«Чувство числа» у людей связали с топологией

Ученые показали, что восприятие чисел у людей на нейробиологическом уровне связано с теоретико-множественными и топологическими представлениями. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
В своем эксперименте исследователи предлагали испытуемым тест, в котором нужно было только с помощью зрительного восприятия (не считая напрямую) определить, на каком изображении содержится больше точек. При этом на картинках помимо точек располагались еще и линии, на которых могли произвольным образом лежать одна или две точки. В другом варианте теста произвольное количество точек помещали в замкнутый или разорванный контур. В качестве еще одного типа связывания точек в группы использовали красный цвет, на других же картинках меняли формы точек и линий, чтобы исключить влияние других визуальных эффектов на результат. Таким образом, исследователи хотели определить, влияют ли различные топологические инварианты (связность и объединение в открытые/закрытые группы) на восприятие людьми количества предметов.

Ученые смогли доказать, что такая связь существует. Например, оказалось, что испытуемые грубее оценивают количество точек, если они связаны или объединены в группы с помощью контуров. Однако, если такое объединение происходит за счет использования разных цветов или геометрических форм, люди не проявляли склонности огрублять числа. Таким образом, ученые делают вывод, что «чувство числа» скорее связано с геометрической связностью между предметами (их топологией), чем с общей способностью человека объединять в группы.

Во время тестов ученые следили за мозгом испытуемых с помощью метода функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Этот метод позволяет определить активацию определенной области головного мозга под влиянием различных факторов — в данной случае, при оценке количества точек на картинке. Исследователи наблюдали за активностью нейронов определенного участка коры головного мозга — внутритеменной борозды.

В более ранних исследованиях

, что именно этот участок мозга ответственен за несимволическое восприятие числовой информации. Для того чтобы понять, меняется ли активность мозга испытуемых, когда они видят на картинках геометрически связанные точки, ученые следили за так называемым «эффектом адаптации». Сначала измеряли активность мозга при просмотре определенного количества несвязанных точек и наблюдали как меняется сигнал при изменении числа точек на картинке. Затем — с тем же количеством точек, но связанных тем или иным образом. Результаты не были идентичны: при наличии топологической связности активность мозга соответствует сигналу, который «кодирует» меньшее количество предметов. Это соотносится с ответами самих испытуемых — при наличии связей оценка количества точек была более грубой.

Их выводы подтверждаются и другими фактами: при уменьшении времени просмотра отдельной картинки, топологические эффекты влияли на результат еще сильнее. Исследователи считают, что это происходит потому, что при меньшем времени на обработку информации проявляются более «примитивные» свойства мозга. По мнению ученых, полученные ими результаты позволяют говорить о том, что именно функция мозга, связанная с визуальным восприятием топологических эффектов, является базовой и лежит в основе человеческой способности к визуальной количественной оценке.

Способность оценивать количество предметов и его изменения — «чувство числа» — считается одной из базовых зрительных способностей, наравне с чувством цвета, размера или расположения в пространстве. Для того чтобы сохранить свой независимый статус, оно должно обладать инвариантностью по отношению к другим вышеперечисленным чувствам, то есть наше восприятие количества не должно зависеть от формы предметов, их взаимного расположения и цвета.