چگونه مغز تعداد اشیاء را بدون شمارش تخمین می‌زند؟​

به گزارش برنا؛ دانشمندان سال‌های متمادی توانایی «تخمین تعداد بدون نیاز به شمارش تک‌تک اجزا» را در افراد مختلف مشاهده و بررسی کرده‌اند؛ مثلا، انسان‌ها می‌توانند تعداد تابلوهای نصب‌شده روی دیوار یا تعداد بازیکنان زمین فوتبال را بدون شمارش  تخمین بزنند. درک عمیق‌تر از نحوه‌ی عملکرد مغز برای تخمین تعداد بدون شمارش، مبحثی پرطرفدار میان محققان در رشته‌های مختلفی ازقبیل روانشناسی شناختی و علوم اعصاب است.

سال‌ها دانشمندان بر این باور بودند که این توانایی با تصویربرداری مغز از اشیاء صورت می‌گیرد و سپس اشیای موجود در این تصویر به‌طور هم‌زمان در مغز پردازش می‌شود و در لحظه مغز قادر است تعداد اشیاء را تخمین بزند. بااین‌حال، اکنون گروهی در دانشگاه کالیفرنیا دریافته‌اند این نگرش برای توجیه مسئله مذکور صحت ندارد. شواهد جدید به‌دست‌آمده از ردیاب‌های چشم نشان داده‌اند چشم‌ها برای ضبط اطلاعات جسم، روی آن متمرکز می‌شوند و با قراردادن آن در مرکز میدان دید اطلاعاتی نظیر «تعداد اجزا» را درباره‌ی آن تخمین می‌زنند.

ساموئل چایت و استیون پیانادادوسی، دو دانشمند حوزه‌ی علوم شناختی، در PNAS نوشتند مغز از سامانه‌ی تخمین تعداد بهره می‌برد و برای تخمین تعداد، به این سامانه‌ی مهم متکی است. پیانادادوسی درباره‌ی مطالعات خود این‌چنین نوشته‌ است:

توجه کرده‌اید گاهی با ارائه‌‌ی یک تصویر به مغز خود یا مشاهده‌ی یک تصویر، بدون آنکه اجزای تصویر را بسنجید یا دقیق بشمارید، از میزان آن آگاه می‌شوید؟ ما درباره‌ی همین موضوع مطالعه می‌کنیم.

مثال‌هایی که هر دو دانشمند درباره‌ی آن اتفاق‌نظر داشتند، عبارت‌اند از: واردشدن به کلاسی خالی و تخمین تعداد نیمکت‌های این کلاس یا تخمین تعداد ماشین‌هایی که پشت‌سر شما در ترافیک گیر افتاده‌اند. این دانشمندان توانایی تخمین تعداد را به قسمتی از چشم انسان نسبت می‌دهند که در ماکولا (لکه‌ی زرد) بخشی در لایه‌ی شبکیه‌ی چشم یا رتینا قرار دارد. ماکولا نقطه‌ای در مرکز میدان دید است و فرورفتگی ریزی به‌نام گوده‌ی مرکزی دارد؛ پس همان‌طورکه ردیاب‌های چشم نشان دادند، فرد از شمردن اجزای تصویر در سایر قسمت‌های میدان دید «به‌جز مرکز» آن عاجز است و باید مستقیم به شیئی نگاه کند تا بتواند تعداد اجزای آن‌ را تخمین بزند. این نقطه قسمتی به‌نام «انباشت سریالی در گوده‌ی مرکزی» (Serial Foveal Accumulator) دارد که تعداد اشیائی را شمارش می‌کند که در خطی مستقیم در مرکز میدان دید قرار می‌گیرند.

پیانادادوسی می‌گوید:

انباشت سریالی، یعنی نور بازتاب‌شده از اجسام را یکی پس از دیگری چشم در مرکز میدان دید دریافت می‌کند. نورهایی که خارج از مرکز میدان دید هستند، نمی‌توانند در قسمت انباشت سریالی قرار بگیرند؛ بنابراین شمارش در نواحی اطراف مرکز میدان دید امکان‌پذیر نیست. پس در مثالی که شما از آینه به اتومبیل‌های پشت‌سر خود نگاه می‌کنید که در ترافیک هستند، باید چشمان خود را روی کل تصویر اتومبیل‌ها حرکت دهید که در آینه تشکیل شده است تا چشم شما بتواند تخمینی از تعداد آن‌ها به شما ارایه کند.

ساموئل چایت و استیون پیانادادوسی برای درک چگونگی مشاهده‌ی اشیاء و برآورد تعداد تقریبی آ‌ن‌ها به‌وسیله‌ی مغز، مطالعه‌ای روی ۲۷ فرد ۱۸ تا ۲۹ ساله انجام دادند. این افراد باید تعداد تقریبی نقطه‌هایی را تخمین می‌زدند که در صفحه‌ی یک رایانه نمایان می‌شدند. این دانشمندان دریافتند برآورد تقریبی تعداد به‌کمک پردازشی موازی در محور زمان به‌وسیله‌ی مغز صورت نمی‌گیرد؛ بلکه مغز برای تخمین تعداد از همان روش استفاده از انباشت سریالی در مرکز میدان دید کمک می‌گیرد.

چایت درباره‌ی این روش می‌گوید: معتقدیم روشی که مغز به‌کار می‌گیرد، برخلاف تصور پیشین که از پردازشی هم‌زمان و کلی در تصویر حکایت می‌کند، روش انباشت سریالی در گوده‌ی مرکزی بوده است؛ چراکه تخمین انسان‌ها از تعداد اشیاء به داشتن نگاهی مستقیم به همان اشیاء وابسته‌ است.

تخمین تعداد اشیاء در دید پیرامونی یا خارج از مرکز میدان دید، به‌درستی انجام نمی‌شود

گوده‌ی مرکزی بخش کوچکی از شبکیه‌ است که در پشت چشم واقع شده است و برای دقت در بینایی تخصیص یافته‌ است. گوده‌ی مرکزی مسئول خط اتصال بینایی است؛ خطی که قرنیه‌ی چشم را به نقطه‌ی ثابتی در میدان دید وصل می‌کند.

چایت افزود: به‌نظر می‌رسد تخمین تعداد اشیاء در دید پیرامونی یا خارج از مرکز میدان دید به‌درستی انجام نمی‌شود. این مسئله توضیح می‌دهد چرا برای توصیف این روش از واژه‌ی «انباشت» استفاده کرده‌ایم؛ زیرا چنین به‌نظر می‌رسد که چشم انسان تصاویر اجسامی را ضبط می‌کند که به‌ترتیب در مرکز میدان قرار می‌گیرند و در آخر تعداد آن‌ها را می‌شمارد.

چایت و پیانادادوسی همچنین توانستند تخمین‌های عددی شرکت‌کنندگان آزمایش را به‌کمک اطلاعات به‌دست‌آمده از تمرکز چشم روی نقاط مختلف به‌منظور قراردادن اشیاء در مرکز میدان دید بسنجند. هرچه تعداد نقاط روی صفحه‌‌نمایش بیشتر می‌شد، میانگین تعداد تخمین‌ها هم افزایش می‌یافت و خطاهای آن‌ها کمتر می‌شد. گروه دانشمندان حدس می‌زنند شاید سامانه‌ی تخمین تعداد در گونه‌های مختلفی وجود و در میان اقوام نزدیک، گونه‌های مشترک داشته باشد.

پیانادادوسی می‌گوید:

از ردیاب‌های بینایی برای آزمایش سایر گونه‌ها استفاده نشده است تا بتواند این حدس را اثبات کند؛ اما تحقیقات من روی بابون‌ها نشان می‌دهند آن‌ها همواره گروهی با تعداد اعضای بیشتر را برای عضویت و پیروی انتخاب می‌کنند. گویا بابون‌ها هم از سامانه‌ی مشترکی نظیر سامانه‌ی تخمین تعداد در انسان‌ها بهره می‌گیرند.

بااین‌حال، چایت پا را از این هم فراتر می‌گذارد و اذعان می‌کند:

توانایی تخمین تعداد بدون شمارش امری است که سراسر طبیعت آن‌ را دراختیار دارد. البته، بدیهی است این توانایی در میان نخستی‌ها متداول‌تر بوده است؛ اما در بسیاری از جانوران دیگر، حتی آن‌ دسته از گونه‌هایی ردیابی‌کردنی است که صدهامیلیون سال پیش در سیر تکاملی خود از انسان‌ها فاصله گرفتند. برای مثال، زنبور و هزارپا را در نظر بگیرید. این موجودات در پی غذا و هنگام شکار از سازوکاری مشابه آنچه انسان‌ها در چشم خود دارند، یعنی سامانه‌ی تخمین تعداد بهره می‌برند.