Чувство числа у животных — это способность существ представлять и различать величины относительных размеров с помощью чувства числа . Оно наблюдалось у разных видов, от рыб до приматов . Считается, что у животных есть приблизительная система чисел , та же система для представления чисел, которую демонстрируют люди, которая более точна для меньших величин и менее точна для больших значений. Точное представление чисел выше трех не было засвидетельствовано у диких животных, [1] но может быть продемонстрировано после периода обучения у животных в неволе.
Чтобы отличить чувство числа у животных от символической и вербальной системы чисел у людей, исследователи используют термин « нумеричность» [2] , а не «число» , для обозначения концепции, которая поддерживает приблизительную оценку, но не поддерживает точное представление качества числа.
Чувство числа у животных включает в себя распознавание и сравнение числовых величин. Некоторые числовые операции, такие как сложение, были продемонстрированы у многих видов, включая крыс и человекообразных обезьян. Представление дробей и сложение дробей наблюдалось у шимпанзе. Широкий спектр видов с приблизительной системой счисления предполагает раннее эволюционное происхождение этого механизма или множественные конвергентные эволюционные события. Как и у людей, у цыплят есть ментальная числовая линия слева направо (они связывают левое пространство с меньшими числами, а правое пространство с большими числами). [3]
В начале 20-го века Вильгельм фон Остен, как известно, но преждевременно, заявил о наличии у животных способностей к счету, подобных человеческим, на примере своей лошади по кличке Ганс. Его заявление сегодня широко отвергается, так как оно приписывается методологической ошибке, получившей после этого случая название феномена Умного Ганса . Фон Остен утверждал, что его лошадь может выполнять арифметические действия, предъявляемые лошади письменно или устно, после чего лошадь будет стучать копытом по земле столько раз, сколько соответствует ответу. Эта очевидная способность была многократно продемонстрирована в присутствии владельца лошади и более широкой аудитории, а также наблюдалась в отсутствие владельца. Однако после тщательного расследования Оскара Пфунгста в первом десятилетии 20-го века было показано, что способность Ганса не была арифметической по своей природе, а была способностью интерпретировать минимальные бессознательные изменения в языке тела людей, когда приближался правильный ответ. Сегодня арифметические способности Умного Ганса обычно отвергаются, и этот случай служит напоминанием научному сообществу о необходимости строгого контроля ожиданий экспериментатора в ходе экспериментов. [2]
Однако были и другие ранние и более надежные исследования чувства числа у животных. Ярким примером является работа Отто Келера , который провел ряд исследований чувства числа у животных между 1920-ми и 1970-ми годами. [4] В одном из своих исследований [5] он показал, что ворон по имени Якоб мог надежно различать число 5 в разных задачах. Это исследование было примечательно тем, что Келер предоставил систематическое контрольное условие в своем эксперименте, что позволило ему проверить способность ворона к распознаванию чисел отдельно от способности ворона кодировать другие характеристики, такие как размер и местоположение объектов. Однако работа Келера была в значительной степени проигнорирована в англоязычном мире из-за ограниченной доступности его публикаций, которые были на немецком языке и только частично опубликованы во время Второй мировой войны.
Экспериментальная установка для изучения числового познания у животных была дополнительно обогащена работами Фрэнсиса [6] и Платта и Джонсона. [7] В своих экспериментах исследователи лишали крыс пищи, а затем учили их нажимать на рычаг определенное количество раз, чтобы получить пищу. Крысы научились нажимать на рычаг примерно столько раз, сколько указали исследователи. Кроме того, исследователи показали, что поведение крыс зависело от количества требуемых нажатий, а не, например, от времени нажатия, поскольку они варьировали эксперимент, включая более быстрое и более медленное поведение со стороны крысы, контролируя, насколько голодным было животное.
Изучение представления о числе у животных является сложной задачей, поскольку невозможно использовать язык в качестве посредника. Из-за этого требуются тщательно разработанные экспериментальные установки для различения числовых способностей и других явлений, таких как феномен Умного Ганса, запоминание отдельных объектов или восприятие размера объекта и времени. Кроме того, эти способности наблюдаются только с последних нескольких десятилетий, а не со времени эволюции.
Один из способов, которым, как считается, демонстрируется числовая способность, — это перенос концепции числительности через модальности. Так было, например, в эксперименте Чёрча и Мека [8], в котором крысы научились «прибавлять» количество вспышек света к количеству тонов, чтобы узнать количество ожидаемых нажатий рычага, демонстрируя концепцию числительности, независимую от визуальных и слуховых модальностей.
Современные исследования чувства числа у животных пытаются контролировать другие возможные объяснения поведения животных, устанавливая контрольные условия, в которых проверяются другие объяснения. Например, когда чувство числа исследуется на примере кусочков яблока, проверяется альтернативное объяснение, которое предполагает, что животное представляет объем яблока, а не количество кусочков яблока. Для проверки этой альтернативы вводится дополнительное условие, в котором объем яблока варьируется и иногда меньше в условии с большим количеством кусочков. Если животное предпочитает большее количество кусочков также в этом условии, альтернативное объяснение отвергается, а утверждение о числовой способности поддерживается. [1]
Считается [9] , что у животных, как и у людей, число представлено двумя отдельными системами. Первая система — это приблизительная числовая система , неточная система, используемая для оценки количеств. Эта система отличается эффектами расстояния и величины, что означает, что сравнение между числами проще и точнее, когда расстояние между ними меньше и когда значения чисел меньше. Вторая система для представления чисел — это параллельная система индивидуализации , которая поддерживает точное представление чисел от одного до четырех. Кроме того, люди могут представлять числа с помощью символических систем, таких как язык.
Однако различие между приблизительной числовой системой и параллельной системой индивидуации все еще оспаривается, и некоторые эксперименты [10] регистрируют поведение, которое можно полностью объяснить с помощью приблизительной числовой системы, без необходимости предполагать другую отдельную систему для меньших чисел. Например, новозеландские малиновки неоднократно выбирали большие количества спрятанной пищи с точностью, которая коррелировала с общим количеством частей тайника. Однако не было никакого существенного разрыва в их работе между малыми (от 1 до 4) и большими (выше 4) наборами, которые были бы предсказаны параллельной системой индивидуации. С другой стороны, другие эксперименты сообщают только о знании чисел до 4, что подтверждает существование параллельной системы индивидуации, а не приблизительной числовой системы. [1]
Исследования показали, что приматы имеют схожие когнитивные алгоритмы не только для сравнения числовых значений, но и для кодирования этих значений в качестве аналогов. [11] [12] Фактически, многие эксперименты подтвердили, что способность приматов к числам сопоставима с человеческими детьми. [11] Благодаря этим экспериментам стало ясно, что в работе задействовано несколько механизмов неврологической обработки — приблизительная числовая система (ANS), порядковость чисел, параллельная система индивидуации (PNS) и субитизация. [9]
Система приближенных чисел (ANS) довольно неточна и в значительной степени опирается на когнитивную оценку и сравнение. Эта система не дает числам индивидуального значения, а сравнивает величины на основе их относительного размера. Эффективность этой ANS зависит от закона Вебера , который гласит, что способность различать величины диктуется соотношением между двумя числами, а не абсолютной разницей между ними. [13] Другими словами, точность ANS зависит от разницы в размерах двух сравниваемых величин. И поскольку большие величины сложнее понять, чем меньшие, точность ANS также уменьшается по мере увеличения численности. [9]
Было обнаружено, что макаки-резусы ( Macaca mulatta ), когда им показывают определенные изображения объектов с несколькими свойствами, т. е. цветами, формами и числами, быстро сопоставляют изображение с другим изображением с таким же количеством элементов независимо от других свойств. [14] Этот результат подтверждает использование АНС, поскольку обезьяны не определяют числа по отдельности, а скорее сопоставляют наборы элементов с одинаковым количеством, используя сравнение количеств. Тенденция макак категоризировать и уравнивать группы элементов по числу чрезвычайно наводит на мысль о функционирующей АНС у приматов.
Примеры АНС у приматов существуют во время естественной конфронтации внутри групп и между ними. В случае шимпанзе ( Pan troglodytes ) нарушитель на территории группы будет атакован только в том случае, если нарушитель один, а нападающая сторона состоит как минимум из трех самцов — в соотношении один к трем. Здесь они используют АНС посредством сравнительного анализа вторгшейся группы и своей собственной группы, чтобы определить, атаковать или нет. [9] Эта концепция социального численного превосходства существует у многих видов приматов и демонстрирует понимание силы в числах, по крайней мере, в сравнительном смысле. [15]
Дальнейшие доказательства АНС были обнаружены у шимпанзе, успешно идентифицирующих различные количества пищи в контейнере. Шимпанзе слушали, как предметы пищи, которые они не могли видеть, бросали по отдельности в отдельные контейнеры. Затем они выбирали, из какого контейнера есть (на основе того, какой содержал большее количество пищи). Они довольно успешно справились с этой задачей, что указывает на то, что шимпанзе обладали способностью не только сравнивать количества, но и отслеживать эти количества в уме. [16] Однако эксперимент прервался при определенных одинаковых количествах отдельных предметов пищи в соответствии с законом Вебера. [13]
Числовой навык, наиболее полно поддерживаемый у приматов, — это ординальность — способность распознавать последовательные символы или количества. [17] Вместо того чтобы просто определять, больше или меньше одно значение, как в АНС, ординальность требует более тонкого распознавания определенного порядка чисел или элементов в наборе. [14] Здесь закон Вебера больше не применим, поскольку значения увеличиваются только пошагово, часто только на единицу. [16]
Приматы продемонстрировали упорядоченность как с массивами предметов, так и с арабскими цифрами. Когда им предъявляли массивы из 1-4 предметов, макаки-резусы были способны последовательно касаться массивов в порядке возрастания. После этого теста им предъявляли массивы, содержащие большее количество предметов, и они смогли экстраполировать задачу, касаясь новых массивов также в порядке возрастания. Более того, скорость, с которой обезьяны выполняли задачу, была сопоставима со скоростью, с которой взрослые люди выполняли задачу. [18] [19]
Приматы также могут распознавать последовательности, когда им даны только арабские цифры. Один эксперимент, известный в просторечии как «вызов шимпанзе», заключался в обучении шимпанзе запоминать правильный порядок арабских цифр от 1 до 9, а затем нажимать их в этом порядке, когда они исчезали, разбросанные на экране. Шимпанзе не только могли распознавать правильную последовательность разбросанных цифр, но и вспоминать правильную последовательность после того, как цифры исчезали на экране. [20] Более того, они могли делать это быстрее и точнее, чем взрослые люди. [20] Не имея визуального представления количества, которое представляло число, это задание означало более продвинутую когнитивную способность — различение символов на основе того, как они соотносятся друг с другом в серии. [11]
Параллельная система индивидуации (PIS) является наиболее сложной системой обработки чисел, доказательства существования которой можно найти у приматов. Это связано с тем, что она требует понимания того, что каждое число является символическим представлением уникальной величины, которую можно математически манипулировать особым образом. [11] Поэтому PIS, в отличие от ANS, не зависит от необходимости сравнения, позволяя каждому числу существовать самостоятельно со значением, определяемым арифметикой. Чтобы использовать PIS, необходимо иметь некоторое представление о цифрах — конкретных символических представлениях величин, которые связаны с другими символическими представлениями величин определенным образом. [15] Например, «вызов шимпанзе» продемонстрировал только понимание приматами того, что три существует до четырех и после двух, а не того, что три может действовать самостоятельно и независимо иметь постоянное значение. [9]
Часто экспериментальная установка, необходимая для поддержки существования PIS, является длительной. После того, как примат был обучен выполнению задачи достаточно долго, чтобы продемонстрировать PIS, результаты обычно приписываются простому ассоциативному обучению, а не точному пониманию чисел. Чтобы предоставить недвусмысленные доказательства существования PIS у приматов, исследователи должны найти ситуацию, в которой примат выполняет какой-либо вид арифметического расчета в дикой природе. [12]
Однако наиболее близкие исследователи, которые успешно подтвердили PIS у приматов, были на макаках-резусах. В этом исследовании было доказано, что макаки связывают слуховые стимулы определенного количества индивидуальных вокализации с правильным количеством особей. Хотя это не требовало от них изучения арабских цифр, это требовало способности выбирать точное количество для номера голоса, который они слышали, а не просто сравнивать количества на глаз или в последовательности. [21]
Другим важным явлением, которое следует учитывать в отношении понимания чисел приматами, является субитизация . Субитизация — это явление, при котором мозг автоматически группирует небольшое количество объектов вместе визуально, не требуя от него явного мысленного подсчета объектов. У людей субитизация позволяет распознавать числа на парах игральных костей благодаря группировкам точек, а не явному подсчету каждой точки. По сути, она может дать человеку чувство числа без необходимости понимать числовую систему при малых количествах. [12]
Субитизация у приматов очевидна в широком спектре экспериментов. Было доказано, что резус-макаки различают количество яблок в контейнере, даже когда размеры долек яблока были изменены (некоторые были больше, но меньше долек). Хотя это можно отнести к PIS, процесс сравнения группировок небольших чисел предполагает, что субитизация, скорее всего, имеет место, особенно потому, что эксперимент прервался, как только количество достигло примерно четырех. [15]
Приблизительная числовая система была обнаружена у ряда видов рыб, таких как гуппи , зеленые меченосцы и гамбузии . Например, предпочтение большей социальной группы у гамбузии использовалось для проверки способности рыб различать численность. [22] Рыбы успешно различали различные количества до трех, после чего они могли различать группы, если разница между ними также увеличивалась так, что соотношение двух групп составляло один к двум. Аналогично, гуппи различали значения до четырех, после чего они обнаруживали различия только тогда, когда соотношение между двумя количествами составляло один к двум. [23]
Крысы продемонстрировали поведение, соответствующее приблизительной системе счисления [2] в экспериментах, где они должны были научиться нажимать на рычаг определенное количество раз, чтобы получить еду. Хотя они и научились нажимать на рычаг указанное исследователями количество раз, от четырех до шестнадцати, их поведение было приблизительным, пропорциональным количеству нажатий рычага, ожидаемому от них. Это означает, что для целевого числа четыре реакции крыс варьировались от трех до семи, а для целевого числа 16 реакции варьировались от 12 до 24, показывая гораздо больший интервал. [7] Это совместимо с приблизительной системой счисления и эффектами величины и расстояния.
Птицы были одними из первых видов животных, у которых были проверены их числовые способности. Ворон по имени Якоб смог различить число 5 в различных заданиях в экспериментах Отто Келера. [5] Более поздние эксперименты подтвердили утверждение о существовании числового чувства у птиц, а Алекс , серый попугай, смог обозначить и понять обозначения для множеств, содержащих до шести элементов. [24] Другие исследования показывают, что голуби также могут представлять числа до 6 после обширной тренировки. [25]
Чувство числа также было обнаружено у собак. Например, собаки были способны [26] выполнять простые сложения двух объектов, что проявилось в их удивлении, когда результат оказался неверным. Однако утверждается, что волки лучше справляются с задачами на количественное различение, чем собаки, и что это может быть результатом менее требовательного естественного отбора для чувства числа у собак. [27]
Было показано, что муравьи способны считать до 20, а также складывать и вычитать числа в пределах 5. [28] [29] У высокосоциальных видов, таких как красные лесные муравьи, разведчики могут передавать фуражирам информацию о количестве ветвей специального «счетного лабиринта», по которому им приходилось идти, чтобы получить сироп. Выводы, касающиеся чувства чисел у муравьев, основаны на сравнении продолжительности информационных контактов между разведчиками и фуражирами, которые предшествовали успешным поездкам групп фуражиров. Подобно некоторым архаичным человеческим языкам, длина кода заданного числа в общении муравьев пропорциональна его значению. В экспериментах, в которых приманка появлялась на разных ветвях с разной частотой, муравьи использовали простые сложения и вычитания для оптимизации своих сообщений.
Полосатые полевые мыши ( Apodemus agrarius ) продемонстрировали чувство числа, соответствующее точному суждению относительного количества: некоторые из этих мышей демонстрируют высокую точность в различении количеств, которые отличаются только на единицу. К последним относятся как небольшие (например, 2 против 3), так и относительно большие (например, 5 против 6 и 8 против 9) количества элементов. [30]
Пчелы могут подсчитать до четырех объектов, встречающихся последовательно во время полета. В исследовании, проведенном [31], пчелы, по-видимому, ориентировались к источникам пищи, поддерживая текущий подсчет заметных ориентиров, пройденных по пути, эффективный до четырех ориентиров.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )