[Часть 1] История открытия subitizing: от первых психофизических экспериментов к современным теориям внимания
Аннотация
Способность человека быстро определять количество объектов является одной из фундаментальных характеристик зрительного восприятия. В отличие от последовательного счёта, который требует сознательных усилий и времени, небольшие множества объектов воспринимаются практически мгновенно. Исследование этого феномена привело сначала к открытию subitizing — механизма быстрого и точного определения малых количеств, а затем, в наше время, к формированию концепции Approximate Number System (ANS), описывающей приблизительное восприятие больших множеств. За последние семь десятилетий взгляды на природу числового восприятия неоднократно менялись: от идеи сверхбыстрого счёта до современных моделей, объединяющих механизмы внимания, рабочей памяти, зрительной сегментации и нейронного представления числовой величины.
Введение
Способность оценивать количество объектов без использования речи и формальных арифметических операций долгое время оставалась практически незамеченной. В повседневной жизни человек без труда различает один, два или три предмета, практически не задумываясь о процессе определения их количества. Однако стоит числу объектов увеличиться до пяти, шести или семи, как стратегия обработки информации заметно меняется: появляется необходимость последовательного счёта или приблизительной оценки.
На первый взгляд подобное различие кажется очевидным. Тем не менее именно оно стало отправной точкой одного из наиболее продолжительных направлений исследований когнитивной психологии. За последние десятилетия учёные пытались ответить на несколько фундаментальных вопросов. Почему небольшие количества определяются практически мгновенно? Использует ли мозг особый механизм обработки малых множеств или речь идёт лишь об очень быстром счёте? Связаны ли процессы точного определения небольших количеств с механизмами приблизительной оценки больших множеств? Существуют ли специализированные нейронные системы, отвечающие за восприятие количества?
Ответы на эти вопросы постепенно привели к формированию современных представлений о числовом познании. Однако путь к ним оказался значительно сложнее, чем предполагалось первоначально.
Первые исследования: обнаружение необычного феномена
История изучения восприятия количества в современном понимании начинается с работы Kaufman, Lord, Reese и Volkmann, опубликованной в 1949 году. Авторы поставили перед собой сравнительно простую задачу: измерить, сколько времени требуется человеку для определения количества одновременно предъявляемых объектов.
Испытуемым на короткое время демонстрировались множества точек различной численности, после чего необходимо было назвать их количество. Казалось естественным ожидать, что время реакции будет постепенно увеличиваться с каждым дополнительным объектом: чем больше элементов необходимо пересчитать, тем дольше должен занимать ответ.
Однако результаты оказались значительно сложнее. Для небольших множеств время реакции практически не зависело от количества объектов.
Например:
| Количество объектов | Время реакции |
|---|---|
| 1 | ≈410 ms |
| 2 | ≈430 ms |
| 3 | ≈450 ms |
Однако начиная примерно с четырёх объектов зависимость резко изменялась.Каждый дополнительный объект увеличивал время реакции примерно на 250–350 миллисекунд.
Хотя в последующих исследованиях было показано, что обе зависимости являются лишь приближёнными (область subitizing имеет небольшой наклон, а область enumeration лишь приблизительно линейна), именно работа Kaufman и соавторов впервые продемонстрировала существование двух различных режимов обработки количества. Хотя авторы не предлагали окончательной интерпретации своих результатов, именно их работа положила начало дальнейшим исследованиям феномена, который позднее получил название subitizing.
Почему происходит этот переход?
Первые интерпретации были достаточно простыми. Предполагалось, что человек всегда использует последовательный счёт, однако при небольшом количестве объектов делает это настолько быстро, что процесс кажется мгновенным. Однако многочисленные эксперименты плохо согласовывались с подобным объяснением. Во-первых, скорость реакции для одного, двух и трёх объектов различалась очень незначительно. Во-вторых, ошибки при определении небольших количеств встречались крайне редко. Это указывало на существование качественно иного механизма.
Наиболее влиятельной попыткой объяснить природу subitizing стала обзорная работа Trick и Pylyshyn (1994). Авторы проанализировали многочисленные экспериментальные данные и пришли к выводу, что subitizing не является разновидностью быстрого счёта. По их мнению, обработка количества начинается значительно раньше. Прежде чем определить число объектов, зрительная система должна ответить на более фундаментальный вопрос:
Какие объекты вообще присутствуют в сцене?
Для описания этого процесса была предложена концепция object files. Согласно этой модели, каждый обнаруженный объект получает собственное временное представление — object file, содержащее информацию о положении объекта, его цвете, форме и других характеристиках. Количество таких одновременно поддерживаемых представлений ограничено и обычно составляет около трёх–четырёх объектов. Если объектов немного, все они могут быть представлены практически одновременно, что обеспечивает быстрое и точное определение их количества.
Если же объектов становится больше, внимание начинает последовательно переключаться между ними, что приводит к постепенному увеличению времени реакции. Таким образом, Trick и Pylyshyn предложили рассматривать subitizing не как арифметический процесс, а как следствие ограниченной способности зрительной системы одновременно индивидуализировать несколько независимых объектов. Эта теория существенно изменила направление исследований. После её появления основной интерес сместился с изучения собственно счёта к исследованию механизмов внимания, зрительного восприятия и индивидуализации объектов.
Заключение
Исследования subitizing прошли долгий путь от первых психофизических экспериментов до современных моделей зрительного внимания. Введение концепции object files позволило рассматривать subitizing как проявление ограниченной способности зрительной системы одновременно выделять несколько независимых объектов, а не как частный случай арифметической обработки. Эта идея оказала значительное влияние на дальнейшие исследования внимания, зрительного восприятия и рабочей памяти.
Несмотря на достигнутый прогресс, теория object files не дала ответа на другой фундаментальный вопрос. Если механизмы subitizing позволяют быстро и точно определять небольшие множества, то каким образом человек способен столь же быстро оценивать значительно большее количество объектов, когда их число существенно превышает предел одновременной индивидуализации? Очевидно, что в подобных условиях последовательный счёт становится слишком медленным, а модель object files уже не может полностью объяснить наблюдаемое поведение.
Именно поиск ответа на этот вопрос стал одной из причин формирования нового направления исследований, посвящённого приблизительному восприятию количества. Постепенно внимание исследователей сместилось от изучения механизмов точного определения малых множеств к анализу процессов быстрой оценки больших количеств, что в дальнейшем привело к развитию концепции Approximate Number System. История возникновения этой теории, её экспериментальные основания и современные представления о природе приблизительного восприятия количества будут рассмотрены во второй части настоящего обзора.
- Kaufman, E. L., Lord, M. W., Reese, T. W., & Volkmann, J. (1949). The Discrimination of Visual Number. American Journal of Psychology, 62(4), 498–525.
- Klahr, D. (1973). Quantification Processes. In W. G. Chase (Ed.), Visual Information Processing (pp. 3–34). New York: Academic Press.
- Trick, L. M., & Pylyshyn, Z. W. (1994). Why Are Small and Large Numbers Enumerated Differently? A Limited-Capacity Preattentive Stage in Vision. Psychological Review, 101(1), 80–102. https://doi.org/10.1037/0033-295X.101.1.80
- Pylyshyn, Z. W. (1989). The Role of Location Indexes in Spatial Perception: A Sketch of the FINST Spatial-Index Model. Cognition, 32(1), 65–97. https://doi.org/10.1016/0010-0277(89)90014-0
- Pylyshyn, Z. W. (2001). Visual Indexes, Preconceptual Objects, and Situated Vision. Cognition, 80(1–2), 127–158. https://doi.org/10.1016/S0010-0277(00)00156-6
- Atkinson, J., Campbell, F. W., & Francis, M. R. (1976). The Magic Number 4 ± 0: A New Look at Visual Numerosity Judgements. Perception, 5(3), 327–334.
- Mandler, G., & Shebo, B. J. (1982). Subitizing: An Analysis of Its Component Processes. Journal of Experimental Psychology: General, 111(1), 1–22.
- Dehaene, S. (2011). The Number Sense: How the Mind Creates Mathematics (2nd ed.). Oxford University Press.
- Feigenson, L., Dehaene, S., & Spelke, E. S. (2004). Core Systems of Number. Trends in Cognitive Sciences, 8(7), 307–314. https://doi.org/10.1016/j.tics.2004.05.002
