Во время эксперимента с новорожденными исследователи заметили, что мозг детей способен сопоставлять количество объектов в разных «каналах» восприятия. Он реагировал по-разному на информацию о количестве, которая подавалась через слух и изображения. Это говорит о том, что человек уже рождается с базовой системой «обработки численности», то есть мозг может оценивать количество элементов еще до того, как ребенок начинает говорить или осваивать счет.
Шапочка с электродами, которая регистрирует электрическую активность мозга / © Getty Images, Oli Scarff
На протяжении долгого времени ученые предполагали, что человек обладает врожденной системой оценки количества объектов. Эта система позволяет быстро определять, где больше или меньше элементов, без использования языка или символов.
Однако подтвердить эту гипотезу не получалось, не хватало нейробиологических данных. Кроме того, чтобы проводить исследования, нужно работать с новорожденными, а это весьма сложно. Большую часть суток они спят (14-17 часов), периоды бодрствования очень короткие — обычно 30-60 минут — и включают кормление и краткие эпизоды активности.
Тем не менее исправить ситуацию попыталась итальянская команда ученых под руководством Марко Буйатти (Marco Buiatti) из Трентского университета. В частности, исследователи проверили, обладает ли мозг новорожденных способностью оценивать количество объектов независимо от того, в каком виде подается информация о них — например, в виде звуков или изображений.
В исследовании участвовал 21 новорожденный в возрасте от нуля до трех дней. Каждому надели на голову шапочку с электродами (электроэнцефалография, ЭЭГ), которая регистрирует электрическую активность мозга, измеряя слабые изменения электрических потенциалов на поверхности головы, возникающие из суммарной активности больших групп нейронов.
Когда ребенок начинал бодрствовать, ему включали 60-секундную или 90-секундную аудиозапись с повторяющимися звуками, содержащими либо четыре, либо 12 слогов. Это делали для того, чтобы выяснить, чувствителен ли их мозг к количеству звуков.
Одновременно перед глазами ребенка на экране появлялись точки — тоже четыре или 12. Нейробиологи создавали условия, в которых количество звуковых и визуальных элементов либо совпадало, либо различалось, и с помощью ЭЭГ фиксировали изменения электрической активности мозга, отражающие обработку численности.
В эксперименте у новорожденных наблюдалась активность в основном в височно-теменном узле, в области, отвечающей за обработку сенсорной информации, ее организацию, а также за восприятие численности. Когда количество звуков совпадало с количеством точек на изображении, активность в височно-теменном узле снижалась. Если же количество не совпадало, активность там возрастала.
Проще говоря, мозг новорожденного «привыкал» к одинаковому количеству, отчего активность снижалась, и усиливал реакцию, когда количество менялось между звуком и изображением. То есть он снова «включался» и реагировал сильнее, потому что замечал новое.
Этот эффект хорошо знаком по исследованиям взрослых людей. Когда мозг взрослого многократно сталкивается с одним и тем же стимулом, для мозга он становится предсказуемым, и нейронная активность, связанная с обработкой этого сигнала, снижается. В этот момент происходит не просто «экономия энергии», а отражение того, что «человеческий компьютер» обновляет внутреннюю модель мира и уменьшает сигнал ошибки предсказания.
Если же стимул изменяется — например, появляется разное количество элементов, — возникает несоответствие ожиданию. В таких случаях активность мозга, как правило, усиливается: система фиксирует ошибку предсказания и выделяет изменение как значимое событие.
У новорожденных этот механизм работает с первых дней и именно в тех зонах коры, которые у взрослых отвечают за восприятие количества. Таким образом, система «обработки численности» не приобретается в процессе обучения, а появляется с рождения. По сути, уже после появления на свет мозг человека способен автоматически определять различия в количестве.
Авторы нового исследования подчеркнули, что такая «суперспособность» могла быть очень полезна для представителей Homo. На заре человеческой истории умение быстро отличить одного хищника от стаи или заметить, что в одном месте пищи больше, чем в другом, было важно для выживания. Те, кто быстрее оценивал количество, имели преимущество.