Ментальное вращение — это способность вращать ментальные представления двухмерных и трехмерных объектов, поскольку это связано с визуальным представлением такого вращения в человеческом сознании. [1] Существует связь между областями мозга, связанными с восприятием и ментальным вращением. Также может существовать связь между когнитивной скоростью пространственной обработки, общим интеллектом и ментальным вращением. [2] [3] [4]
Ментальное вращение можно описать как перемещение мозгом объектов с целью помочь понять, что это такое и где они находятся. Ментальное вращение изучалось с целью выяснить, как разум распознает объекты в окружающей среде. Исследователи обычно называют такие объекты стимулами . Ментальное вращение — это одна из когнитивных функций, позволяющая человеку понять, что представляет собой измененный объект.
Умственное вращение можно разделить на следующие когнитивные стадии: [2]
Первоначально разработанный в 1978 году Ванденбергом и Кузе [5] на основе исследования Шепарда и Метцлера (1971), [1] тест на ментальное вращение (MRT) состоит из того, что участник сравнивает два 3D- объекта (или буквы ), часто повернутые вокруг некоторой оси, и определяет, являются ли они одним и тем же изображением или зеркальными изображениями ( энантиоморфами ). [1] Обычно в тесте используются пары изображений, каждое из которых повернуто на определенное количество градусов (например, 0°, 60°, 120° или 180°). Определенное количество пар будет разделено между тем же изображением, повернутым, и другими, отраженными зеркально. Исследователь оценивает участника по тому, насколько точно и быстро он может различать зеркальные и незеркальные пары. [6]
Роджер Шепард и Жаклин Метцлер (1971) были одними из первых, кто исследовал это явление. [7] Их эксперимент специально проверял мысленное вращение трехмерных объектов. Каждому испытуемому было представлено несколько пар трехмерных, асимметричных линейных или кубических объектов. Эксперимент был разработан для измерения того, сколько времени потребуется каждому испытуемому, чтобы определить, действительно ли пара объектов является одним и тем же объектом или двумя разными объектами. Их исследование показало, что время реакции участников, чтобы решить , совпадают ли пара предметов или нет, было линейно пропорционально углу поворота от исходного положения. То есть, чем больше объект был повернут от оригинала, тем больше времени требуется человеку, чтобы определить, являются ли два изображения одним и тем же объектом или энантиоморфами. [8]
В 1978 году Стивен Г. Ванденберг и Аллан Р. Кьюз разработали Тест на ментальное вращение (MRT) для оценки способностей к ментальному вращению, основанный на оригинальном исследовании Шепарда и Метцлера (1971). Тест на ментальное вращение был создан с использованием рисунков тушью. Каждый стимул представлял собой двумерное изображение трехмерного объекта, нарисованное компьютером. Затем изображение отображалось на осциллографе. Затем каждое изображение демонстрировалось в разных ориентациях, вращаемых вокруг вертикальной оси. Оригинальный тест содержал 20 пунктов, требующих сравнения четырех фигур с фигурой-критерием, причем две из них были правильными. Следуя основным идеям эксперимента Шепарда и Метцлера, это исследование обнаружило значительную разницу в оценках ментального вращения между мужчинами и женщинами, причем мужчины справились лучше. Корреляции с другими показателями показали сильную связь с тестами на пространственную визуализацию и отсутствие связи с вербальными способностями. [9] [10]
В 2000 году было проведено исследование, чтобы выяснить, какая часть мозга активируется во время мысленного вращения. В этом эксперименте приняли участие семь добровольцев (четыре мужчины и три женщины) в возрасте от двадцати девяти до шестидесяти шести лет. Для исследования испытуемым показывали восемь символов по 4 раза каждый (дважды в нормальной ориентации и дважды в перевернутом виде), и испытуемые должны были решить, был ли символ в своей нормальной конфигурации или это было его зеркальное отражение. Во время этого задания было проведено ПЭТ-сканирование, которое выявило активацию в правой задней теменной доле. [11]
Исследования функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) активации мозга во время мысленного вращения показывают последовательное увеличение активации теменной доли, в частности межтеменной борозды , которая зависит от сложности задачи. В целом, чем больше угол вращения, тем больше мозговая активность, связанная с задачей. Эта повышенная активация мозга сопровождается более длительным временем выполнения задачи вращения и более высоким уровнем ошибок. Исследователи утверждают, что повышенная активация мозга, увеличенное время и повышенный уровень ошибок указывают на то, что сложность задачи пропорциональна углу вращения. [12] [13]
Исследование 2006 года выявило, что во время мысленного вращения активизируются следующие области мозга по сравнению с исходным уровнем: двусторонняя медиальная височная извилина, левая медиальная затылочная извилина, двусторонняя верхняя затылочная извилина, двусторонняя верхняя теменная доля и левая нижняя затылочная извилина во время задания на вращение. [14]
Исследование 2008 года показало, что различия могут возникать на ранних стадиях развития. Эксперимент проводился на младенцах в возрасте от 3 до 4 месяцев с использованием задания на мысленное вращение в 2D. Они использовали аппарат предпочтений, который заключается в наблюдении за тем, как долго младенец смотрит на стимул. Они начали с того, что познакомили участников с числом «1» и его вращениями. Затем они показали им изображение повернутой цифры «1» и ее зеркальное отражение. Похоже, что гендерные различия могут проявляться на ранних стадиях развития, поскольку исследование показало, что мужчины более восприимчивы к зеркальному отображению. Согласно исследованию, это может означать, что мужчины и женщины по-разному обрабатывают мысленное вращение даже в младенчестве. [15] Подтверждая наличие таких различий на ранних стадиях развития, другие исследования обнаружили, что гендерные различия в тестах на мысленное вращение были видны во всех возрастных группах, включая маленьких детей. Интересно, что эти различия проявились гораздо позже для других категорий пространственных тестов. [16]
В 2020 году журнал Advances in Child Development and Behavior опубликовал обзор, в котором рассматривались способности к мысленному вращению на очень раннем этапе развития. [17] Авторы пришли к выводу, что способность мысленно вращать объекты может быть обнаружена у младенцев в возрасте от 3 месяцев. Кроме того, процессы МР в младенчестве, вероятно, остаются стабильными с течением времени во взрослом возрасте. Дополнительные переменные, которые, по-видимому, влияют на производительность МР младенцев, включают двигательную активность, сложность стимула, уровень гормонов и родительское отношение [18].
Физические объекты, которые люди представляют себе вращающимися в повседневной жизни, имеют много свойств, таких как текстуры, формы и цвета. Исследование в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре было проведено специально для проверки того, в какой степени визуальная информация, такая как цвет, представлена во время мысленного вращения. В этом исследовании использовалось несколько методов, таких как исследования времени реакции, анализ вербального протокола и отслеживание глаз. В первоначальных экспериментах по времени реакции на людей с плохой способностью к вращению влияли цвета изображения, тогда как на людей с хорошей способностью к вращению — нет. В целом, люди с плохой способностью быстрее и точнее идентифицировали изображения, которые были последовательно окрашены. Анализ вербального протокола показал, что испытуемые с низкой пространственной способностью упоминали цвет в своих задачах на мысленное вращение чаще, чем участники с высокой пространственной способностью. Один из выводов, который можно сделать с помощью этого эксперимента, заключается в том, что люди с более высокой способностью к вращению с меньшей вероятностью будут представлять цвет в своем мысленном вращении. Люди с плохой способностью к вращению с большей вероятностью будут представлять цвет в своем мысленном вращении, используя пошаговые стратегии (Khooshabeh & Hegarty, 2008).
Было проведено исследование того, как атлетизм и артистические способности влияют на ментальное вращение. Pietsch, S., & Jansen, P. (2012) показали, что у людей, которые были спортсменами или музыкантами, было более быстрое время реакции, чем у людей, которые не были. Они проверили это, разделив людей в возрасте от 18 лет и старше на три группы. Группы состояли из студентов музыкальных вузов, студентов спортивных вузов и студентов педагогических вузов. Было обнаружено, что студенты, которые были сосредоточены на спорте или музыке, показали гораздо лучшие результаты, чем те, кто был образовательным факультетом. Кроме того, было обнаружено, что мужчины-спортсмены и студенты педагогических вузов в эксперименте были быстрее соответствующих женщин, но мужчины и женщины-музыканты не показали значительной разницы во времени реакции.
Исследование 2007 года подтвердило результаты, что музыканты лучше справляются с задачами на ментальное вращение, чем не музыканты. В частности, выполнение задач MRT оркестровыми музыкантами показало уровень способностей, значительно превышающий базовый уровень населения. [19]
Moreau, D., Clerc, et al. (2012) также исследовали, были ли спортсмены более пространственно осведомлены, чем неспортсмены. В этом эксперименте были студенты колледжа и протестированы с помощью теста на ментальное вращение до любой спортивной тренировки, а затем снова после нее. Участники тренировались в двух разных видах спорта, чтобы увидеть, поможет ли это их пространственному осознанию. Было обнаружено, что участники лучше справились с тестом на ментальное вращение после того, как они тренировались в спорте, чем до тренировки. Этот эксперимент привел к исследованию, что если бы люди могли найти способы тренировать свои навыки ментального вращения, они могли бы лучше справляться с высококонтекстными видами деятельности с большей легкостью.
Исследователи изучали разницу в умственной вращательной способности между гимнастами, гандболистами и футболистами с помощью как углубленных, так и плоских вращений. Результаты показали, что спортсмены лучше справлялись с задачами умственной ротации, которые были более тесно связаны с их видом спорта. [20]
Существует корреляция между ментальным вращением и двигательными способностями у детей, и эта связь особенно сильна у мальчиков в возрасте 7–8 лет. Исследование показало, что существует значительное совпадение между пространственным мышлением и спортивными способностями, даже среди маленьких детей. [21]
Тест на ментальное вращение (MRT) был проведен на гимнастах, ориентировщиках, бегунах и неспортсменах. Результаты показали, что неспортсмены значительно уступили гимнастам и ориентировщикам, но не бегунам. Гимнасты (эгоцентричные спортсмены) не превзошли ориентировщиков (аллоцентричных спортсменов). [22] Эгоцентризм означает понимание положения вашего тела по отношению к объектам в пространстве, а аллоцентризм означает понимание отношения нескольких объектов в пространстве независимо от собственной точки зрения.
Исследование изучало влияние ментального вращения на постуральную устойчивость. Участники выполняли задание MR (ментальное вращение), включающее стимулы стопы, руки или нетелесные стимулы (автомобиль), а затем должны были балансировать на одной ноге. Результаты показали, что задания MR, включающие стимулы стопы, были более эффективны для улучшения равновесия, чем стимулы руки или автомобиля, даже после 60 минут. [23]
Вопреки тому, что можно было бы ожидать, предыдущие исследования, изучающие, превосходят ли художники ментальное вращение, были неоднозначными, и недавнее исследование подтверждает нулевые результаты. Было высказано предположение, что художники искусны в распознавании, создании и активации визуальных стимулов, но не обязательно в манипулировании ими. [24]
Исследование 2018 года изучало влияние изучения различных предметов в рамках высшего образования на способность к ментальному вращению. [25] Исследователи обнаружили, что студенты-архитекторы показали значительно лучшие результаты, чем студенты-художники, которые показали значительно лучшие результаты, чем студенты факультетов психологии и бизнеса, с учетом гендерных и других демографических различий. Эти результаты интуитивно понятны, учитывая, что студенты-архитекторы хорошо знакомы с манипулированием ориентацией структур в пространстве.
После исследования Ванденберга и Кьюза последующие исследования попытались оценить наличие гендерных различий в способности к ментальному вращению. В течение первых нескольких десятилетий сразу после исследования эта тема рассматривалась в различных метаанализах с неубедительными результатами. Однако Войер и др. провели всесторонний обзор в 1995 году, который показал, что гендерные различия были надежными и более выраженными в определенных задачах, указывая на то, что пол влияет на процессы, лежащие в основе производительности в тестах на пространственную память. Аналогично другим типам задач на пространственное мышление, мужчины, как правило, превосходили женщин со статистически значимым отрывом [16] среди литературы по МР.
Как упоминалось выше, многие исследования показали, что существует разница между производительностью мужчин и женщин в задачах на ментальное вращение. Чтобы узнать больше об этой разнице, была изучена активация мозга во время задачи на ментальное вращение. В 2012 году было проведено исследование [26] , в котором мужчинам и женщинам было предложено выполнить задачу на ментальное вращение, а их мозговая активность была записана с помощью фМРТ. Исследователи обнаружили разницу в активации мозга: мужчины продемонстрировали более сильную активность в области мозга, используемой в задаче на ментальное вращение.
Кроме того, различия в умственном вращении, связанные с полом, могут отражать эволюционные различия. Мужчины взяли на себя роль охоты и добычи пищи, что требует большей степени визуально-пространственной обработки, чем воспитание детей и домашние дела, которые выполняли женщины. Биологически, мужчины получают более высокое внутриутробное воздействие андрогенов, чем женщины, и сохраняют эти относительно более высокие уровни на всю жизнь. Это различие играет значительную роль в половом диморфизме человека и может быть причинным фактором в различиях, наблюдаемых в отношении умственного вращения. Интересно, что женщины с врожденной гиперплазией надпочечников (ВГК), которые подвергаются более высокому уровню фетального андрогена, чем контрольные женщины, как правило, лучше справляются с МРТ, чем женщины с нормальным уровнем воздействия фетальных андрогенов. [27] Кроме того, значительная роль гормональных различий между полами была подтверждена исследованием 2004 года, которое показало, что уровень тестостерона (основного андрогена) у молодых мужчин отрицательно коррелировал с количеством ошибок и временем ответа в МРТ. [28] Таким образом, более высокий уровень тестостерона, вероятно, способствует лучшей производительности.
Другое исследование 2015 года было сосредоточено на женщинах и их способностях в задачах мысленного вращения и распознавания эмоций . В этом эксперименте они вызывали чувство или ситуацию, в которой женщины чувствовали себя более или менее сильными. Они смогли сделать вывод, что женщины в ситуации власти лучше справляются с задачей мысленного вращения (но менее эффективны в задаче распознавания эмоций), чем другие женщины. [29] Интересно, что типы когнитивных стратегий, которые обычно используют мужчины и женщины, могут быть способствующим фактором. В литературе установлено, что мужчины, как правило, предпочитают целостные стратегии, тогда как женщины предпочитают аналитико-вербальные стратегии и сосредотачиваются на определенных частях всей головоломки. Женщины также склонны действовать более консервативно, жертвуя временем на повторную проверку неправильных элементов чаще, чем мужчины. Следовательно, женщинам требуется больше времени для выполнения своей техники при выполнении таких задач, как MRT. Чтобы определить степень значимости этой переменной, Hirnstein et al. (2009) создали модифицированную MRT, в которой количество совпадающих фигур могло варьироваться от нуля до четырех, что, по сравнению с оригинальной MRT, благоприятствовало стратегии, наиболее часто используемой женщинами. Исследование показало, что гендерные различия несколько снизились, но мужчины все еще превосходили женщин. [30]
В том же ключе исследование 2021 года обнаружило интригующие результаты в попытке выявить механизмы, лежащие в основе установленного гендерного неравенства. Исследователи выдвинули гипотезу, что характеристики задачи, а не только анатомические или социальные различия, могут объяснить преимущество мужчин в ментальном вращении. В частности, вращаемые объекты были изменены с типичных геометрических или сферических форм на мужские или женские стереотипные объекты, такие как трактор и коляска соответственно. Результаты выявили значительные гендерные различия только тогда, когда в качестве вращательного материала использовались мужские стереотипные объекты. Когда использовался женский стереотипный вращательный материал, мужчины и женщины показывали одинаковые результаты. Это открытие может объяснить основные причины обычных разногласий в том, что способность мужчин справляться с тестами MRT несколько лучше, вероятно, проистекает из эволюционной применимости пространственного мышления. Объекты, которые не имеют отношения к историческим мужским гендерным ролям и, следовательно, обычно незнакомы мужчинам, гораздо сложнее для концептуализации мужчинами в пространстве, чем более знакомые формы. [31] Аналогично, другие недавние исследования предполагают, что разница между когнитивной задачей ментального вращения является следствием процедуры и искусственности стимулов. Исследование 2017 года использовало фотографии и трехмерные модели, оценивая множественные подходы и стимулы. Результаты показывают, что изменение стимулов может устранить любые преимущества самцов, обнаруженные в тесте Ванденберга и Кьюза (1978). [32]
Изучение различий между мужским и женским мозгом может иметь интересные приложения. Например, это может помочь в понимании расстройств аутистического спектра . Одна из теорий, касающихся аутизма, — это EMB ( экстремальный мужской мозг ). Эта теория считает, что у аутичных людей «экстремальный мужской мозг». В исследовании [33] от 2015 года исследователи подтвердили, что существует разница между мужчинами и женщинами в задаче на ментальное вращение (изучая людей без аутизма): мужчины более успешны. Затем они подчеркнули тот факт, что у аутичных людей нет этой «мужской производительности» в задаче на ментальное вращение. Они завершают свое исследование тем, что «у аутичных людей нет экстремальной версии мужского когнитивного профиля, как предполагает теория EMB». [33]
Большая часть текущих и будущих направлений исследований относится к расширению того, что было установлено в литературе, и изучению глубинных причин, лежащих в основе предыдущих результатов. Будущие исследования будут рассматривать дополнительные факторы, которые могут влиять на способность МР, включая демографические данные, различные способности, личность, редкие/девиантные психологические профили и т. д. Многие текущие и будущие исследования изучают и будут изучать способы, которыми определенные аномалии мозга, включая многие из тех, которые вызваны травматическими повреждениями, влияют на способность человека выполнять ментальное вращение. Есть некоторые доказательства того, что то, что кажется ментальным вращением в глубину, на самом деле является реакцией на свойства плоских изображений. [34] [35]
Могут существовать связи между компетентным движением тела и скоростью, с которой люди могут выполнять мысленное вращение. Исследователи обнаружили, что дети, которые тренировались с заданиями на мысленное вращение, улучшили навыки стратегии после практики. [36] Люди используют много разных стратегий для выполнения заданий; психологи будут изучать участников, которые используют определенные когнитивные навыки, чтобы сравнить компетентность и время реакции. [37] Другие продолжат изучать различия в компетентности мысленного вращения на основе вращаемых объектов. [38] Отождествление участников с объектом может препятствовать или помогать их способностям мысленного вращения в зависимости от пола и возраста, чтобы подтвердить более раннее утверждение о том, что у мужчин более быстрое время реакции. [26] [39] [40] Психологи продолжат проверять сходства между мысленным вращением и физическим вращением, исследуя разницу во времени реакции и ее связь с последствиями для окружающей среды. [41]
{{cite journal}}
: Cite journal required |journal=
( помощь ) In Body, Language and Mind , т. 2. Златев, Джордан; Цимке, Том; Франк, Роз; Дирвен, Рене (ред.). Берлин: Mouton de Gruyter, готовится к изданию в 2006 г.{{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )