瞬時に理解する

瞬時認識とは、少数のアイテムについて、素早く、正確に、自信を持って数を判断することです。この用語は、1949 年に EL Kaufman らによって造語されました^{[1] 。ラテン語の形容詞}subitus (「突然の」という意味)に由来し、存在するアイテムの数が瞬時認識範囲内にある場合、視覚シーン内にアイテムがいくつあるかを即座に認識する感覚を表現しています。^[1] 4 個から 5 個を超えるセットは、アイテムが人がよく知っているパターン (サイコロの片面にある 6 つの点など) で表示されない限り、瞬時認識できません。大きくてよく知っているセットは、1 つずつ数えることもできます (または、要素をいくつかの小さなセットに頭の中でグループ化できる場合は、素早い計算で数を計算することもできます)。また、大きなセットの数を推定することもできます。これは、瞬時認識に似ていますが、異なるスキルです。

観察者がアイテムの数を判断する際の正確さ、速度、および信頼性は、数えられる要素の数に大きく依存します。約 1 ～ 4 個のアイテムで構成されるディスプレイに対する判断は、迅速で^[2]正確で^[3]信頼性があります。^[4]ただし、数えるアイテムが 4 個を超えると、判断の正確さと信頼性が低下します。^[1]さらに、応答時間は劇的に増加し、 ディスプレイ内のアイテムが約 4 個を超えると、それぞれ 250 ～ 350 ミリ秒が追加されます。^[5]

 瞬時認識範囲外では、表示内の追加要素ごとの応答時間の増加は 1 項目あたり 250～350 ミリ秒であるのに対し、 瞬時認識範囲内では、1 項目あたり 40～100 ミリ秒の増加が小さいながらも依然として顕著である。^[2]幼児にも同様の反応時間のパターンが見られるが、瞬時認識範囲と列挙範囲の両方でより急な傾きがある。 ^{[6]これは、認知プロセスによって即座に把握できる項目の数として定義される場合、列挙される追加項目ごとに追加のコストがかかることから、}把握の範囲そのものは存在しないことを示唆している。ただし、瞬時認識範囲内で項目を列挙することに関連するコストの相対的な差は、正確性、信頼性、または応答速度のいずれの観点から測定しても小さい。さらに、すべての測定値は、瞬時認識範囲の内外で著しく異なるように見える。^[1]そのため、理解の範囲はないかもしれませんが、少数の要素（つまり、約4項目以下）が視覚システムによって処理される方法と、多数の要素（つまり、約4項目以上）が視覚システムによって処理される方法には実際の違いがあるようです。

2006年の研究では、瞬時認識と数を数えることは視覚に限定されず、触覚にも及ぶことが実証され、観察者は刺激された指先の数を言わなければならなかった。^[7] 2008年の研究でも、聴覚における瞬時認識と数を数えることが実証された。^[8] 触覚における瞬時認識の存在は疑問視されてきたが、^[9]この効果は何度も再現されており、したがって堅牢であると考えられる。^{[10] [11] [12]}先天性盲人の触覚でも瞬時認識効果が得られている。^[13]これらの研究結果を合わせると、瞬時認識は聴覚と触覚の処理に及ぶ一般的な知覚メカニズムであるという考えが裏付けられる。

「瞬時認識」という用語の由来が示唆するように、瞬時認識範囲内で数を判断することに関連する感覚は、表示された要素を即座に認識するという感覚である。^[3]表示されるオブジェクトの数が瞬時認識範囲を超えると、この感覚は失われ、観察者は通常、表示されたすべての要素が数えられるまで、ディスプレイの周囲で視点を移動しているという印象を報告する。^[1]観察者がディスプレイ内のアイテムの数を数える能力は、アイテムを素早く表示してその後マスキングするか、^[14]観察者に素早く反応するよう要求するかのいずれかによって制限される可能性がある。^{[1]どちらの手順も、瞬時認識範囲内の列挙にはほとんど影響を与えない。これらの手法は、観察者が「注意の領域」 [15]}をディスプレイ内のさまざまな要素に連続的にシフトできる程度を制限することで、観察者がアイテムを数える能力を制限する可能性がある。

アトキンソン、キャンベル、フランシス^[16]は、視覚残像を利用して同様の結果を得ることができることを実証した。フラッシュガンを使用して白い円盤の列を照らし、暗順応した観察者に強い残像を生成することができた。観察者は、フラッシュガン照射の10 秒後と60 秒後の両方で、提示された円盤の数を口頭で報告する必要があった。観察者は、提示された円盤を少なくとも10 秒間すべて見ることができ、60秒後には少なくともいくつかの円盤を知覚できたと報告した 。残像の形で提示された場合、単に10秒間隔と60秒間隔で画像を表示する場合とは異なり、眼球運動を数える目的で使用することはできません。被験者が眼球を動かすと、画像も動きます。提示されたディスクの数が瞬時に認識できる範囲（5～12枚）外の場合、ディスクの数を数えるのに長い時間がかかったにもかかわらず、観察者は10 秒と60秒の両方の条件で一貫して数え間違いを犯した。対照的に、瞬時に認識できる範囲（1～4枚）内では、10秒と60秒 のどちらの条件でも間違いは起こらなかった。^[17]  

残像の列挙に関する研究^{[16] [17]は、}瞬時認識範囲内と範囲外の要素の列挙には異なる認知プロセスが作用するという見解を支持しており、瞬時認識と数え上げには異なる脳回路が関与している可能性を示唆している。しかし、機能的イメージング研究では、異なる^{[18]プロセス}と共通のプロセスの両方を支持すると解釈されてきた。 ^[19]

瞬時認識と計数には機能的かつ解剖学的に異なる脳領域が関与しているという見解を支持する社会理論は、バリンツ症候群の主要構成要素の1つである同時失認の患者から来ている。^[20]この障害を持つ患者は、視覚的なシーンを適切に認識できず、物体を見る、指さす、または口頭で位置を報告することによって、空間内で物体の位置を特定することができない。^[20]これらの劇的な症状にもかかわらず、そのような患者は個々の物体を正しく認識することができる。^[21]重要なのは、同時失認の人は瞬時認識範囲外の物体を数えることができず、特定の物体を数え損ねるか、同じ物体を何度も数えることである。^[22]

しかし、同時失認症の人は瞬時に認識できる範囲内の物体を数えることには困難を感じません。^[23]この障害は、注意の空間的シフトに関連する脳の領域である頭頂葉の両側の損傷に関連しています。 ^[18]これらの神経心理学的結果は、瞬時に認識するのではなく、数を数えるプロセスには注意の積極的なシフトが必要であるという見解と一致しています。しかし、最近の研究では、注意も瞬時に認識に影響を与えることがわかり、この結論に疑問が投げかけられています。^[24]

瞬時に数えることと数えることの神経プロセスを比較したさらなる研究は、正常な観察者に対する陽電子放出断層撮影（PET）研究から得られます。このような研究では、瞬時に数えることにおける内部（1〜4個の項目）と、数えることにおける外部（5〜8個の項目）の列挙プロセスに関連する脳活動を比較しています。^{[18] [19]}

このような研究では、瞬時認識と計数の範囲内で、後頭葉線条体外皮質と上頭頂葉/頭頂間溝の両側で活性化が起こることがわかっています。これは、共通のプロセスが関与している証拠として解釈されています。^[19]しかし、右下前頭葉と前帯状皮質で計数中にさらに活性化が存在することは、注意の移行に関与する領域の活性化に関連する、計数中の異なるプロセスの存在を示唆していると解釈されています。^[18]

歴史的に、多くのシステムは、完全な量または部分的な量を識別するために瞬時値化を使用しようとしてきました。20 世紀には、以下の例で確認されているように、数学教育者はこれらのシステムのいくつかを採用し始めましたが、10 までの量を表すために、より抽象的な色分けに切り替えることが多かったです。

1990年代には、生後3週間の乳児が1～3個の物体を区別できることが示されました。つまり、瞬時に認識できることです。^[22] 5つの異なる研究をまとめた最近のメタ研究では、乳児は狭い範囲で数量を区別する生来の能力を持って生まれ、時間の経過とともに増加すると結論付けられました。 ^[25] 7歳までにその能力は4～7個の物体に増加します。一部の専門家は、訓練により、子供は15個以上の物体を正しく瞬時に認識できると主張しています。^[要出典]

インカの計算システムであるユパナの使用が想定され、計算のために連結したトレイに最大 5 つのカウンターを配置しました。

中国のそろばんは、各位の値において、単位を表すために 4 個または 5 個のビーズを使用し、5 を表すために 1 個または 2 個の別のビーズを使用します。これにより、繰り上がりや借り入れなどの多桁の演算を、5 を超える桁数を表すことなく実行できます。

ヨーロッパのそろばんは、各レジスターに 10 個のビーズを使用しますが、通常は色ごとに 5 個ずつに分けます。

数量を瞬時に認識するという考え方は、モンテッソーリ、キュイズネール、ディエンヌなど、いくつかの教育システムで採用されてきました。しかし、これらのシステムは瞬時認識を部分的にしか使用しておらず、1から10までのすべての数量を瞬時に認識できるようにしようとしています。これを実現するために、数量を表す棒やビーズの紐の色と長さで数量をコード化します。このような視覚的または触覚的な表現を認識し、数量をそれに関連付けるには、瞬時認識とは異なる精神的操作が必要です。

最も基本的な応用例の1つは、大きな数字の桁をグループ化することです。これにより、数えなくても一目で大きさがわかります。たとえば、100万（1000000）を1,000,000（または1.000.000または1.000.000）と書きます。1 000 000）や 10億（1000000000）を 1,000,000,000 （またはインドの記数法の 1,00,00,00,000 などの他の形式）と表記すると、読みやすくなります。これは会計や財務の分野では特に重要です。小数点 1 桁の誤差で金額が 10 倍変わってしまうからです。これはリテラル値のコンピュータープログラミング言語にも見られ、その一部では桁区切り文字が使われています。

サイコロ、トランプ、その他のゲーム機器は、伝統的に、数量を認識可能なパターンを持つサブタイズ可能なグループに分割します。このグループ化方法の行動上の利点は、CiccioneとDehaeneによって科学的に調査されており、^[26]は、グループが同じ量のアイテムと同じ繰り返しパターンを共有すると、計数のパフォーマンスが向上することを示しました。

同様のアプリケーションは、2 進数と 16 進数の表現、電話番号、銀行口座番号 ( IBAN、社会保障番号、ナンバー プレートなど) を、スペース、ドット、ダッシュ、またはその他の区切り文字で区切られた 2 ～ 5 桁のグループに分割することです。これは、比較または再入力時に数字の完全性を監視するために行われます。文字をグループ化するこの方法は、大きな数字と文字構造をより簡単に記憶するのにも役立ちます。

瞬時認識能力を自己評価するためにオンラインでプレイできるゲームが少なくとも1つあります。^[27]

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