当前位置: 首页 > 科技动态
科学家发现大脑进行数字估算的关键区域
【信息来源:【信息时间:2019-10-17 09:16  阅读次数: 】【字号 】【我要打印】【关闭

人类在婴儿早期就具备通过视觉估计物体数量的能力,这种能力贯穿一生,而且它很可能是更复杂数学技能发展的基础。
  多年来,科学家们一直在探索人是如何在不逐个计算物体的情况下估算数量的,比如墙上挂了多少幅画,或者足球场上有多少球员等等。深入了解大脑中近似过程是如何发生的,已经成为许多学科广泛研究的领域,包括认知心理学,神经科学和教育。
  长期以来,研究人员一直认为,估计视觉场景中的物体数量是一个瞬时的并行过程,即从一个物体的一边扫视到另一边。但美国加州大学伯克利分校的一个研究团队发现,关于这个问题的传统科学观点是不正确的。他们使用眼动仪追踪数据,揭示了眼睛通过视觉对象和视野中心的数量来捕捉信息。
  在这项发表在PNAS上的研究中,两位认知科学家Samuel Cheyette 和Steven Piantadosi解释说,大脑依赖于近似数系统(ANS),这是估计物体数量的关键。

Piantadosi说:“在任何地方,你看到一些东西,无需明确计数就可以猜测其数量是多少,这就是我们研究的核心。”
  这些场景的例子包括,你走进一个空的教室,并且估计出屋里有30张课桌,或者在堵车的时候,通过后视镜估计有多少车堵在你后面。他们将这种估计数量的能力归功于“串行视野中央累加器”,即有多少物体能在视线内(视野中央)被观察到。研究人员通过眼动仪追踪数据确定,人类能够避免对视野边缘的物体进行估计。
  Piantadosi说:“这意味着,人类根据视野中心而非视野边缘对物体进行逐个累加(串行累加器)。所以,当估计堵在你后面车的数量时,你很可能是在移动你的视野中心,并且在心中默默地将数量累加形成一个估计数值。”
  为了研究视觉物体和估计数量在大脑中如何被处理的,Cheyette和Piantadosi对27名年龄在18至29岁之间的参与者进行研究,让他们估计计算机屏幕上的圆点数量。研究团队发现,人类估计数量并不是过去认为的快速并行过程,而是一个明显涉及到估计视野中心所看到物体的过程。
  Cheyette说:“我们认为,估计过程是串行且基于视野中央的,而不是并行基于全局视野的,因为人类的估计能力严重依赖于当你环顾周围时看到的是什么物体。”
  中央凹(fovea)是眼睛后部视网膜的一部分,涉及视力,它也是眼睛负责视线的部分,视线连接眼睛与视野中的固定点。
  Cheyette解释说:“人类似乎并不关注视野边缘的物体,因此我们认为估计能力是一种累加机制。数量似乎是跨视野累加的。这意味着人类可能是将看到的物体数量累加起来,并且记忆。”
  此外,研究团队还能利用受试者的视野数据预测他们估计数量的能力。随着屏幕上圆点数量增多,受试者估计的平均数量也会上升,而且估计误差减少。
  该团队还推测,近似数系统在物种间是守恒的,并且是与近距离和远距离进化亲属共享的能力。
  虽然还没有收集到其他物种的眼动仪跟踪数据,但Piantadosi研究了野生狒狒,并推断它们使用一种估计方案来选择要跟随的较大群体。该系统的特性看起来就像人类估计数量一样。
  与此同时,Cheyette提出,估计数量和基于近似做出决策的能力在自然界中是普遍存在的。Cheyette解释说:“灵长类动物当然拥有估计数量的能力,但是很多其他动物也有这种能力,即使是那些在成百上千万年前就已经与我们在进化路径上分道扬镳的物种。例如,蜜蜂和墨鱼似乎也能够估计数量,它们利用这种能力指导觅食和捕猎。”

  (图文转自科技部官网)