Эксперимент с цыплятами показывает, что простая доза света до рождения может определять, как мы отображаем величины в пространстве.
Картинка знакомая: маленькие цифры слева, большие справа. Мы думаем так, почти не осознавая этого. Но является ли эта «ментальная линия» плодом культуры или она изначально заложена в мозгу? Команда из Падуанского университета и сотрудники из США перенесли этот вопрос в лабораторию с новорожденными цыплятами.
В исследовании, опубликованном в eLife, исследователи манипулировали минимальной деталью — светом, который получает эмбрион внутри яйца, — и наблюдали огромный эффект: латерализация мозга изменила способ «считывания» в пространстве. Результат представляет собой ключевую часть классической головоломки когнитивной нейробиологии.
Латерализация головного мозга — обычное явление у многих видов. Воспроизводя и контролируя этот процесс, исследователям удалось создать две группы цыплят: «светлых» — с сильно латерализованным мозгом — и «темных» — с меньшей дифференцировкой полушарий. Это первоначальное различие позволило исследовать, в какой степени пространственная организация чисел зависит от архитектуры мозга, сформированной еще до рождения.
Начальная подсказка: невидимая линия, которую мы все используем
В течение многих лет предполагалось, что «числовая линия» возникает в результате обучения, например, чтению слева направо. Культура не все объясняет. Подобные сигналы уже были замечены у младенцев и у животных, что указывало на более древние корни.
Новое исследование было направлено на то, чтобы напрямую проверить, зависит ли эта ориентация от того, как мозг распределяет задачи между полушариями. Латерализация имеет значение. И они выбрали цыплят, потому что они позволяют контролировать окружающую среду до своего рождения с точностью, невозможной для человека. Концепция проста: если мозг более «разделен» на функции, возможно, отображение числа и пространства смещено в определенном направлении. Гипотезу можно было проверить.
Авторы насиживали 100 яиц в двух условиях: половине давали свет в последние дни беременности, а другая половина оставалась в темноте. Свет усиливает латерализацию. Эта процедура является классической в этологии птиц и изменяет относительный вес каждого полушария.
После рождения все цыплята учились одному и тому же: клевать четвертую пробку в ряду из десяти, расположенных переднезадним концом по отношению к животному. Правилом всегда было «четвертое». Таким образом, была поставлена порядковая цель без каких-либо подсказок по цвету, форме или размеру. Затем последовал критический тест: ученые повернули ряд на 90 градусов, так что теперь было два правильных варианта: четвертый слева и четвертый справа. Сценарий выявил пространственные предпочтения.
Когда правое полушарие управляет
Цыплята с сильно латерализованным мозгом — «светлые» — гораздо чаще выбирали четвертую позицию слева. Появился перекос влево-вправо. Вместо этого те, кого выращивали в темноте, не проявляли предпочтения: они шли как влево, так и вправо.
Для дальнейшей настройки они временно прикрыли один глаз, а затем другой, воспользовавшись тем, что у птиц каждый глаз в основном соединяется с противоположным полушарием. Повязка на глазу разделила работу каждого полушария. При открытом левом глазу (активирует правое полушарие) смещение влево стало еще более явным. С открытым правым глазом (левое полушарие) «светлые», как правило, делали правильные выводы, что соответствовало дополнительному функциональному распределению. Картина соответствовала тому, что известно о пространственной обработке.
Команда повторила тест, варьируя расстояние между пробками в каждом испытании, чтобы «геометрия» не служила ориентиром. Осталась только порядковая позиция. В этих условиях смещение влево-вправо исчезло даже в самом латерализованном мозге.
Чтение прямое: ориентация «числовой линии» возникает, когда мозг объединяет количество с пространственной картой, коктейлем, в котором правое полушарие играет ведущую роль. Направление зависит от сочетания пространства и числа. Без надежного пробела нет стрелки влево. Это не умаляет ценности культурного обучения, но показывает, что существуют биологические основы, на которых строится культура. Биология и опыт складываются, а не исключаются.
Почему это имеет значение не только для курятника
Это открытие предлагает недостающую причинно-следственную связь: не только корреляцию между латерализацией и числовым смещением, но и пренатальные манипуляции, которые меняют результат. Это прямое доказательство. Это открывает возможности для понимания того, почему числовые способности различаются у разных людей.
Это также говорит о том, что ориентация влево-вправо может иметь адаптивное значение: при кормлении систематическое сканирование помогает не пропустить предметы и не повторить зоны. Подсчет и ориентирование идут рука об руку. В естественных условиях число и пространство неразделимы.
Какие модели лучше всего объясняют эффект
Авторы сравнивают три объяснения: доминирование правого полушария в зрительно-пространственном внимании, «эмоциональная валентность» (маленькие отрицательные числа / слева, большие положительные / справа) и асимметричная настройка пространственных частот. Право на командование подходит лучше всего. Данные подтверждают модель, согласно которой правое полушарие направляет смещение влево, интегрируя пространство и число.
Предложение об эмоциональной валентности плохо предсказывает, что предвзятость исчезнет, когда пространственные ключи станут ненадежными. Эмоций здесь недостаточно. А модель пространственных частот не объясняет явного смещения, наблюдаемого, когда пространство и порядковость когерентны. В общем, исследование не прекращает дискуссию: оно показывает, когда появляется предвзятость и что ее усиливает, и призывает к дальнейшей работе над тем, как ранний опыт «настраивает» эти схемы. Остаются открытые вопросы.
Что это говорит нам о нас
Хотя исследование проводится на птицах, принцип, согласно которому латерализация является ключом к соединению числа и пространства, актуален для позвоночных с латеральным мозгом, включая человека. Существует общий субстрат. Это не значит, что мы рождаемся «с» линией, как мы ее используем, но это означает, что мы рождаемся с предрасположенностями, которые формирует культура.
Это помогает примирить, казалось бы, противоположные результаты: культурные эффекты восприятия прочитанного и признаки предвзятости у младенцев, которые еще не читают. И то, и другое может быть правдой. Биология устанавливает сценарий, а опыт пишет сценарий. Заглядывая в будущее, исследование предлагает изучить, как пренатальные состояния и ранний сенсорный опыт влияют на количественные способности. Раннее окно имеет значение.
Как и у любого исследования, у этого есть границы: это модель на животных в контролируемой среде с конкретной задачей. Тем не менее, точность конструкции и причинно-следственная обработка латерализации делают ее особенно ценной. Следующим шагом является сопоставление схем и времен: какие сети объединяют количество и пространство, а когда они «закреплены» опытом. Кроме того, попробуйте выполнить другие числовые задачи и другие виды, чтобы завершить сравнительный круг.
Если «ментальная линия» зависит от того, как мозг распределяет работу, открываются возможности для персонализации обучения и реабилитации в соответствии с профилями латерализации. Практическое применение бросается в глаза.
Источник: doi.org/10.7554/eLife.106356.3
