拓扑”地图——类似于视觉和触觉的地图——在大脑表面铺展出数量的感知。

视觉与听觉占据不同区域

尽管数量的编码策略在感官之间相似，但涉及的大脑区域有所不同。视觉数量在大脑的后部和顶部多个区域都有表征，包括枕叶、顶叶和额叶区域。相比之下，听觉数量出现在更少且更小的地图中，主要位于与听觉相关的颞叶部分以及靠近前部的大脑运动前区。没有任何单一区域在研究的数量范围内同时对视觉和听觉数量有强烈反应，这表明大脑在保持感官信息流分离的同时仍使用共同的编码策略。研究人员还发现，小数量占据的皮层表面积比大数量更多，而偏好较大数字的小片响应更宽，覆盖更广的邻近数量范围。

为何某些数量的表征更为清晰

视觉和听觉地图之间的差异可能反映了我们通过不同感官把握数量的难易程度。较少数量的点可以几乎一眼被识别，这一过程称为“瞬时识别（subitizing）”，而对短促的声音序列做同样的判断则要困难得多。视觉地图更大，信号变化更强，调谐更窄，符合更清晰、更精确的表征；听觉地图则更小，响应更弱且更宽，可能因为声音是随时间展开的，容易被扫描仪背景噪声掩盖，且必须在短时间内被记忆保持。两种感官中，左半球倾向于分配更多的皮层空间来表示数量且具有稍尖的调谐，这一发现将早期关于视觉数量地图的结论扩展到了听觉。

这对我们数感的意义

总体而言，这项工作表明，人类大脑使用一种基于群体的共同编码来表征视觉和听觉中的“多少”，但在实现上采用了分离的、模态特异的地图，而非单一的完全共享中枢。每张地图都按相邻组织方式排列，使得相邻的脑组织表征相邻的数量，且小数量占据更多空间并被更精确地编码。对普通读者而言，要点是我们不费力的数感依赖于大脑中精细结构化且针对感官的布局，这些布局遵循相同的基本规则。这些发现为今后研究这些地图如何在儿童中发展、个体间如何差异以及大脑如何在日常生活中整合视觉与听觉的数量信息奠定了基础。

引用: Jeong, G., Soch, J., Trampel, R. et al. Population coding for visual and auditory quantity in human numerotopic maps. Commun Biol 9, 383 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09752-2

关键词: 基数感, 多感官知觉, 脑成像, 群体编码, 数字认知