数字使现代生活成为可能。“在一个没有数字的世界里，”罗切斯特大学的神经科学家杰西卡·坎特隆及其同事最近在《趋势》杂志上观察到
，“我们将无法建造摩天大楼、举行全国性选举、筹划婚礼或在市场上买一只鸡。”
数字在我们世界中的核心作用证明了大脑识别和理解数字的惊人能力——而坎特隆是试图找出这种技能确切运作方式的研究人员之一。传统上，科学家们认为我们学习使用数字的方式与我们学习开车或用两根拇指发短信的方式相同。在这种观点下，数字是一种技术，是人造发明，我们的全能大脑可以适应它。历史提供了一些支持。人们使用数字的最古老的证据可以追溯到大约 30,000 年前：刻有刻痕的骨头和鹿角，考古学家认为这些是计数标记。更复杂的数字用法直到后来才出现，这与许多其他简单技术的兴起同时发生。美索不达米亚人大约在 5,000 年前就发展了基础算术。零出现在公元 876 年。阿拉伯学者在九世纪奠定了代数的基础；微积分直到 17 世纪末才全面发展。
尽管高等数学出现得较晚，但越来越多的证据表明数字并非真正近期才出现——甚至一点也不。坎特隆和其他人正在证明，我们的物种似乎天生就具备数学技能，这种技能可能可以追溯到至少 3000 万年前的我们的祖先。
这项技能确实是天生的一个迹象：孩子们天生就具备数学头脑。哈佛大学的认知心理学家维罗妮卡·伊扎德在她最近一项对新生儿的研究中证明了这一点。她和她的同事在每次试验中给婴儿播放不同数量的咕咕声。然后，婴儿会在电脑屏幕上看到一组形状，科学家们测量婴儿盯着屏幕的时间。（婴儿看着一个物体的时间长短反映了他们的兴趣。）当屏幕上的形状数量与他们刚才听到的声音数量匹配时，新生儿会更长时间地注视屏幕。例如，一个听到“咕咕，咕咕，咕咕，咕咕”的婴儿会最长时间地看着四个形状，而看着八个形状的时间会少一些，看着十二个形状的时间更少。伊扎德的研究表明，新生儿已经具备了基本的数字概念。此外，他们的数字概念是抽象的；他们可以将它从声音跨越到图片。
数学直觉在我们成长过程中会发展，但探究它的发展是棘手的，因为年龄较大的孩子同时利用他们天生的技能和学到的技能。因此，科学家们想出了强迫人们单独依赖直觉的方法。坎特隆与杜克大学的伊丽莎白·布兰农合作，进行了一项实验，其中成年受试者在电脑屏幕上看到一组点，持续大约半秒钟，然后是第二组。暂停后，参与者会看到并排的两组点。然后，他们只有略多于一秒的时间来选择等于前两幅图像总和的那一组。
人们在这些测试中表现相当不错，这让他们感到一种奇怪的感觉：他们知道自己是对的，但不知道答案是怎么来的。即使在还不能数数的幼儿身上，这些研究也显示，大脑会自动处理数字。从婴儿期到老年，数学直觉始终遵循两条规则。一是当数字较小时，人们得分比数字较大时高。二是当较大的数字与较小的数字之比越大时，人们得分越高。换句话说，人们比从 6 和 8 中区分 2 和 4 更容易，即使这两对数字都相差 2。随着年龄的增长，我们的直觉变得更加精确。其他实验表明，六个月大的婴儿可以可靠地区分相差至少一倍的数字（例如 4 和 8）。九个月时，比例降至 1.5（例如 8 和 12）。而到了成年，这个比例仅为 10% 到 15%。同样的两个规则始终成立这一事实表明，我们在一生中都使用相同的心理算法。
使用磁共振成像（MRI）和正电子发射断层扫描（PET）的脑部扫描正在揭示我们的大脑如何执行该算法。神经科学家发现，当人们进行数学直觉问题时，大脑顶部附近的一个神经元带，环绕着一个叫做顶内沟的折痕，会持续活跃。当我们面对更难的问题时——当数字更大或更接近时——这个区域会变得更加活跃。
心理学家怀疑，这些神经元帮助产生的数学直觉为我们所有更复杂的数学奠定了基础。约翰霍普金斯大学的贾斯汀·哈尔伯达及其同事最近对一群 14 岁的青少年进行了一项关于数学直觉的有说服力的研究。其中一些孩子表现出比其他人更准确的直觉。哈尔伯达随后查看了受试者在标准化学校考试中的得分。数学直觉更敏锐的学生从幼儿园开始就在数学考试中取得更好的成绩。
孩子们在开始上学之前就拥有数学直觉，这一事实意味着我们的进化祖先也拥有这种直觉。事实上，最近的研究表明，我们的祖先在直立行走之前就拥有这种直觉。科学家们发现，包括猕猴在内的许多灵长类动物都能解决我们能解决的一些相同的数学问题。由于猴子和人类在 3000 万年前就分化了，数学直觉大概也有这么古老。
为了证明这种共同的遗传，坎特隆和布兰农能够以与人类相同的方式，通过直觉教会猴子进行加法。动物的直觉和我们的一样好，并且遵循相同的规则。随着数字之间的比率变大，猴子越来越有可能选对。当猴子使用它们的数学直觉时，它们依赖于我们相同的大脑区域，即顶内沟周围的区域。
经过足够的训练，猴子可以学会识别一个屏幕上的4个点。德国图宾根大学的生理学家安德烈亚斯·尼德及其同事发现，就像孩子一样，猴子使用它们的背外侧前额叶皮层来建立这些联系。他们甚至在该区域发现了单独的神经元，这些神经元在数字4和四个点时都会强烈放电。
但是猴子真的理解一个书写的4的符号吗？为了找出答案，尼德和他的前学生伊尔卡·迪斯特训练猴子进行了一项新实验。猴子学会了按压一个杠杆，然后它们会看到一个数字，接着是另一个数字。如果数字匹配，猴子就可以松开杠杆来获得一口果汁。如果数字不匹配，猴子就必须一直按住杠杆，直到出现一个新的数字，这个数字总是匹配的。
猴子能够学会为匹配的数字松开杠杆，并为不匹配的数字保持杠杆按下。如果它们仅仅是通过匹配形状来成功，那么你可能会认为它们有时会混淆相似形状的数字：例如，它们可能会选择1作为与4的匹配，因为它们都是由直线组成的。但是，迪斯特和尼德发现，猴子混淆的方式不同。猴子最有可能混淆数字大小接近的数字：例如，像棍子一样的1和曲线优美的2。更重要的是，如果匹配的数字较大，猴子松开杠杆所需的时间比匹配的数字较小时要长——这又一个迹象表明动物是在响应数量，而不是形状。
对神经科学家来说，这些研究提出了一个深刻的问题。如果猴子对数字有如此坚实的基础，为什么它们无法进行高等数学？找到答案可能有助于我们理解是什么让人类在数字方面比其他动物更出色。尼德和坎特隆都推测，差异在于我们理解符号的能力，这使我们能够将近似的数字直觉转化为精确的理解。当我们说“2”时，我们指的是精确的数量，而不是“可能是 2，但可能是 1 或 3”。然后，我们可以学会快速处理精确数字的规则。然后，我们可以将这些规则从一个数字推广到下一个数字，从而理解一般的数学原理。其他灵长类动物缺乏我们象征性的大脑，它们需要数千次的试验才能学会一条新规则。
最近对猴子和婴儿的研究为那些古老的刻痕骨头带来了新的视角。最早有记载的数字与许多其他抽象思维表达的同时出现相吻合，从骨笛到丰满女性人物的雕刻。在此之前，人类可能像今天的猴子（和婴儿）一样思考数字。但是，一旦我们的祖先开始将他们与生俱来的数字本能与新的符号理解能力联系起来，一切都改变了。数学成为思想、度量和工程可能性的语言。其余的——摩天大楼、超市和婚礼——都只是推导的结果。
