Макаки и павианы разделили геометрические представления с людьми

Ученые из США выяснили, что макаки-резусы и павианы анубисы воспринимают геометрические формы примерно так же, как люди. Дошкольники, обезьяны и взрослые люди из племен химба и цимане участвовали в эксперименте, где нужно было выбрать геометрическую фигуру, наиболее похожую на образец. С помощью нейросети CORnet, моделирующей то, как мозг приматов обрабатывает визуальную информацию, ученые рассчитали вес простых, сложных и символьных представлений в восприятии фигур. Как и люди, обезьяны опирались на высокоуровневые представления и символические признаки, особенно если фигуры повернуты относительно образца. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

И люди, и нечеловеческие приматы обладают некоторыми геометрическими представлениями и могут различать геометрические фигуры. Однако недавний эксперимент с людьми и гвинейскими павианами (Papio papio) выявил важное отличие. Люди лучше справлялись с поиском единственной отличающейся фигуры среди одинаковых четырехугольников, если лишняя фигура была более правильной — то есть имела симметрию, параллельные линии или прямые углы. Эта закономерность наблюдалась и у дошкольников, и у взрослых необразованных людей из племени химба, но не у павианов. Хотя обезьяны справлялись с задачей, правильность фигур на это не влияла. Тогда ученые заключили, что у людей есть врожденные символические представления, а другие приматы опираются на более простые механизмы и оценивают форму целиком. 

Теперь команда исследователей во главе с Джессикой Кантлон (Jessica Cantlon) из Университета Карнеги-Меллон показала, что и люди, и нечеловеческие приматы полагаются как на простые и сложные перцептивные признаки, так и на символические представления для восприятия геометрических форм. Ученые провели один и тот же эксперимент с детьми от трех до шести лет, взрослыми представителями народов химба и цимане, четырьмя макаками-резусами (Macaca mulatta) и четырьмя павианами анубисами (Papio anubis). Испытуемым показывали геометрическую фигуру, а затем предлагали выбрать похожую на нее форму из двух вариантов. После чего с помощью нейросети CORnet, которая моделирует работу зрительной системы приматов, и логистической регрессии ученые рассчитали, на какие признаки опираются люди и обезьяны при выборе.

Сначала ученые оценили похожесть фигур с помощью нейросети CORnet. Слои нейросети моделируют зоны зрительной коры — первичную зрительную кору (слой V1), которая обнаруживает простые и однозначные признаки — пятна и линии, и нижневисочную кору (слой IT), которая воспринимает объекты целиком (например, относит фигуру к квадратам). Дополнительно ученые использовали символьную модель, которая учитывала конкретные геометрические характеристики — равенство сторон, углов, наличие параллельных сторон, наличие прямых углов и наличие симметрии. Эта модель рассчитывала, сколько таких характеристик различается у двух конкретных фигур. 

В итоге для каждой пары фигур исследователи вычислили степень отличия с помощью двух слоев — V1 и IT — и символьной модели. Затем с помощью логистической регрессии они определили для каждого участника три коэффициента (вес двух слоев и модели), которые показывали, насколько сильно изменится вероятность правильного ответа, если степень отличия между фигурами увеличится на одну единицу. Оказалось, что и дети, и обезьяны, и взрослые люди без формального образования из племени цимане при сравнении геометрических фигур опираются в основном на одни и те же признаки — сложные и символьные. Вес слоя IT составлял 0,76 у обезьян, 2,95 у дошкольников и 3,77 у взрослых. А вес символьной модели равнялся 0,62 у обезьян, 0,89 у детей и 0,51 у взрослых. То есть взрослые представители народа цимане полагались на символические представления даже меньше, чем макаки и павианы: они лучше воспринимали формы целиком.  

Когда в отдельной серии фигуры повернули на 20 градусов, вес символической модели у обезьян вырос с 0,62 до 1,4, а у детей — с 0,89 до 2,32. Кроме того, обезьяны стали гораздо сильнее опираться на целостную форму: вес слоя IT увеличился с 0,76 до 3,85. Это указывало на то, что нечеловеческие приматы (макаки-резусы и павианы анубисы), как и люди, могут формировать представления, похожие на символические. 

Однако авторы также посчитали степень отличия между фигурами с помощью IT-слоя, не зависящего от поворота, и они совпали с показателями, рассчитанными с помощью символьной модели (r = 0,71). Это натолкнуло их на идею о том, что геометрическое мышление людей не является символьным, то есть не опирается на абстрактные правила. Вероятно, и люди, и обезьяны видят целостный образ, не зависящий от угла поворота. Разница между видами, по мнению ученых, состоит в том, что хотя оба используют один и тот же механизм восприятия, у людей он развит лучше.

Ранее ученые обнаружили, что более простые геометрические формы кажутся людям красивее — и главную роль играет не симметрия, а соотношение сторон.