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なぜ私たちの脳は4と5を異なるように処理するのか?

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数字の認識に関する研究結果

ドバイに拠点を置く神経精神科医のマディハ・カーンによると、もし誰かが3本の指を上げたら、すぐにそれが3本であることに気づくでしょう。しかし、もし誰かがあなたの前に数個のオレンジを置いた場合、例えば5個以上の場合、あなたはどのくらいの数だと推測しますか?

おそらく「半ダース」とか「たくさん」といった言葉を使うでしょう。

これは、サビタイジングと呼ばれる現象です。5個以上のアイテムに直面すると、推測が混乱し、不正確になります。

「サビタイジングとは、実際に数えることなく、一目で小さなグループのアイテムの数を認識することを指します」と彼女は説明します。これは知覚的な能力であり、アイテムのグループの数を識別または視覚的に認識する能力を指します。また、特定の配置パターンを理解することによって数を知ることもできます。例えば、子供がサイコロを振って2と3の目が出ているのを見て、5つの点があることを知っているということです。

子供たちは幼少期にサビタイジングを学び、10までの数についての統一的な理解を発展させます。これは、数がどのように構成されるかについてより明確な理解を得るために、子供たちが幼少期に発達させる必要がある重要なスキルです。

サビタイジングと数えるための特定のニューロンが関与しています。5未満の各数を知覚するための神経メカニズムは鋭く正確です。しかし、大きな数に対しては、ニューロンの処理方法がより正確ではありません。

推定とサビタイジングの違い

もし誰かが4人ほどの家族の集まりの写真を見せたら、数える時間がないかもしれませんが、即座に「4人」と答えるでしょう。しかし、家族の集まりの写真を見せられて推測を求められた場合、少し迷うかもしれません。答えは8人ですが、ほぼ正解です。

このような小さな数に関するサビタイジングは、5つ以上の要素がある場合には変化します。2023年に発表された国際ジャーナル「Nature Human Behaviour」に掲載された「Distinct neuronal representation of small and large numbers in the human medial temporal lobe」という研究によると、このプロジェクトに関与した研究グループは、数えるための脳の神経細胞が各数に対応していることを数年前に実証することができました。

国際的な神経科学ニュース誌によれば、例えば2つの要素に対して主に反応する脳細胞や、4つの要素に対して反応する脳細胞、さらには7つの要素に対して反応する脳細胞などがあります。

しかし、リード研究者によると、数にわずかな変動があると脳細胞が反応します。例えば、「7」の要素の脳細胞は、6つや8つの要素に対しても反応しますが、より弱く反応します。同じ細胞は5つや9つの要素に対しても反応しますが、さらに弱くなります。

一方、3つの要素の数に対応する脳細胞は、2つや4つの数に対して反応を抑制します。このメカニズムにより、これらの細胞が誤って3の数に対して反応するリスクが減少します。しかし、5、6、8の数に対してはこのメカニズムは存在しません。その結果、これらの数にはより高い誤差率があります。

サビタイジングの神経基盤を理解するための実験

2023年に発表された国際ジャーナル「Nature Human Behaviour」に掲載された「Distinct neuronal representation of small and large numbers in the human medial temporal lobe」という研究では、ドイツのボン大学病院でてんかんの治療のために脳手術を受ける準備をしている17人の患者を募集しました。治療の一環として、患者の脳にマイクロエレクトロードを挿入しました。

研究グループのドイツ人博士課程学生であるエスター・カッターは、この研究で「彼らを使用して、個々の神経細胞の視覚刺激に対する反応を測定することができました」と説明しています。

参加者は、コンピュータ画面を見ながら、0.5秒間さまざまな数の点が表示されるのを観察しました。その後、研究者は被験者に、奇数の点か偶数の点かを見たか尋ねました。研究では、4つの点までの場合、被験者は迅速かつ正確に答えることができ、ほとんどミスはありませんでした。

しかし、5つ以上の点がある場合、エラーと反応時間が増加しました。この研究は、私たちが数を処理する方法について新しい詳細を明らかにし、脳のニューロンの発火に基づいて、なぜ数に苦労する人がいるのかをある程度説明しています。ただし、数や数に関連する概念の理解が不十分な発達障害である計算障害(ディスカルキュリア)の理解には、さらなる研究が必要です。

ディスカルキュリアとはいつ発症するのか

「私は文章や読み書きが苦手です」と言ったら、すぐに心配の念が広がるでしょう。それはディスレクシアかもしれません。しかし、「私は数学が苦手です」と言ったら、おそらく同じような苦手意識を持つ人たちのサポートグループを見つけることができるでしょう。

しかし、これは時にディスカルキュリアを示すこともあります。ドバイに拠点を置く神経学者のレイチェル・タイソンによれば、これは単に「数学が苦手」ということではありません。ディスカルキュリアを持つ人は、非常に小さな数量でさえもサビタイジングすることができません。

彼らは3つの要素をサビタイジングすることさえ困難を感じます。彼らは数の量を識別し、どちらが大きいかを見ることができません。彼らの数の感覚は低く、結合できる数を分解することができません。さらに、数学的なつながりや予測をすることが困難です。ただし、これは認知能力や空間的な推理能力に困難があることを意味しません。

「小さなグループの中にいくつのオブジェクトがあるかを子供が判断できない場合、それは彼らがディスカルキュリアを持っている可能性があるサインです。この障害は、子供が成長するにつれて数学を「マスター」すると考える親の間でしばしば診断されません」とタイソンは説明します。一方、数学の障害は脳の損傷の結果としても起こり得ます。

これは引用元記事をもとにAIが書いた要約です(画像の権利は引用元記事に記載のクレジットに帰属します)

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