Когда мы видим от 2 до 4 яблок, мы можем быстро определить их количество. Однако, видя пять и более яблок, время нашего распознавания увеличивается, и мы часто допускаем просчеты. Фактически, мозг распознает меньшее количество вещей иначе, чем распознает большее количество вещей. Новое исследование, проведенное в университетах Тюбингена, Бонна и университетской больницы Бонна, показывает, что мозг обрабатывает меньшие количества вещества иначе, чем большие количества. Результаты были недавно опубликованы в журнале Nature Human Behavior.
Представьте себе, что кто-то показывает нам фотографию струнного квартета и просит сказать, сколько человек на ней. Времени посчитать не хватило, но мы все выпалили: «Четыре!» На следующей фотографии был виден септет, что снова дало нам достаточно времени, чтобы бегло рассмотреть. Мы колебались, на этот раз не так уверенно: правильное число «восемь» на самом деле было семь, но мы были очень близки.
У нас, людей, похоже, есть два уникальных способа обработки большого количества вещей: обычно мы способны быстро и правильно идентифицировать небольшие количества вещей. В исследовательском мире это также известно как «субизация». Однако когда элементов пять и более, этот подход внезапно меняется: нам требуется все больше времени на ответ, и ответы становятся все менее точными.
С помощью ультратонких электродов, имплантированных в височные доли больных эпилепсией, исследователи могут наблюдать за активностью отдельных нейронов в разных областях мозга. Фото предоставлено: Кристиан Буркерт/Volkswagen Stiftung/Боннский университет
Поэтому некоторые исследователи предположили, что в мозге существует два разных метода обработки данных — точный метод для работы с небольшими числами и механизм оценки для работы с большими числами. Профессор Флориан Морманн из отделения эпилепсии университетской больницы Бонна объясняет: «Однако эта идея до сих пор остается спорной. Также возможно, что наш мозг всегда делает оценки, но частота ошибок для меньших величин настолько мала, что ее даже не замечают».
Нейроны более избирательны в отношении меньшего количества объектов.
Однако недавние исследования показывают, что мы обрабатываем маленькие и большие количества вещей по-разному. Исследовательская группа, участвовавшая в проекте, несколько лет назад показала, что нервные клетки мозга отвечают за обработку каждой величины. Например, некоторые нейроны отвечают в основном за два элемента, некоторые — за четыре элемента, а некоторые — за семь элементов. Профессор Андреас Нидер из Тюбингенского университета объясняет: «Тем не менее, нейроны также реагируют на тонкие изменения чисел. Поэтому клетки мозга на элемент «семь» также реагируют на элементы «шесть» и «восемь», но слабее. Те же самые клетки по-прежнему активируются, но еще слабее на элементы пять или девять».
Участники исследования видели на экране набор точек в течение полсекунды. После небольшой паузы они должны были указать, четное или нечетное число. Если количество баллов меньше 5, правильный ответ обычно дают без запинки. За пределами этого числа время реакции и частота ошибок постепенно увеличиваются. Изображение предоставлено: А. Г. Морманном/Боннским университетом.
Нидлу удалось продемонстрировать этот «эффект числового расстояния» в экспериментах на обезьянах. Этот эффект, по-видимому, наблюдается только у больших популяций людей. «Для чисел, содержащих менее пяти элементов, по-видимому, существует дополнительный механизм, который делает эти нейроны более точными», — сказал нейробиолог.
«Когда клетка мозга, представляющая три числа, реагирует, она одновременно подавляет клетки мозга, представляющие два и четыре числа», — сказал нейробиолог. «Это снижает риск того, что эти клетки также будут ложно активировать цифру три. Однако этот механизм не применим к нейронам, которые срабатывают на цифры пять, шесть или восемь. Вот почему уровень ошибок для этих чисел выше».
Наблюдайте за работой отдельных клеток мозга
Одна особенность университетской больницы Бонна очень помогла исследователям в их исследованиях: отделение эпилепсии больницы специализируется на хирургии головного мозга. Врачи там пытаются лечить эпилепсию путем хирургического удаления пораженной нервной ткани. Чтобы определить расположение эпилептогенной зоны, иногда сначала в мозг пациента вводят электроды.
В последнем исследовании приняли участие семнадцать пациентов. Готовясь к операции, они ввели микроэлектроды толщиной с волос в височные доли. «Мы можем использовать их для измерения реакции отдельных нервных клеток на зрительные стимулы», — объясняет Эстер Каттер.
Испытуемые сидели перед экраном компьютера, и на полсекунды на экране появлялось различное количество точек. Затем испытуемых просили сказать, видели ли они четное или нечетное количество точек. Они отреагировали очень быстро и допустили мало ошибок до четырех очков. Позже, по мере увеличения количества баллов, увеличивалось и количество ошибок, а также время размышления, необходимое участникам для выполнения задания.
Эта работа даст новое понимание того, как человеческий мозг обрабатывает числа. В долгосрочной перспективе эти результаты могут привести к лучшему пониманию дискалькулии — расстройства развития, связанного с плохим пониманием чисел.