Mental rotation

Mental rotation  är förmågan att rotera de mentala representationerna av tvådimensionella och tredimensionella figurer, associerad med den visuella representationen av sådan rotation i det mänskliga sinnet [1] . Det finns ett samband mellan de delar av hjärnan som ansvarar för perception och mental rotation. Dessutom kan mental rotation vara relaterad till kognitiv rumslig bearbetningshastighet och allmän intelligens . [2] [3] [4]

Mental rotation kan beskrivas som förflyttning av föremål av hjärnan för att förstå deras natur och ursprung. Det studeras främst för att förstå hur psyket känner igen föremål i omgivningen. Mental rotation är en av de kognitiva funktionerna hos en person, vilket gör att han kan känna igen ett förändrat objekt.

Processen med mental rotation kan delas in i följande steg: [2]

  1. Skapa en mental bild av objektet från alla sidor (genom att representera objektet både i direkt projektion och under vändningar).
  2. Mental rotation av ett objekt tills likhet uppstår (genom att orientera stimulansen till en annan figur).
  3. Jämförelse.
  4. Att fatta ett beslut om likhet eller skillnad.
  5. Beslutsmeddelande (reaktionstiden kan registreras genom att trycka på en knapp under experimentet).

Procedur

I det mentala rotationstestet jämför försökspersoner två tredimensionella objekt (eller bokstäver ), av vilka några är roterade på någon axel, och avgör om de är samma bild eller spegelbilder ( enantiomorfer ) [1] . Under testet roteras vanligtvis bildpar med ett visst antal grader (till exempel 0°, 60°, 120° eller 180°). Det slutliga stimulansmaterialet består av den ursprungliga figuren, dess egen men roterade, och slutligen dess spegelreflektion. Försöksledaren utvärderar försökspersonerna på hur exakt och snabbt de kan skilja mellan roterade och spegelpar. [5]

Fenomenforskning

Shepard och Metzler (1971)

Roger Shepherd och Jacqueline Metzler (1971) var bland de första som studerade mental rotation [6] . Deras experiment syftade till att studera den mentala rotationen av tredimensionella föremål. Varje ämne presenterades med flera par asymmetriska objekt (tvådimensionella eller tredimensionella). Experimentet utformades för att mäta hur lång tid det skulle ta varje försöksperson att avgöra om ett par objekt var identiska. Studien visade att reaktionstiden för att lösa detta problem var direkt proportionell mot föremålets rotationsvinkel i förhållande till dess ursprungliga position. Det vill säga, ju mer föremålet roterade i förhållande till sin ursprungliga position, desto mer tid tog det för motivet att jämföra det med originalet. [ett]

Vandenberg & Cuse (1978)

1978 utvecklade Steven Vandenberg och Allan Cuse ett test som bedömde förmågan att mentalt rotera. Den baserades på den ursprungliga studien av Shepard och Metzler (1971). Indiska bläckteckningar blev stimulansmaterialet. Varje stimulus var en tvådimensionell bild av ett tredimensionellt föremål skapat av en dator. Denna bild presenterades på ett oscilloskop . Sedan visades den i olika positioner, roterad runt en vertikal axel. Studien fann en signifikant skillnad i mentala rotationspoäng mellan män och kvinnor, där män presterade bättre. Korrelationer med andra indikatorer visade ett starkt samband med resultaten av tester av rumsliga förmågor hos försökspersonerna, liksom inget samband med deras verbala förmågor. [7] [8]

Neural aktivitet

1999 genomfördes ett experiment för att hitta den del av hjärnan som är involverad i processen för mental rotation. Sju frivilliga (4 män och 3 kvinnor) i åldrarna 21 till 66 år blev försökspersonerna. Under experimentet visades de 8 symboler, som var och en presenterades fyra gånger (två i normalläge och två i roterat läge). Försökspersonerna fick avgöra om symbolen presenterades i sin ursprungliga position eller var spegelvänd. Under experimentet gjordes en PET -skanning som avslöjade aktivering i hjärnans högra bakre parietallob. [9]

Studier av funktionell magnetisk resonanstomografi ( fMRI ) visar en gradvis ökning av aktiveringen av parietalloben (särskilt den intraparietala sulcus) beroende på uppgiftens komplexitet. Det vill säga, ju större rotationsvinkeln är, desto mer ökar hjärnaktiviteten förknippad med denna uppgift. Denna ökning av aktivering åtföljs av en längre körningstid för mental rotation och en högre felfrekvens. Forskarna hävdar att ökad hjärnaktivitet, ökad tid och ökad felfrekvens indikerar att svårigheten för en uppgift är direkt proportionell mot svängvinkeln. [10] [11]

Färg

De fysiska föremål som människor roterar mentalt i vardagen har många egenskaper, såsom texturer, former och färger. Forskare vid University of California Santa Barbara satte sig för att undersöka i vilken utsträckning visuell information (som färg) representeras under mental rotation. Denna studie använde flera metoder - reaktionstidstudie, verbal protokollanalys och eyetracking. I de initiala reaktionstidsexperimenten påverkades försökspersoner med dålig mental rotationsförmåga av färg, medan de med god mental rotationsförmåga inte var det. I allmänhet var respondenter med dålig mental rotationsförmåga snabbare och mer exakta när det gällde att identifiera bilder som hade samma färg. Analys av det verbala protokollet visade att försökspersoner med låga rumsliga förmågor nämnde färgen på ett föremål i den mentala rotationsuppgiften oftare än de vars rumsliga förmågor var höga. Detta experiment ledde till slutsatsen att personer med en mer utvecklad mental rotationsförmåga skulle vara mindre benägna att representera färg under lösningen av detta problem. Däremot kommer ämnen med svagare rotationsförmåga oftare att representera färg samtidigt som de löser ett problem med hjälp av fragmenterade strategier (Khooshabeh & Hegarty, 2008). [12]

Inflytande av atleticism och konstnärlig förmåga

Det har också gjorts forskning om hur atleticism och konstnärlig förmåga påverkar mental rotation. Peach och Jensen (2012) [13] fann att idrottare och musiker är mer lyhörda än icke-specialister. Att dela in försökspersonerna (vars ålder började från 18 år) i tre grupper hjälpte till att studera detta. I grupperna ingick respektive elever som studerar musik, idrott och pedagogik. Student-idrottare visade sig vara bättre på mental rotation än de som studerade musik eller pedagogik. Dessutom visade manliga idrottare en snabbare reaktionshastighet än kvinnliga idrottare. Det fanns dock ingen signifikant skillnad i resultat för kvinnliga och manliga musiker.

Moreau, Clerk et al (2012) [14] hade också för avsikt att testa om idrottare skulle vara mer rumsligt medvetna än icke-idrottare. Experimentet involverade högskolestudenter. De testades två gånger: före träningsstart och efter (spridningen var 10 månader). Dessutom tränades de i två olika sporter för att se om detta skulle hjälpa deras orientering i rymden. Resultaten visade att försökspersonerna löste mentala rotationsproblem efter idrottsträning bättre än tidigare.

En annan studie tittade på effekten av mental rotation på postural stabilitet. Försökspersonerna löste först mentala rotationsuppgifter (stimulierna var ett ben, en arm och en maskin som inte var kopplad till kroppen), och balanserade sedan på ett ben. Det visade sig att uppgifter som involverade benet som stimulans framkallade större framgång i balanseringen än de där handen eller bilen presenterades (även efter 60 minuter). [femton]

Dessutom studerades skillnaden i förmåga till mental rotation (både på djupet och i plan) bland gymnaster, handbollsspelare och fotbollsspelare. Resultaten visade att idrottarna var mer framgångsrika i mental rotation, nära relaterat till deras specialisering inom sporten. [16]

Det finns ett samband mellan mental rotation och motorisk förmåga hos barn (det märks särskilt hos pojkar i åldrarna 7-8 år). Dessutom, genom att bedöma den motoriska förmågan, är det möjligt att exakt förutsäga förmågan till mental rotation hos ett barn. [17]

Det mentala rotationstestet utfördes på gymnaster, orienterare, löpare och icke-idrottare. Resultaten visade att icke-idrottare visade mindre mental rotationsförmåga än orienterare eller gymnaster. Deras resultat skiljde sig dock inte nämnvärt från löparnas. Samtidigt överträffade orienteringsidrottare (allocentriska idrottare) gymnaster (egocentriska idrottare). [arton]

Könsskillnader

Olika studier har visat att det är skillnad på män och kvinnor i mentalrotationsuppgifter. För att förklara detta fenomen studerades hjärnans aktivitet under en uppgift. En studie genomfördes 2012. Ämnena var personer med högre utbildning (naturvetenskap eller humaniora). Män och kvinnor ombads lösa mentala rotationsuppgifter medan deras hjärnaktivitet registrerades med hjälp av fMRI. En skillnad i hjärnaktivering hittades, med män som visade starkare aktivitet i det område som användes i uppgiften. [19]

En studie som genomfördes 2008 visade att denna skillnad förekommer redan i de tidiga stadierna av ontogeni. Experimentet utfördes på 3-4 månader gamla bebisar med hjälp av 2D mental rotation. För att fixa resultaten användes en preferensapparat, som observerade tiden för barnets blick fixerad på föremålet. Först introducerade forskarna försökspersonerna till siffran "1" och variationer av dess rotation. Sedan presenterades bilden av den roterade "1" och dess spegelreflektion. Det visade sig att killarna var mer intresserade av spegelbilden och tjejerna reagerade lika på båda bilderna. Forskarna spekulerade i att detta kan innebära en könsskillnad i mental rotationsbearbetning. [tjugo]

Ett annat experiment, genomfört 2015, fokuserade på kvinnor och deras förmågor i mental rotation och uppgiften att känna igen känslor. Under experimentet simulerades en situation där kvinnor kände sig mer eller mindre starka. Kvinnor i maktsituationer har visat sig vara bättre på mental spinning (men mindre effektiva på att känna igen känslor) än andra kvinnor. [21]

Forskning om skillnaden mellan mäns och kvinnors hjärnor kan ha många andra praktiska tillämpningar. Till exempel kan det hjälpa till att förstå autismspektrumstörningar. En av teorierna om autism är den så kallade extrema manliga hjärnan. Denna teori hävdar att hjärnan hos autister av båda könen liknar hypertrofierade män. I en studie från 2015 [22] på icke-autistiska personer visade sig män vara mer framgångsrika i mentala rotationsuppgifter. Sedan fick man reda på att autister inte har en sådan "manlig fördel" i mental rotation. Forskarna tror att detta tillåter oss att motbevisa den "manliga kognitiva profilen" som föreslås av EMM-teorin. [22]

Anvisningar för vidare forskning

Kanske finns det ett samband mellan den kompetenta rörelsen av kroppen och den hastighet med vilken människor kan göra en mental rotation. Försöksledarna fann att barn som tränats i att lösa mentala rotationsproblem förbättrade sina strategiska färdigheter. [23] Framtida forskning kan leta efter skillnader i mental rotation genom att leta efter andra uppgifter kopplade till den. Individer använder olika strategier för att slutföra uppgifter, så psykologers uppmärksamhet kan riktas mot dem som använder specifika kognitiva färdigheter, eftersom detta kan hjälpa till att jämföra kompetens och lyhördhet. [24] Andra forskare kommer att fortsätta att studera skillnader i att bemästra mental rotation baserat på roterande föremål. [25] Identifiering av försökspersoner med ett föremål kan störa eller hjälpa till i processen för mental rotation beroende på kön och ålder, vilket kommer att stödja påståendet att män svarar snabbare. [19] [26] [27] Psykologer kommer också att fortsätta att jämföra mental och fysisk rotation och undersöka skillnader i reaktionstider samt betydelse för miljöpåverkan. [28]

Litteratur

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 Roger N. Shepard, Jacqueline Metzler. Mental rotation av tredimensionella objekt  (engelska)  // Vetenskap. — 1971-02-19. — Vol. 171 , iss. 3972 . - s. 701-703 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . - doi : 10.1126/science.171.3972.701 . Arkiverad från originalet den 23 februari 2020.
  2. ↑ 1 2 A. Michael Johnson. Hastighet för mental rotation som en funktion av problemlösningsstrategier  //  Perceptuella och motoriska färdigheter. — 1990-12. - T. 71 , nej. 3 . - S. 803-806 . — ISSN 1558-688X 0031-5125, 1558-688X . doi : 10.2466 / pms.1990.71.3.803 .
  3. ↑ Bill Jones, Teresa Anuza. Effekter av sex, handenhet, stimulans och synfält på "mental rotation"  // Cortex. - 1982-12-01. - T. 18 , nej. 4 . - S. 501-514 . — ISSN 0010-9452 . - doi : 10.1016/S0010-9452(82)80049-X . Arkiverad från originalet den 3 februari 2019.
  4. ↑ Christopher Hertzog, Bart Rypma. Åldersskillnader i komponenter i mentalrotationsuppgiftsutförande  (engelska)  // Bulletin of the Psychonomic Society. - 1991-02-01. — Vol. 29 , iss. 2 . - S. 209-212 . — ISSN 0090-5054 . - doi : 10.3758/BF03335237 .
  5. ↑ André F. Caissie, François Vigneau, Douglas A. Bors. Vad mäter det mentala rotationstestet? En analys av objektsvårigheter och objektegenskaper  // The Open Psychology Journal. — 2009-12-11. - T. 2 , nej. 1 . - doi : 10.2174/1874350100902010094 . Arkiverad 12 maj 2021.
  6. ↑ S. Shepard, D. Metzler. Mental rotation: effekter av dimensionalitet hos objekt och typ av uppgift  // Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance . — 1988-02. - T. 14 , nej. 1 . - S. 3-11 . — ISSN 0096-1523 .
  7. ↑ Steven G. Vandenberg, Allan R. Kuse. Mentala rotationer, ett grupptest av tredimensionell rumsvisualisering  //  Perceptuella och motoriska färdigheter. — 1978-12. - T. 47 , nej. 2 . - S. 599-604 . — ISSN 1558-688X 0031-5125, 1558-688X . - doi : 10.2466/pms.1978.47.2.599 .
  8. ↑ Michael Peters. Könsskillnader och tidsfaktorn för att lösa Vandenberg och Kuse mentala rotationsproblem  // Brain and Cognition. — 2005-03-01. - T. 57 , nej. 2 . - S. 176-184 . — ISSN 0278-2626 . - doi : 10.1016/j.bandc.2004.08.052 . Arkiverad från originalet den 10 maj 2017.
  9. ↑ Irina M. Harris, Gary F. Egan, Cynon Sonkkila, Henri J. Tochon-Danguy, George Paxinos. Selektiv höger parietallobsaktivering under mental rotation En parametrisk PET-  studie //  Hjärna. - Oxford University Press , 2000-01-01. — Vol. 123 , utg. 1 . - S. 65-73 . — ISSN 0006-8950 . - doi : 10.1093/brain/123.1.65 . Arkiverad från originalet den 26 april 2019.
  10. ↑ S. C Prather, K Sathian. Mental rotation av taktila stimuli  // Kognitiv hjärnforskning. - 2002-06-01. - T. 14 , nej. 1 . - S. 91-98 . — ISSN 0926-6410 . - doi : 10.1016/S0926-6410(02)00063-0 .
  11. ↑ Andrea Gogos, Maria Gavrilescu, Sonia Davison, Karissa Searle, Jenny Adams. Större överlägsen än sämre parietallobuaktivering med ökande rotationsvinkel under mental rotation: En fMRI-studie  // Neuropsychologia. — 2010-01-01. - T. 48 , nej. 2 . - S. 529-535 . — ISSN 0028-3932 . - doi : 10.1016/j.neuropsychologia.2009.10.013 . Arkiverad från originalet den 3 februari 2019.
  12. ↑ Khooshabeh P., Hegarty M. Differentiella effekter av färg på mental rotation som en funktion av rumslig förmåga //Spatial Cognition 2008: Poster Presentations. - 2008. - S. 21.
  13. ↑ Pietsch S., Jansen P. Olika mental rotationsprestanda hos elever inom musik, sport och utbildning // Lärande och individuella skillnader. - 2012. - T. 22. - Nej. 1. - S. 159-163.
  14. ↑ Moreau D. et al. Förbättra rumslig förmåga genom idrottsutövning // Journal of Individual Differences. — 2012.
  15. ↑ Kawasaki T., Higuchi T. Förbättring av postural stabilitet under tyst stående erhållen efter mental rotation av fotstimuli // Journal of motor behavior. - 2016. - T. 48. - Nej. 4. - S. 357-364.
  16. ↑ Hamdi Habacha, Laure Lejeune-Poutrain, Nicolas Margas, Corinne Molinaro. Effekter av rotationsaxeln och ursprungligen efterfrågade lem hos idrottare på hög nivå i en mental rotationsuppgift  // Human Movement Science. — 2014-10-01. - T. 37 . - S. 58-68 . — ISSN 0167-9457 . - doi : 10.1016/j.humov.2014.06.002 .
  17. ↑ Petra Jansen, Jan Kellner. Rollen av roterande handrörelser och allmän motorisk förmåga i barns mentala rotationsprestanda  (engelska)  // Frontiers in Psychology. - 2015. - Vol. 6 . — ISSN 1664-1078 . - doi : 10.3389/fpsyg.2015.00984 . Arkiverad från originalet den 25 februari 2020.
  18. ↑ Mirko Schmidt, Fabienne Egger, Mario Kieliger, Benjamin Rubeli, Julia Schüler. Gymnaster och orienterare visar bättre mental rotationsprestation än icke-idrottare  // Journal of Individual Differences. — 2016-01-01. - T. 37 , nej. 1 . - S. 1-7 . — ISSN 1614-0001 . - doi : 10.1027/1614-0001/a000180 . Arkiverad från originalet den 6 november 2021.
  19. ↑ 1 2 Margaret Semrud-Clikeman, Jodene Goldenring Fine, Jesse Bledsoe, David C. Zhu. Genus Differences in Brain Activation on a Mental Rotation Task  // International Journal of Neuroscience. — 2012-01-26. - T. 122 , nr. 10 . - S. 590-597 . — ISSN 0020-7454 . - doi : 10.3109/00207454.2012.693999 .
  20. ↑ Paul C. Quinn, Lynn S. Liben. A Sex Difference in Mental Rotation in Young Infants  (engelska)  // Psychological Science. — 2008-11. - T. 19 , nej. 11 . - S. 1067-1070 . — ISSN 1467-9280 0956-7976, 1467-9280 . - doi : 10.1111/j.1467-9280.2008.02201.x .
  21. ↑ Tali Nissan, Oren Shapira, Nira Liberman. Effekter av makt på mental rotation och emotionerkännande hos kvinnor  //  Personality and Social Psychology Bulletin. — 2015-07-31. - T. 41 , nej. 10 . - S. 1425-1437 . — ISSN 1552-7433 0146-1672, 1552-7433 . - doi : 10.1177/0146167215598748 .
  22. ↑ 1 2 Alexandra C. Zapf, Liv A. Glindemann, Kai Vogeley, Christine M. Falter. Könsskillnader i mental rotation och hur de bidrar till förståelsen av autism  // PLOS One  . - Public Library of Science , 2015-04-17. — Vol. 10 , iss. 4 . — P.e0124628 . — ISSN 1932-6203 . - doi : 10.1371/journal.pone.0124628 . Arkiverad från originalet den 31 mars 2022.
  23. ↑ Chiara Meneghetti, Ramona Cardillo, Irene C. Mammarella, Sara Caviola, Erika Borella. Rollen av praktik och strategi i mental rotationsträning: överförings- och underhållseffekter  (engelska)  // Psychological Research. — 2017-03-01. — Vol. 81 , iss. 2 . - s. 415-431 . — ISSN 1430-2772 . - doi : 10.1007/s00426-016-0749-2 .
  24. ↑ Alexander Provost, Blake Johnson, Frini Karayanidis, Scott D. Brown, Andrew Heathcote. Två vägar till expertis inom mental rotation  //  Kognitionsvetenskap. - 2013. - Vol. 37 , iss. 7 . - P. 1321-1342 . — ISSN 1551-6709 . - doi : 10.1111/cogs.12042 .
  25. ↑ Petra Jansen, Claudia Quaiser-Pohl, Sarah Neuburger, Vera Ruthsatz. Faktorer som påverkar mental rotation med handlingsbaserade könsstereotypa objekt – rollen av finmotorik  //  Aktuell psykologi. — 2015-06-01. — Vol. 34 , iss. 2 . - s. 466-476 . — ISSN 1936-4733 . - doi : 10.1007/s12144-014-9269-7 .
  26. ↑ John T.E. Richardson. Kapitel 19 Könsskillnader i bildspråk, kognition och minne  // Advances in Psychology / Robert H. Logie, Michel Denis. - Nord-Holland, 1991-01-01. - T. 80 . - S. 271-303 . - doi : 10.1016/s0166-4115(08)60519-1 . Arkiverad från originalet den 3 februari 2019.
  27. ↑ Sarah A. Burnett. Könsrelaterade skillnader i rumslig förmåga: Är de triviala?  (engelska)  // Amerikansk psykolog. - 1986. - Vol. 41 , iss. 9 . - P. 1012-1014 . - ISSN 0003-066X 1935-990X, 0003-066X . - doi : 10.1037/0003-066x.41.9.1012 .
  28. ↑ Aaron L. Gardony, Holly A. Taylor, Tad T. Brunyé. Vad avslöjar fysisk rotation om mental rotation?  (engelska)  // Psychological Science. — 2013-12-05. - T. 25 , nej. 2 . - S. 605-612 . — ISSN 1467-9280 0956-7976, 1467-9280 . - doi : 10.1177/0956797613503174 .