کلاغ‌ها مفهوم صفر را درک می‌کنند

به گزارش زومیت لایوساینس قبلا گزارش کرده بود که مفهوم صفر به شکلی که در سیستم اعداد استفاده می‌شود، تقریبا در قرن پنجم میلادی یا شاید هم چندین قرن پیش‌تر ایجاد شد. برای مثال، مفهوم ضرب عدد ۸ در صفر یا اضافه کردن صفر به ۱۰ تا آن زمان ایجاد نشده بود. مفهوم هیچ یا عدم هیچ کمیتی احتمالا زودتر ظاهر شده است؛ اما این مورد با استفاده از صفر به‌عنوان کمیت مجزا و مستقلی فرق دارد.

این ایده ممکن است واضح به‌نظر برسد؛ اما به دنبال ادراک صفر به‌عنوان مقداری عددی، رشته ریاضیات دچار تحول چشمگیری شد. اندریاس نیدر، استاد فیزیولوژی حیوانات در مؤسسه نوروبیولوژی دانشگاه توبینگن آلمان گفت: «اگر از ریاضیدانان بپرسید، احتمالا بیشتر آن‌ها به شما خواهند گفت که کشف صفر دستاورد شگفت‌آوری بود. مسئله خاص در ارتباط با صفر این است که در روال شمارش اجسام واقعی قرار نمی‌گیرد». به‌عبارت‌دیگر، فرد می‌تواند سه سیب درون سبد را بشمارد: یک، دو و سه، اما وقتی سبد خالی است، سیبی برای شمارش وجود ندارد. صفر بیانگر تهی بودن و نبود سیب است و نیدر می‌گوید: «به‌طور آشکار به تفکر انتزاعی نیاز دارد… تفکری که از واقعیت تجربی جدا است.»

اکنون نیدر و همکارانش با بررسی مغز کلاغ‌ها دریافته‌اند که نورون‌ها یا سلول‌های عصبی پرندگان صفر را نیز مانند اعداد دیگر رمزگذاری می‌کند. بررسی الگوهای فعالیت مغز این پرندگان همچنین از این ایده حمایت می‌کند که صفر قبل از یک روی خط ذهنی اعداد کلاغ قرار می‌گیرد.

در مطالعه جدید که ماه جاری در مجله The Journal of Neuroscience منتشر شد، تیم پژوهشی آزمایش‌هایی را با دو کلاغ لاشه (Corvus corone) انجام دادند که طی آن پرندگان روی تیری چوبی می‌نشستند و با مانیتور کامپیوتری که مقابل آن‌ها قرار داشت، تعامل برقرار می‌کردند.

در هر آزمایش، صفحه خاکستری حاوی صفر تا چهار نقطه سیاه در مقابل کلاغ‌ها ظاهر می‌شد. پس از این تصویر «نمونه»، تصویر «آزمایشی» نشان داده می‌شد که حاوی همان تعداد نقطه یا تعداد متفاوتی نقطه بود. کلاغ‌ها آموزش دیده بودند تا اگر دو تصویر با یکدیگر مطابقت داشت، به صفحه نوک بزنند یا سر خود را تکان دهند و اگر همخوانی نداشت، بی‌حرکت بمانند.

پژوهشگران در مطالعه پیشین با استفاده از همین روش که در سال ۲۰۱۵ منتشر شد، نشان داده بودند که کلاغ‌ها پس از آموزش گسترده، می‌توانند با موفقیت جفت تصاویر سازگار و جفت تصاویر ناسازگار را در حدود ۷۵ درصد از موارد شناسایی کنند.

مطالعه پیشین شامل صفحه‌نمایش خالی نبود که نشان‌دهنده صفر باشد؛ اما نشان داد کلاغ‌ها می‌توانند تصویر حاوی مثلا سه نقطه را از صفحه حاوی پنج نقطه تمایز دهند. هرچه اختلاف میان دو مجموعه نقطه بیشتر می‌شد، پاسخ پرندگان دقیق‌تر بود. به‌عبارت‌دیگر، پرندگان درباره مقادیر نزدیک به هم مانند دو و سه بیشتر از مقادیر دور از هم مانند یک و چهار اشتباه می‌کردند. نیدر گفت این پدیده با عنوان «اثر فاصله عددی» شناخته می‌شود که در جریان آزمایش‌های مشابه در میمون‌ها و انسان‌ها نیز دیده می‌شود.

به‌گفته نیدر، در مطالعه جدید که شامل صفحه خالی می‌شد، کلاغ‌ها پس از این آموزش می‌توانستند صفر را از مقادیر قابل شمارش دیگر تمایز دهند. مهم‌تر اینکه پرندگان در آزمایش‌هایی که شامل صفحه خالی بود، هم اثر فاصله عددی را نشان می‌دادند. این بدان معنا است که پرندگان تصویر صفر نقطه را با تصویر یک نقطه بیشتر از تصویرهای دو، سه یا چهار نقطه‌ای اشتباه می‌گرفتند که نشانه‌ای است که آن‌ها مجموعه خالی را نه فقط به‌عنوان هیچ دربرابر چیزی درنظر می‌گیرند بلکه درواقع به‌عنوان مقدار عددی با آن رفتار می‌کنند و طی آن نقطه‌های صفر را به‌عنوان چیزی نزدیک یک نقطه می‌بینند.

پژوهشگران برای درک بهتر فعالیت مغزی پشت‌صحنه این رفتارها، سیم‌های ریز دارای روکش شیشه‌ای را درون مغز پرندگان کاشتند تا فعالیت الکتریکی مغز آن‌ها را حین تکرار آزمایش‌های رفتاری ثبت کنند. نورون‌های منتخب درون منطقه‌ای از مغز به نام پالیوم قرار داشتند که به سمت پشت مغز پرنده قرار دارد و عملکردهای شناختی رده‌بالا را تحت کنترل دارد.

پالیوم پرندگان به منطقه بزرگ‌تری از مغز تعلق دارد که تلنسفالون نامیده می‌شود. انسان‌ها نیز یک تلنسفالون دارند که قشر مغز یعنی لایه خارجی چروکیده مغز بخشی از آن است؛ اما گرچه هر دوی پالیوم و قشر مغز درون تلنسفالون قرار دارند، شباهت دیگری میان این دو ساختار نیست و درحالی‌که قشر مغز حاوی شش لایه متمایز از بافت مغز است که به‌وسیله اتصالات متقاطع به هم متصل می‌شود، پالیوم پرندگان لایه‌ ندارد و درعوض نورون‌های درون آن به شکل خوشه‌های هسته‌ای سازماندهی شده‌اند.

در مطالعه سال ۲۰۱۵، پژوهشگران همچنین فعالیت پالیوم را ثبت کردند و به‌طورخاص روی منطقه‌‌ی کلیدی معروف به نیدوپالیوم دُمی‌جانبی یا NCL تمرکز کردند. منطقه NCL اطلاعات حسی ازجمله اطلاعاتی را که از چشم می‌آید، دریافت می‌کند، آن داده‌ها را پردازش کرده و آن را به مناطق مغزی مرتبط با عملکردهای حرکتی ارسال می‌کند تا رفتارهای فیزیکی را هماهنگ کند (در نخستی‌ها، قشر پیش‌پیشانی نقش مشابهی دارد).

پژوهشگران دریافتند که در ناحیه NCL، با ظاهر شدن تعداد خاصی از نقاط روی صفحه، زیرگروه‌های خاصی از نورون‌ها فعال می‌شدند. بعضی از آ‌ن‌ها در پاسخ به دو نقطه شکلیک می‌شدند درحالی‌که برخی دیگر برای موارد دیگر مثلا چهار نقطه فعال می‌شدند. به‌نظر می‌رسد این نورون‌ها برای نشان دادن عدد خاص تنظیم شده‌اند. جالب اینکه هرچه فاصله میان عدد مورد نظر و تعداد نقاط روی صفحه بیشتر بود، فعالیت آن نورون‌ها کمتر می‌شد. طبق ادعای نیدر، این الگوهای فعالیت مغزی به نحوه درک کلاغ‌ها از مقادیر عددی دربرابر یکدیگر اشاره می‌کند. او اعتقاد دارد: «آن‌ها ذاتا نشان‌دهنده این جنبه ترتیبی اعداد هستند. این ترتیب در امتداد یک خط عددی قرار دارد به‌طوری‌که پس از یک دو می‌آید و پس از دو عدد سه می‌آید و غیره».

پژوهشگران در مطالعه جدید، آزمایش را با افزودن صفحه بدون نقطه (صفر نقطه) تکرار کردند. آن‌ها درمجموع، فعالیت بیش از ۵۰۰ نورون (۲۳۳ مورد در یک کلاغ و ۲۶۸ مورد در دیگری) را ضبط کردند. مانند قبل، آن‌ها دریافتند که زیرمجموعه‌های متفاوتی از نورون‌های NCL در پاسخ به تعداد مختلف نقطه‌ها فعال می‌شوند؛ اما علاوه‌بر‌آن، زیرمجموعه دیگری نیز در پاسخ به صفحه خالی شلیک شدند. با افزایش تعداد نقطه‌هایی که روی صفحه ظاهر می‌شد یا با افزایش فاصله عدد از صفر، میزان فعال شدن این نورون‌ها کمتر می‌شد.

نویسندگان نتیجه‌گیری کردند، الگوهای رفتاری و فعالیت مغزی مشاهده‌شده نشان می‌دهد کلاغ‌ها واقعا مفهوم صفر را درک می‌کنند. نیدر بیان می‌کند:

مشخص نیست چنین قابلیتی چه فایده‌ای برای این حیوانات دارد. درحالی‌که برای مثال داشتن توانایی تمایز بین یک قطعه میوه از دو قطعه میوه برای ماندگاری می‌تواند مفید باشد، مزیتی آشکار در این زمینه نمی‌بینم که حیوانات هیچ‌چیز را به‌عنوان یک مقدار درک کنند.

مطالعات رفتاری دیگر نشان داده است که ماکاک‌های رزوس و زنبورهای عسل نیز صفر را درک می‌کنند. ازنظر فعالیت مغزی مرتبط با صفر، مطالعات متعدد نشان داده است که میمون‌ها درست مانند کلاغ‌ها دارای نورون‌های تنظیم‌شده خاصی برای عدد صفر هستند. نیدر و همکارانش در سال ۲۰۱۸ در مجله Neuron همین پدیده را درباره انسان نشان دادند. نیدر اعلام می‌کند:

فکر می‌کنم در ابتدا این سؤال که آیا حیوانات صفر را می‌فهمند یا نه، کمی غیرعاقلانه به‌نظر می‌رسد؛ زیرا صفر عددی بسیار خاص و تقریبا جادویی است؛ اما اکنون شواهد در حال افزایشی نشان می‌دهد که درمقایسه‌با آنچه دانشمندان در ابتدا تصور می‌کردند، ممکن است حیوانات بیشتری قدرت درک مفهوم صفر را داشته باشند.

نیدر گفت اگر حیواناتی مانند دوزیستان و خزندگان بتوانند محاسبات ریاضی انجام دهند که متکی بر درک صفر است، او تعجب خواهد کرد، زیرا توانایی یادگیری آن‌ها با پستانداران و پرندگان مطابقت ندارد؛ اما با توجه به اینکه پرندگان و پستانداران قبل از انقراض دایناسورها از جد مشترک خود جدا شده‌اند، این واقعیت که آن‌ها دارای توانایی‌های شناختی باشند که از جنبه‌هایی شبیه هم باشد، نیز قابل‌توجه است. این جنبه جذابی است که تکامل روش‌های آناتومیکی متفاوتی را به‌طور مستقل پیدا کرده است تا پرندگان و پستانداران را با عملکردهای شناختی رده‌بالا مجهز کند.