计算能力，即思考的能力关于和使用数字，在不同的文化和人群中是不同的，就像智力一样。
例如，许多已知的语言中没有表示2或3以上数字的单词。一位语言学家在2015年管理了一个世界语言数据库，他估计，在6880种有数字数据的语言中，有1093种语言的计数系统以2或3结尾。
伦敦大学学院（University College London）名誉教授、认知神经学家布莱恩·巴特沃斯（Brian Butterworth）估计，在当今技术复杂的社会中，人们在日常生活中平均每小时会遇到大约1000个数字。
在简单的层面上，我们记时间、记日历、记住地址和电话号码；在更复杂的层面上，我们计算利率和股票估值、选举投票百分比、气温和雨量累积、导弹轨迹和天文关系。
限制数字系统的文化是什么样的？早期的报告来自16世纪的探险家，他们描述了他们发现的狩猎采集部落，例如美洲的泰诺和图皮南b
。人类学家后来记录了数百个其他只使用2或3的社会。
今天，巴西的Pirah?是“唯一已知的部落/民族，他们的语言和文化似乎没有超越类似于高等动物的量级概念，”一位应用数学家在2023年对史前数学起源的回顾中写道。文化上的原因是Pirah?“拒绝未来规划的价值，完全是非物质主义的。”
人类学家迦勒·埃弗雷特（Caleb Everett）是一位传教士的儿子，年轻时曾与Pirah?部落生活在一起，他将该部落描述为“认知正常，适应良好”的环境，对河流生态有着“卓越的理解”。
Pirah?大约有700人，他们住在亚马逊河的一条小支流——麦兹河沿岸的小村庄里。他们是半游牧民族，因此经常与外界接触。2011年对Pirah?计算能力的全面回顾描述了在两个Pirah?村庄进行的实验，以测试部落个人是否能匹配大于3的数字，这是他们的数字系统的极限。配对包括选择多少个空橡皮球以不同的排列方式与三轴线相匹配。
埃弗雷特和合著者凯伦·马多拉回顾了之前关于Pirah?和计算能力的研究，这些研究在Pirah?对大于3的数量进行一对一对应的能力方面得出了相互矛盾的结果。埃弗雷特和马多拉认为，原因在于Pirah?没有表示大于3的整数的数字单词。他们的结论是基于马多拉对Pirah?进行的实地调查。
Madora有30年说Pirah?语言的经验，他花了几个月的时间在一个村庄，应Pirah?的要求，教他们基本的算术。为了做到这一点，她根据现有的“手”一词，创造了数字4到10的单词。在熟悉了新的数字单词后，研究综述指出Pirah?“在一对一匹配任务中表现出更高的表现”。
研究人员得出结论，对大于3的数字的准确识别“依赖于一种文化建构的概念工具，即精确的数字术语，这并不是所有人类社会都通用的。”
在一个数字系统有限的社会中，当成年人学习更大数字的新单词时，他们能够准确地处理大于3的数字，这一事实既表明了数字语言的重要性，也表明了人类大脑发展的内在能力。
也许有一种计算能力，不管它是否在所有的人类文化和文化内部发展。对大脑和计算能力的研究可能会提供证据，证明计算能力是否具有普遍性，即使数字语言并非如此。
如今，包括核磁共振成像（MRI）和其他神经成像方法在内的先进成像技术，可以通过识别与数学能力相关的大脑皮层区域和神经网络，帮助评估计算能力。
2023年对数学能力的神经基础进行的一项综述提出，“大脑中分布且相互关联的区域网络，主要集中在额叶和顶叶皮层”是复杂数学技能的关键。大脑的额顶叶区通常是负责协调目标导向任务的控制网络。
对于数学能力较好的青少年来说，这篇综述报告说，额顶叶区域的灰质体积很重要，皮质变薄和额顶叶网络表面积变大也很重要。该综述的作者还强调，儿童时期的“皮质可塑性”使其成为数学训练的重要时期。
作者指出，尽管调查短期数学训练对儿童影响的研究数量“很少”，但现有的研究表明，适当的训练可以改善“神经处理和功能”。他们还引用了一项研究，“表明有氧健身训练可以通过皮质变薄来提高儿童的数学学习成绩。”
总的来说，研究表明数学训练提高了数学神经的效率，并且随着时间的推移，使特定的数学任务更加自动化。毫不奇怪，数学技能与一般智力、阅读能力和认知能力有关。
这篇综述总结道，需要更多的研究来检验数学能力中特定的神经联系。重要的是，作者还警告说，目前的研究结论不允许大脑结构和数学能力之间存在“因果关系”，只有相关性。
在计算能力的研究中，一个持续的争论是数字感觉在历史上先于语言，或者反之亦然。另一个有争议的问题是数字素养是否是抽象思维的基础。
智人可能是唯一具有象征性思维的物种，但研究表明，许多动物物种都能数数，其中涉及的神经机制可能与人类相似。正如一位心理学和语言专家所描述的那样，“动物有数学倾向，但只是在一定程度上。”例如，这位研究人员指出，猴子可以记住和比较一组数字（表现与幼儿相似），并且可以学习阿拉伯数字的含义。
比较数量对动物的生存很重要。研究人员评论说：“任何能够区分有10颗果实的树和只有6颗果实的树，或者区分两个捕食者和即将到来的三个捕食者的生物，都有更好的生存和繁殖机会。”
不仅灵长类动物可以进行数字比较：研究表明，其他哺乳动物（包括狗、猫、啮齿动物和海豚）和一些鱼类、鸟类、爬行动物和两栖动物也可以在不同程度上区分数字。2021年一篇关于“进化如何塑造不同动物大脑来处理数字信息”的详细神经科学综述指出了现在已知的和需要进行的研究。
智人是如何从具有基本的计算能力进化到使用微积分的，这是一个令人着迷的问题。
一些语言学家、人类学家和其他人认为，计算能力是从我们的手和脚开始的吗？世界上大多数的数字系统使用基数为5、10或20的倍数，即一只手、两只手的手指数加上两只脚的脚趾数。埃弗雷特写道，在许多语言中，“五”这个词来源于“手”这个词。
其他人则认为计算能力本质上是抽象的。博洛尼亚大学的语言学家米格尔·瓦尔扎里奥和西尔维娅·费拉拉在2020年写道：“语言学证据不支持数字从具体到抽象的进化。没有证据表明早期的数字被认为与被计数的物体相融合。”
作者回顾了早期美索不达米亚语言和计数的发展，以及其他可能独立发明文字的古代文化，并得出结论，数字“总是抽象的”。
他们写道，数字发展和书写的融合“取决于基于幂的数字符号系统的出现”。换句话说，一种使用数字基数及其幂的数字符号系统出现了，这与美索不达米亚文字的开始相吻合。
支持计算能力是抽象的观点的进一步证据来自对新生儿的实验。一个国际研究小组在2008年写道，新生儿“自发地将4-18个固定的视觉空间物体阵列与基于数字的事件听觉序列联系起来”。换句话说，当婴儿听到和看到数字时，他们会识别和比较数字。
实验让婴儿熟悉一组特定的声音或图像序列，然后测量他们在看到匹配或不匹配的序列时凝视的时间。婴儿看匹配序列的时间更长。
作者总结道：“他们的表现为产后经历开始时的抽象数字表征提供了证据。”
除了这里讨论的问题之外，在人类和动物的数量研究中还有许多有趣的问题。例如，数量是否导致了抽象思维和符号思维的认知基础？或者植物在人类数学发展中扮演了什么角色？
最后，关于这个主题的一些研究是非常实用的：它可以立即应用于帮助有数学学习困难的儿童和成人，这样就会有更少的人说，“我不擅长数学。”
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关于作者：马乔里·赫克特是个美女
《时代》杂志的编辑和作家，擅长科学话题。她是一名自由撰稿人，住在科德角。来源：本文由Human Bridges制作。
