Когда берем в руки несколько предметов, у нас автоматически появляется в голове определение, сколько предметов взяли в руки и сколько можем унести? Как именно это работает? Здесь на помощь придет ваше чувство числа, точнее, «несимволическое чувство числа». Это способность приблизительно оценивать количество объектов без предварительного подсчёта. Такая способность присуща нам с рождения, и есть не только у людей, но и у животных. Кроме того, у человека есть символическое чувство числа, связанное с использованием математических символов, например, цифр (активно развивается у детей с началом изучения математики в школе). С возрастом, в учебной и профессиональной деятельности, мы все чаще пользуемся именно символической оценкой количества. Однако несимволическое чувство числа не отмирает с возрастом.
На протяжении всего времени именно оно облегчает нам жизнь в повседневных ситуациях: выбрать очередь в магазине покороче, горсть конфет побольше – так сказать «на глаз», и многое другое.
В последние годы отмечен значительный интерес исследователей к этой теме. Ученые пытаются ответить на вопрос, предсказывает ли несимволическое чувство числа академическую успешность в математике. Однозначного ответа на этот вопрос пока нет. Также, как и понимания того, как «работает» несимволическое чувство числа и за счёт каких механизмов. Этими вопросами занимается научный коллектив лаборатории возрастной психогенетики Психологического института Российской академии образования и Научно-проектного центра когнитивных нейронаук и нейротехнологий НИУ «БелГУ».

«Наша задача – выявить психофизиологические механизмы несимволического чувства числа, те регионы мозга, которые связаны с системами приблизительной оценки количества, и оценить участие каждого из них в реализации этой способности у человека в зависимости от условий оценки количества», – рассказывает Марина Михайловна Лобаскова, кандидат психологических наук, старший научный сотрудник лаборатории возрастной психогенетики Психологического института Российской академии образования, руководитель гранта Российского фонда фундаментальных исследований по теме «Когнитивные и психофизиологические механизмы чувства числа». Для обнаружения этих механизмовучёные применяют методы регистрации активности мозга, которые помогут зафиксировать эти временные и пространственные различия. Только такое сочетание позволит оценить непосредственно психофизиологические механизмы несимволической оценки количества.
«Впервые в мировой практике нами была разработана экспериментальная парадигма для оценки временных и пространственных характеристик мозговой активности в процессе оценки количества, – добавляет Юлия Александровна Маракшина, кандидат психологических наук, старший научный сотрудник лаборатории возрастной психогенетики Психологического института Российской академии образования, член научного коллектива. – Для этого мы используем современные методы регистрации мозговой активности – электроэнцефалографию (ЭЭГ) и fNIRS (спектроскопию в ближнем инфракрасном диапазоне). Выявление взаимосвязи нейрокогнитивных механизмов чувства числа с рабочей памятью, когнитивным контролем и математическими достижениями подростков способствует развитию междисциплинарных направлений в когнитивной психофизиологии и психологии развития».
Сейчас учёные находятся на этапе сбора нейрофизиологических данных с помощью 64-канальной ЭЭГ-системы с активными гелевыми электродами (Brain Products, Германия) и мобильной системы fNIRS (NIRx, Германия) на базе Научно-проектного центра когнитивных нейронаук и нейротехнологий НИУ «БелГУ» в сотрудничестве с Открытой инжиниринговой школой НИУ «БелГУ». Участниками исследования стали подростки в возрасте 11-16 лет. Уже сейчас проводится анализ полученных данных, который позволит сравнить мозговую активацию подростков в процессе выполнения специальных задач.

«Если метод ЭЭГ давно известен и широко используется в научных исследованиях, то метод fNIRS является относительно новым в этой области, – поясняет Мария Александровна Ситникова, директор научного-проектного центра когнитивных нейронаук и нейротехнологий НИУ «БелГУ». – Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне (fNIRS) – новый метод функциональной нейровизуализации. Методика схожа с функциональной МРТ, однако с помощью fNIRS возможно оценивать мозговую активацию в реальных, а не только лабораторных условиях. Даже на улице во время двигательной активности или повседневных дел. Система fNIRS производит световое излучение в ближнем инфракрасном диапазоне в виде двух волн разной длины, благодаря которым можно распознать два состояния оксигенации (насыщения кислородом) гемоглобина, что позволяет оценить активность всех областей коры головного мозга в режиме реального времени. Данный метод поможет нам выявить области головного мозга, задействованные в реализации чувства числа».
Исследователи надеются, что изучение чувства числа с помощью современных психофизиологических методов поможет внести ясность в вопросе о его механизмах, а в последующем – и о роли чувства числа в освоении математики. Полученные знания можно будет использовать при организации успешного освоения математических знаний на школьных уроках, при работе с трудностями, возникающими на этом пути (например, дискалькулии – нарушении освоения арифметики).

В работе исследований учёными применяется и диффузная оптическая томография (ДОТ). Это способ нейровизуализации, использующий инфракрасное излучение для изображения тела человека. Технология измеряет оптическую абсорбцию гемоглобина и опирается на его спектр поглощения в зависимости от насыщения кислородом. Это неинвазивный, относительно дешёвый и простой метод, который позволяет обследовать даже мозг новорождённых. Этот метод визуализации мозга позволяет создавать трёхмерные изображения. Его основное преимущество перед остальными методами – возможность отслеживать динамику кровотока в тканях мозга на разной глубине, при этом исключая изменения насыщаемости кислородом в других тканях, например, черепе или скальпе. При ДOT используется инфракрасное излучение. Учёные уверены, что метод безвреден, в отличие от компьютерной томографии, при которой изображение формируется из послойных рентгеновских снимков.
Фотоматериалы предоставлены директором научного-проектного центра когнитивных нейронаук и нейротехнологий НИУ "БелГУ" Марией Ситниковой.