Умственное вращение - Mental rotation

Задача умственного вращения (схема) .jpg

Умственное вращение это способность вращать ментальные представления из двумерный и трехмерный объекты, поскольку это связано с визуальным представлением такого вращения в человеческом разуме.[1] Между областями мозга, связанными с восприятие и умственное вращение. Также может существовать связь между когнитивными ставка пространственной обработки, общие интеллект и умственное вращение.[2][3][4]

Психическое вращение можно описать как перемещение объектов в мозгу, чтобы помочь понять, что они собой представляют и где они находятся. Психическое вращение было изучено, чтобы попытаться выяснить, как разум распознает объекты в окружающей среде. Исследователи обычно называют такие объекты стимулы. Психическое вращение - это одна из когнитивных функций человека, позволяющая понять, что это за измененный объект.

Психическое вращение можно разделить на следующие познавательный этапы:[2]

  1. Создайте мысленный образ объекта со всех сторон (представляя, где он продолжается прямо, а не поворачивает).
  2. Мысленно вращайте объект, пока не сможете провести сравнение (ориентируя стимул на другую фигуру).
  3. Проведите сравнение.
  4. Решите, одинаковые предметы или нет.
  5. Сообщите о решении (время реакции записывается при нажатии уровня или нажатии кнопки).

Оценка

В умственном вращении тест, участник сравнивает два 3D объекты (или буквы ), часто вращается по какой-либо оси, и указывает, совпадают ли они изображение или если они зеркальные изображения (энантиоморфы ).[1] Обычно в тесте есть пары изображений, каждое из которых повернуто на определенное количество градусы (например, 0 °, 60 °, 120 ° или 180 °). Установленное количество пар будет разделено на одно и то же изображение, повернутое, в то время как другие будут зеркально отражены. Исследователь оценивает участника по тому, как точно и быстро они могут различать зеркальные и незеркальные пары.[5]

Известные исследования

Шепард и Метцлер (1971)

Роджер Шепард и Жаклин Мецлер (1971) были одними из первых, кто исследовал это явление.[6] Их эксперимент специально проверял умственное вращение на трехмерных объектах. Каждому испытуемому было представлено несколько пар трехмерных объектов с асимметричными линиями или кубами. Эксперимент был разработан, чтобы измерить, сколько времени потребуется каждому испытуемому, чтобы определить, действительно ли пара объектов является одним и тем же объектом или двумя разными объектами. Их исследование показал, что время реакции чтобы участники могли решить, совпала ли пара предметов или нет линейно пропорциональный к угол вращения из исходного положения. То есть, чем больше объект был повернут относительно оригинала, тем больше времени требуется человеку, чтобы определить, принадлежат ли два изображения одному и тому же объекту или энантиоморфам.[7]

Ванденберг и Кузе (1978)

Основная статья: Тест умственного вращения

В 1978 г. Стивен Г. Ванденберг и Аллан Р. Кузе разработали тест для оценки способностей умственного вращения, основанный на оригинальном исследовании Шепарда и Мецлера (1971). В Тест умственного вращения был построен с использованием рисунков тушью Индии. Каждый стимул представлял собой двумерное изображение трехмерного объекта, нарисованного компьютером. Затем изображение отображалось на осциллографе. Затем каждое изображение было показано с разной ориентацией и повернуто вокруг вертикальной оси. Следуя основным идеям эксперимента Шепарда и Метцлера, это исследование обнаружило значительную разницу в показателях умственной ротации между мужчинами и женщинами, причем мужчины работали лучше. Корреляции с другими показателями показали сильную связь с тестами пространственной визуализации и отсутствие связи с вербальными способностями.[8][9]

Нейронная активность

В 1999 году было проведено исследование, чтобы выяснить, какая часть мозга активируется во время умственного 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 (дважды в нормальной ориентации и дважды в обратном порядке), и испытуемые должны были решить, был ли персонаж в своей нормальной конфигурации или это было зеркальное отображение. Во время выполнения этой задачи было выполнено ПЭТ-сканирование, которое выявило активацию в правой задней теменной доле.[10]

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) исследования активации мозга во время умственного вращения показывают последовательное усиление активации теменной доли, в частности меж теменная борозда, что зависит от сложности задачи. В целом, чем больше угол поворота, тем больше мозговая активность связана с задачей. Эта повышенная активация мозга сопровождается увеличением времени на выполнение задачи вращения и более высоким уровнем ошибок. Исследователи утверждали, что повышенная активация мозга, увеличенное время и повышенное количество ошибок указывают на то, что сложность задачи пропорциональна углу поворота.[11][12]

Вращение по глубине 90 градусов
Поворот в картинной плоскости на 90 градусов

Цвет

Физические объекты, которые люди воображают вращающимися в повседневной жизни, обладают многими свойствами, такими как текстуры, формы и цвета. Исследование в Калифорнийский университет Санта-Барбары был проведен 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 изучение времени реакции, анализ устного протокола и отслеживание глаз. В первоначальных экспериментах на время реакции на людей с плохой вращательной способностью влияли цвета изображения, а на людей с хорошей вращательной способностью - нет. В целом, люди с плохими способностями быстрее и точнее определяли однородно окрашенные изображения. Анализ вербального протокола показал, что испытуемые с низким пространственная способность упоминали цвет в своих заданиях на умственное вращение чаще, чем участники с высокими пространственными способностями. С помощью этого эксперимента можно показать, что люди с более высокой способностью к вращению с меньшей вероятностью будут отображать цвет в своем мысленном вращении. Плохие ротаторы с большей вероятностью будут представлять цвет в своем умственном вращении, используя частичные стратегии (Khooshabeh & Hegarty, 2008).

Влияние на атлетизм и артистичность

Также было проведено исследование того, как атлетизм и артистические способности влияют на умственное вращение. Пич, С., и Янсен, П. (2012) показали, что люди, которые были спортсменами или музыкантами, реагировали быстрее, чем люди, не являющиеся спортсменами. Они проверили это, разделив людей в возрасте от 18 лет и старше на три группы. В группу 1 входили студенты, изучающие математику, студенты-физкультурники и школьники. Было обнаружено, что с помощью теста умственной ротации ученики, которые были сосредоточены на спорте, показали гораздо лучшие результаты, чем те, кто изучал математику или образование. Также было обнаружено, что спортсмены-мужчины в эксперименте были быстрее женщин, но музыканты-мужчины и женщины не показали значительной разницы во времени реакции.

Моро Д., Клерк и др. (2012) также исследовали, были ли спортсмены более осведомленными в пространстве, чем не спортсмены. В этом эксперименте участвовали студенты бакалавриата и тестировали их с помощью теста умственного вращения перед любой спортивной тренировкой, а затем снова после нее. Участники были обучены двум различным видам спорта, чтобы увидеть, поможет ли это их пространственному восприятию. Было обнаружено, что участники лучше справились с тестом на умственное вращение после того, как они тренировались в спорте, чем до тренировки. Есть способы тренировать пространственное восприятие. Этот эксперимент привел к исследованию того, что, если бы люди могли найти способы тренировать свои умственные навыки вращения, они могли бы с большей легкостью выполнять упражнения с высоким контекстом.

В одном из исследований изучалось влияние умственного вращения на устойчивость позы. Участники выполняли задание MR (умственное вращение), включающее либо стимулы стопы, стимулы рук, либо стимулы, не связанные с телом (автомобиль), а затем должны были балансировать на одной ноге. Результаты показали, что задания МРТ, включающие стимулы стопы, были более эффективны для улучшения баланса, чем стимулы руками или автомобилем, даже через 60 минут.[13]

Исследователи изучали разницу в способности умственного вращения гимнасток, гандболистов и футболистов как при углубленном, так и в плоскости вращения. Результаты показали, что спортсмены лучше справлялись с задачами умственного вращения, которые были более тесно связаны с их спортивными знаниями.[14]

Существует корреляция между умственным вращением и двигательными способностями у детей, и эта связь особенно сильна у мальчиков в возрасте 7–8 лет. Известно, что у детей очень тесно связаны моторные и когнитивные процессы, и исследование показало, что на это совпадение влияет двигательная способность.[15]

Тест умственного вращения (MRT) проводился с гимнастами, ориентировщиками, бегунами и не спортсменами. Результаты показали, что не спортсмены значительно уступали гимнастам и ориентировщикам, но не бегунам. Гимнасты (эгоцентрические спортсмены) не превосходили ориентировщиков (аллоцентрических спортсменов).[16]

Секс

Некоторые исследования показали, что есть разница между мужчинами и женщинами в задачах умственного вращения. Чтобы объяснить эту разницу, была изучена активация мозга во время умственного вращения. В 2012 году исследование[17] делались с людьми, получившими дипломы естественных или гуманитарных наук. Мужчин и женщин попросили выполнить задание на умственное вращение, и их мозговую активность записали с помощью фМРТ. Исследователи обнаружили разницу в активации мозга: мужчины проявляют более высокую активность в той области мозга, которая используется для умственного вращения.

Исследование 2008 года показало, что различия могут возникать на ранних этапах развития. Эксперимент проводился на 3–4-месячных младенцах с использованием двумерного задания на умственное вращение. Они использовали аппарат предпочтений, который состоит в наблюдении за тем, сколько времени младенец смотрит на стимул. Они начали с ознакомления участников с цифрой «1» и ее вращениями. Затем они показали им изображение повернутой единицы и ее зеркальное отображение. Исследование показало, что мужчин больше интересует зеркальное отображение. Самок одинаково интересует повернутая «1» и ее зеркальное отображение. Согласно исследованию, это может означать, что самцы и самки, по крайней мере в младенчестве, по-разному обрабатывают умственное вращение.[18]

Другое исследование, проведенное в 2015 году, было сосредоточено на женщинах и их способностях в умственном вращении и распознавание эмоций задача. В этом эксперименте они вызывали чувство или ситуацию, в которой женщины чувствовали себя более могущественными или менее могущественными. Они пришли к выводу, что женщины в ситуации власти лучше справляются с задачей умственного вращения (но менее эффективны с задачей распознавания эмоций), чем другие женщины.[19]

Изучение различий между мужским и женским мозгом может иметь интересные приложения. Например, это может помочь в понимании расстройства аутистического спектра. Одна из теорий об аутизме - EMB (экстремальный мужской мозг ). Эта теория считает, что аутисты обладают «исключительно мужским мозгом». В исследовании[20] с 2015 года исследователи подтвердили, что существует разница между мужчинами и женщинами в задаче умственного вращения (путем изучения людей без аутизма): мужчины более успешны. Затем они подчеркнули тот факт, что аутисты не выполняют «мужских качеств» в задаче умственного вращения. Они пришли к выводу, что «аутичные люди не имеют экстремальной версии мужского когнитивного профиля, предложенной теорией EMB».[20]

Некоторые недавние исследования предполагают, что различие между задачами познания умственного вращения является следствием процедуры и искусственности стимулов. В исследовании 2017 года использовались фотографии и трехмерные модели, оценивая несколько различных подходов и стимулов. Результаты показывают, что изменение стимулов может устранить любые преимущества самцов, обнаруженные с помощью теста Ванденберга и Кузе (1978). [21]

Текущие направления исследований

Дальнейшая информация: Абстракция

Могут быть связи между грамотным движением тела и скоростью, с которой люди могут совершать умственное вращение. Исследователи обнаружили, что дети, которые тренировались с помощью задач умственного вращения, улучшили навыки стратегии после практики.[22] Последующие исследования будут сравнивать различия в мозге между попытками обнаружить влияние на другие задачи и мозг. Люди используют множество различных стратегий для выполнения задач; психологи будут изучать участников, которые используют определенные когнитивные навыки, чтобы сравнить их компетенцию и время реакции.[23] Другие будут продолжать исследовать различия в способности умственного вращения в зависимости от вращаемых объектов.[24] Отождествление участников с объектом может препятствовать или помогать их умственным способностям вращения независимо от пола и возраста, чтобы поддержать более раннее утверждение, что у мужчин более быстрое время реакции.[17][25][26] Психологи продолжат проверять сходство между умственным вращением и физическим вращением, исследуя разницу во времени реакции и его значимость для воздействия на окружающую среду.[27]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б Шепард, Роджер Н .; Мецлер, Жаклин (1971-02-19). «Мысленное вращение трехмерных объектов». Наука. 171 (3972): 701–703. CiteSeerX  10.1.1.610.4345. Дои:10.1126 / science.171.3972.701. ISSN  0036-8075. PMID  5540314.
  2. ^ а б Джонсон, А. Майкл (1990-12-01). «Скорость мысленного вращения как функция стратегии решения проблем». Перцептивные и моторные навыки. 71 (3): 803–806. Дои:10.2466 / мс.1990.71.3.803. ISSN  0031-5125. PMID  2293182.
  3. ^ Джонс, Билл; Ануза, Тереза ​​(1982-12-01). «Влияние секса, жесткости рук, стимулов и поля зрения на« умственное вращение »"". Кора. 18 (4): 501–514. Дои:10.1016 / S0010-9452 (82) 80049-X. PMID  7166038.
  4. ^ Герцог, Кристофер; Рипма, Барт (2013-11-08). «Возрастные различия в компонентах выполнения задания умственной ротации». Бюллетень Психономического общества. 29 (2): 209–212. Дои:10.3758 / BF03335237. ISSN  0090-5054.
  5. ^ Caissie, A. F .; Vigneau, F .; Борс, Д. А. (2009). «Что измеряет тест на умственное вращение? Анализ сложности и характеристик предмета» (PDF). Журнал открытой психологии. 2 (1): 94–102. Дои:10.2174/1874350100902010094.
  6. ^ Шепард, Р. Н., и Мецлер, Дж., «Психическое вращение: влияние размерности объектов и типа задачи», Журнал экспериментальной психологии: человеческое восприятие и производительность, Vol 14, Feb 1988, pp. 3-11.
  7. ^ Shepard, R.N .; Метцлер, Дж. (1971). «Мысленное вращение трехмерных объектов» (PDF). Наука. 171 (3972): 701–703. CiteSeerX  10.1.1.610.4345. Дои:10.1126 / science.171.3972.701. JSTOR  1731476. PMID  5540314.
  8. ^ Ванденберг, Стивен (1978). «Психические вращения, групповой тест трехмерной пространственной визуализации». Перцептивные и моторные навыки. 47 (2): 599–604. Дои:10,2466 / пмс.1978.47.2.599. PMID  724398.
  9. ^ Питерс, Майкл (2005-03-01). «Половые различия и фактор времени в решении проблем умственного вращения Ванденберга и Кузе». Мозг и познание. 57 (2): 176–184. Дои:10.1016 / j.bandc.2004.08.052. PMID  15708213.
  10. ^ Харрис, Ирина М .; Иган, Гэри Ф .; Сонккила, Кинон; Tochon-Danguy, Henri J .; Паксинос, Джордж; Уотсон, Джон Д. Г. (01.01.2000). «Избирательная активация правой теменной доли при умственном вращении». Мозг. 123 (1): 65–73. Дои:10.1093 / мозг / 123.1.65. ISSN  0006-8950. PMID  10611121.
  11. ^ Prather, S.C; Сатиан, К. (2002). «Мысленное вращение тактильных раздражителей». Когнитивные исследования мозга. 14 (1): 91–98. Дои:10.1016 / S0926-6410 (02) 00063-0. PMID  12063132.
  12. ^ Гогос, Андреа; Гаврилеску, Мария; Дэвисон, Соня; Сирл, Карисса; Адамс, Дженни; Росселл, Сьюзен Л .; Белл, Робин; Дэвис, Сьюзан Р .; Иган, Гэри Ф. (01.01.2010). «Активация большей верхней, чем нижней теменной доли с увеличением угла поворота во время умственного вращения: исследование фМРТ». Нейропсихология. 48 (2): 529–535. Дои:10.1016 / j.neuropsychologia.2009.10.013. PMID  19850055.
  13. ^ Кавасаки, Цубаса (11.07.2017). «Улучшение постуральной устойчивости при спокойном стоянии, полученное после мысленного вращения стимулов стопы». web.a.ebscohost.com. Тейлор и Фрэнсис. Получено 2016-09-17.
  14. ^ Хабача, Хамди; Лежен-Путрен, Лор; Маргас, Николас; Молинаро, Коринн (2014). «Эффекты оси вращения и изначально заданные конечности спортсменов высокого уровня в задаче умственного вращения». Наука человеческого движения. 37: 58–68. Дои:10.1016 / j.humov.2014.06.002. PMID  25064695.
  15. ^ Янсен, Петра; Келлнер, янв (2015). «Роль вращательных движений рук и общей двигательной способности в умственном вращении детей». Границы в психологии. 6: 984. Дои:10.3389 / fpsyg.2015.00984. ЧВК  4503890. PMID  26236262.
  16. ^ Шмидт, Мирко; Эггер, Фабьен; Килигер, Марио; Рубели, Бенджамин; Шулер, Юлия (2016). «Гимнасты и ориентировщики показывают лучшие умственные способности вращения, чем не спортсмены» (PDF). Журнал индивидуальных различий. 37: 1–7. Дои:10.1027 / 1614-0001 / a000180.
  17. ^ а б Семруд-Кликеман, Маргарет; Хорошо, Джодин Голденринг; Бледсо, Джесси; Чжу, Дэвид С. (26 января 2012 г.). «Гендерные различия в активации мозга в задаче умственной ротации». Международный журнал неврологии. 122 (10): 590–597. Дои:10.3109/00207454.2012.693999. ISSN  0020-7454. PMID  22651549.
  18. ^ Куинн, Пол С .; Либен, Линн С. (2008-11-01). «Половые различия в умственной ротации у младенцев». Психологическая наука. 19 (11): 1067–1070. CiteSeerX  10.1.1.1013.7396. Дои:10.1111 / j.1467-9280.2008.02201.x. ISSN  0956-7976. PMID  19076474.
  19. ^ Ниссан, Тали; Шапира, Орен; Либерман, Нира (01.10.2015). «Влияние силы на умственное вращение и распознавание эмоций у женщин». Бюллетень личности и социальной психологии. 41 (10): 1425–1437. Дои:10.1177/0146167215598748. ISSN  0146-1672. PMID  26231592.
  20. ^ а б Zapf, Alexandra C .; Glindemann, Liv A .; Вогли, Кай; Фальтер, Кристин М. (2015-04-17). «Половые различия в умственной ротации и их вклад в понимание аутизма». PLOS ONE. 10 (4): e0124628. Дои:10.1371 / journal.pone.0124628. ISSN  1932-6203. ЧВК  4401579. PMID  25884501.
  21. ^ Фишер, Мэриэнн Л .; Мередит, Тами; Грей, Мелисса (2017-09-07). «Половые различия в умственной ротации - следствие процедуры и искусственности стимулов». Эволюционная психологическая наука. 4: 124–133. Получено 2020-07-10.
  22. ^ Менегетти, Кьяра; Кардилло, Рамона; Mammarella, Irene C .; Кавиола, Сара; Борелла, Эрика (10.02.2016). «Роль практики и стратегии в обучении умственного вращения: эффекты передачи и поддержания». Психологические исследования. 81 (2): 415–431. Дои:10.1007 / s00426-016-0749-2. ISSN  0340-0727. PMID  26861758.
  23. ^ Провост Александр; Джонсон, Блейк; Караянидис, Фрини; Браун, Скотт Д.; Хиткот, Эндрю (01.09.2013). «Два пути к знанию умственного ротации». Наука о мышлении. 37 (7): 1321–1342. Дои:10.1111 / винтики.12042. ISSN  1551-6709. PMID  23676091.
  24. ^ Янсен, Петра; Квайзер-Поль, Клаудиа; Нойбургер, Сара; Рутзац, Вера (07.09.2014). «Факторы, влияющие на ментальную ротацию с помощью объектов, основанных на гендерных стереотипах, - роль мелкой моторики». Современная психология. 34 (2): 466–476. Дои:10.1007 / s12144-014-9269-7. ISSN  1046-1310.
  25. ^ Ричардсон, Джон Т. Э. (1 января 1991 г.). «Глава 19 Гендерные различия в образах, познании и памяти». В Дени, Роберте Х. Логи и Мишеле (ред.). Успехи в психологии. Ментальные образы в человеческом познании. 80. Северная Голландия. С. 271–303. Дои:10.1016 / s0166-4115 (08) 60519-1. ISBN  9780444888945.
  26. ^ Бернетт, Сара А. (1986). «Половые различия в пространственных способностях: тривиальны ли они?». Американский психолог. 41 (9): 1012–1014. Дои:10.1037 / 0003-066x.41.9.1012.
  27. ^ Gardony, Aaron L .; Тейлор, Холли А .; Брунье, Тэд Т. (01.02.2014). «Что физическое вращение говорит о умственном вращении?». Психологическая наука. 25 (2): 605–612. Дои:10.1177/0956797613503174. ISSN  0956-7976. PMID  24311475.

Рекомендации

внешняя ссылка