Как наш мозг считает предметы: две системы для разных чисел

Как человеческий мозг оценивает количество объектов, которые он видит? Этот вопрос интересовал ученых в течение долгого времени, но до сих пор не был окончательно разрешен. Некоторые исследования показали, что мозг может легко и точно определить количество четырех или менее предметов, но становится менее эффективным и склонным к ошибкам при больших числах. Другие исследования предполагали, что мозг использует одну и ту же систему оценки для всех чисел, но она просто работает хуже при высоких значениях.


Пределы человеческой способности оценивать большие величины озадачивали многие поколения ученых. В статье 1871 года в журнале Nature, экономист и логик Уильям Стэнли Джевонс описал свои исследования собственных навыков счета и пришел к выводу, что число пять находится за пределами совершенного различения, по крайней мере, некоторыми людьми.

Некоторые исследователи утверждают, что мозг использует единственную систему оценки, которая просто менее точна для более высоких чисел. Другие предполагают, что расхождение в производительности возникает из-за того, что существуют две отдельные нейронные системы для количественной оценки объектов. Но эксперименты не смогли определить, какая модель правильная.

Теперь новое исследование, опубликованное в журнале Nature Human Behaviour, привносит свет в эту загадку. Используя уникальную возможность записывать активность отдельных нейронов в мозге людей, которые бодрствовали, ученые обнаружили, что мозг действительно использует две разные системы для оценки разных чисел. Одна система специализируется на количестве четырех или менее объектов, а другая — на количестве пяти или более объектов. Это открытие помогает объяснить, почему люди совершают больше ошибок при попытке количественно оценить большее количество объектов.


— психолог Лиза Фейгенсон, содиректор Лаборатории детского развития Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд.

Исследователи провели эксперимент с 17 участниками, которые проходили лечение от судорог в университетской клинике Бонна в Германии. Им были вставлены микроэлектроды в мозг в рамках подготовки к операции. Это позволило ученым измерять активность нейронов в области мозга, ответственной за зрительное восприятие.

Участникам показывали изображения от нуля до девяти точек на экране в течение полусекунды и спрашивали их, видели ли они четное или нечетное количество предметов. Как и ожидалось, ответы участников были гораздо более точными, когда они видели четыре или менее точек.

Анализ нейронной активности участников показал, что нейроны, связанные с определенным количеством элементов, очень специфично и избирательно реагировали на предпочтительное число. Например, нейроны, которые реагировали на один объект, не реагировали на другие числа. Но эта селективность была выражена только для чисел от одного до четырех. Нейроны, которые реагировали на числа от пяти до девяти, были менее селективными и реагировали также на соседние числа. Например, нейроны, которые реагировали на восемь объектов, также реагировали на семь и девять.

Это означает, что мозг использует одну систему для оценки чисел от одного до четырех, она очень точная и дискретная, и другую систему для оценки чисел от пяти до девяти, которая менее точная и непрерывная. Поэтому люди совершают больше ошибок при попытке количественно оценить большее количество объектов.

Открытие подтверждает гипотезу, что существуют две отдельные нейронные системы для количественной оценки объектов. Одна из них называется системой субитизации, которая позволяет мозгу быстро и точно определять количество четырех или менее предметов. Другая называется системой приблизительного числа, которая позволяет мозгу оценивать количество пяти или более предметов, но с меньшей точностью.


— соавтор исследования Андреас Нидер, физиолог животных из Тюбингенского университета в Германии.