Mentální rotace
Shepard & Metzler (1971) zavedl do kognitivní vědy koncept mentální rotace, který se stal jedním z nejznámějších experimentů v této oblasti. Tato sláva může být částečně způsobena tím, že experiment je spojen se souborem nezapomenutelných grafických obrázků (např. obrázek 1), z nichž některé se dostaly na obálku čísla časopisu Science, kde byl poprvé publikován. Jedná se však také o pozoruhodně elegantní experiment, který přinesl některé nápadně jasné výsledky. Zdálo se, že výsledky přímo vyvracejí behavioristickou doktrínu, která v té době ještě měla mezi psychology značný vliv, že myšlenkové procesy závisí výhradně na jazyku. Tím, že tato zjištění naznačovala, že analogové reprezentace hrají v myšlení důležitou roli, vyvolala také prima facie potíže (i když ne nutně nepřekonatelné) pro (digitální) počítačový model mysli, který ležel v srdci nově vznikajícího oboru kognitivní vědy (Block, 1983a).
Obr. 1
Některé z dvojic podnětných obrázků, které použil Shepard & Metzler (1971).
A- identické objekty lišící se rotací v rovině stránky
B – identické objekty lišící se rotací v hloubce
C – zrcadlově obrácené objekty (rovněž rotované v hloubce)
Shepard & Metzler předložil svým subjektům dvojice kreseb trojrozměrných, asymetrických sestav krychlí, jak je znázorněno na obrázku 1 A, B a C. V každé dvojici pravý obrázek buď zobrazoval sestavu identickou se sestavou zobrazenou vlevo, ale pootočenou oproti původní poloze o určitou hodnotu, nebo zobrazoval sestavu, která byla nejen pootočená, ale byla také zrcadlovým obrazem sestavy vlevo (obrázek 1 C). Experimentálním úkolem bylo co nejrychleji (stisknutím tlačítka) určit, zda jsou oba zobrazené předměty ve skutečnosti totožné (s výjimkou pootočení), nebo se jedná o zrcadlové obrazy. Shepardova hypotéza předpokládala, že úkol bude proveden vytvořením trojrozměrného mentálního obrazu jednoho z vyobrazených objektů a otáčením celého tohoto obrazu v představách, aby se zjistilo, zda může být uveden do souladu s druhým obrazem. Výsledky experimentu tuto myšlenku jednoznačně podpořily, protože bylo zjištěno, že u každého subjektu se čas potřebný k potvrzení, že oba objekty z dvojice jsou ve skutečnosti totožné, zvyšoval přímo úměrně úhlovému rozdílu otáčení mezi nimi. Bylo to, jako by subjekty otáčely svůj mentální obraz stálou rychlostí (i když ta mohla být u každého subjektu jiná), takže čím dále musely jít, aby uvedly svůj obraz do shody s referenčním obrazem, tím déle jim to trvalo. Při dotazování po skončení experimentu většina subjektů potvrdila, že takto podle nich úkol skutečně provedli. (Zajímavé je, že nezáleželo na tom, zda se otáčelo v rovině stránky, nebo do hloubky.)
Přes eleganci tohoto experimentu a jasné výsledky (pěkné lineární grafy reakčního času v závislosti na úhlu otočení) Shepardova interpretace tohoto experimentu jako důkazu neredukovatelně analogových a vnitřně prostorových procesů v myšlení a toho, co nazval „izomorfismus druhého řádu“ mezi obrazem a objektem (Shepard, 1975, 1978b, 1981, 1984), rozhodně nezůstala nezpochybněna. Někteří badatelé zpochybňovali Shepardovo tvrzení, že jeho výsledky ukazují, že obrazy se otáčejí jako celek, a ne že se jejich části porovnávají po částech (Hochberg & Gellman, 1977; Pylyshyn, 1979a; Yuille, 1983). Ještě radikálněji někteří zpochybňují, zda úloha otáčení vůbec zahrnuje představy (Marks, 1999). Koneckonců na rozdíl od experimentů s mnemotechnickými představami nebylo pokusným osobám nikdy výslovně řečeno, aby při provádění srovnávací úlohy používaly představy, a alternativní vysvětlení výsledku (tj. lineární vztah mezi reakční dobou a úhlem natočení) jsou myslitelná. Například Just & Carpenter (1976; Carpenter & Just, 1978), který sledoval pohyby očí subjektů, zatímco prováděly verzi Shepardova & Metzlerova úkolu, tvrdil, že lineární prodloužení reakční doby nevzniklo v důsledku vnitřního natočení obrázku, ale v důsledku nutnosti provést tím více očních pohybů mezi dvěma obrázky (za účelem porovnání jejich vlastností), čím více byly vůči sobě natočeny. V ikonofobní kultuře, která v psychologii na počátku 70. let stále převládala, byla takováto „bezobrazová“ interpretace výsledků stále velmi živou možností. Samozřejmě to znamenalo, že jakákoli tvrzení pokusných osob o vytváření a otáčení mentálních obrazů bylo třeba odmítnout, ale behaviorismus už dávno naučil psychology přikládat tomuto druhu subjektivních, introspektivních údajů jen malou váhu.
Důvody pro mentální rotaci se však neopírají pouze o tento jediný slavný experiment. Shepard a jeho studenti (zejména Lynn Cooperová) byli následně schopni prokázat mentální rotaci a další související efekty v poměrně velkém množství různých experimentálních designů (viz Shepard & Cooper et al., 1982), většinou navržených tak, aby blokovaly alternativní interpretace výsledků, které by se vyhnuly nutnosti postulovat rotační představy. Většina těchto dalších experimentů nezahrnovala porovnávání dvou současně viditelných obrázků, čímž neponechávala žádný prostor pro vysvětlení očního pohybu, které navrhl Just & Carpenter. Například Cooper & Shepard (1973) předložil svým pokusným osobám písmeno abecedy otočené mimo jeho normální, vzpřímenou orientaci a opět je požádal, aby označili, zda je písmeno ve své normální podobě, nebo jeho zrcadlový obraz (obráceně) (viz obrázek 2). opět bylo zjištěno, že doba odpovědi se prodlužuje tím více, čím více je podnětné písmeno otočeno od vzpřímené polohy (i když z důvodů, které nás nemusí zdržovat, nebyl vztah tak čistě lineární jako v předchozím experimentu). Naznačené vysvětlení spočívá v tom, že pokusné osoby otáčejí svůj obraz nezobrazeného vzpřímeného písmene do jeho kanonické vzpřímené orientace, aby jej porovnaly se svou vzpomínkou na to, jak by písmeno normálně vypadalo.
Obr. 2
Podněty s otočeným písmenem, jaké používal Cooper & Shepard (1973).
Cooper (např, 1975, 1976) také provedl několik experimentů s mentálním otáčením složitých nepravidelných mnohoúhelníků, jako jsou ty na obrázku 3, a některé z těchto prací závisely na tom, že pokusným osobám bylo výslovně řečeno, aby vytvořily a otáčely mentální obrazy mnohoúhelníků (jejichž tvar si předtím zapamatovaly). Opět byla zjištěna lineární závislost reakční doby na úhlu, což naznačuje plynulé, pravidelné otáčení obrazu. Výhodou explicitních instrukcí pro vytváření představ, které byly v těchto experimentech použity, je, že vytvářejí zřetelnější vazbu mezi naměřenými výsledky a představami jako vědomým prožitkem pod dobrovolnou kontrolou. Na druhou stranu to otevírá velmi reálnou možnost, že výsledky mohou být vysvětleny jako výsledek „experimentální poptávky“ (v podstatě se pokusné osoby záměrně snaží produkovat výsledky, o kterých se domnívají, že je experimentátoři chtějí, bez ohledu na skutečné základní kognitivní procesy – viz Supplement: Problém charakteristik poptávky v obrazových experimentech). To je psychologům dobře známo jako velmi reálný problém v mnoha oblastech experimentálního psychologického výzkumu (Orne, 1962) a ukázalo se, že je to zvláště problematické v imaginativním výzkumu tohoto typu (Intons-Peterson, 1983). Když se však tyto Cooperovy experimenty vezmou dohromady s dalšími experimenty s rotací, které nepoužívaly explicitní instrukce pro imaginaci a poskytovaly jen malou oporu pro experimentální požadavky, které by mohly ovlivnit výsledky (např. experiment Shepard & Metzler, 1971; Shepard & Cooper, 1973) (a další experimenty, o kterých zde není řeč: viz Shepard & Cooper et al., 1982) přinášejí pádné argumenty pro reálnost a robustnost fenoménu mentální rotace.
Obrázek 3
Příklady nepravidelných polygonů, které Cooper (1975, 1976) použil v experimentech s mentální rotací.
Mentální rotační experimenty původního Shepardova & Metzlerova(1971) designu (nebo jeho variant) jsou mezi experimenty s představami téměř jedinečné v tom, že nezávisí ani na verbálních zprávách subjektů, ani na explicitních verbálních instrukcích k použití představ při provádění experimentální úlohy. Lze je tedy přizpůsobit pro použití se zvířecími subjekty, což zvyšuje možnost poskytnout přímé důkazy o výskytu představ u zvířat, která nejsou lidmi. Výsledky pokusů s ptáky (holuby) a různými druhy opic však byly přinejmenším smíšené a většinou neuspokojivé (Hollard & Delius, 1982; Rilling &Neiworth, 1987, 1991; Georgopoulos et al., 1989; Hopkinset al., 1993; Vauclair et al., 1993; Delius &Hollard, 1995; Köhler et al., 2005; Burmann etal., 2005; Nekovarova et al., 2013). Pozoruhodné je, že nejpravděpodobnější důkaz o tom, že jakákoli zvířata mohou používat mentální rotačnístrategii, a tedy pravděpodobně zažívat představy, pochází z práce s mořskými lvy (Mauck & Dehnhardt, 1997; Stich et al.,2003).
Na druhou stranu se zdá, že tento efekt nezávisí specifickyna vizuálních představách: byl prokázán u vrozeně slepých lidských subjektů (Marmor & Zaback, 1976; Carpenter &Eisenberg, 1978), u nichž se obecně předpokládá, že neprožívají vizuální mentální představy, a proto pravděpodobně rotují haptické nebo kinestetické obrazy. Mentální rotační schopnosti byly studovány také u kojenců(Örnkloo & von Hofsten, 2007), starších osob (Dror etal., 2005) a u lidí s neurologickými problémy (Courboiset al..), 2004; Hinnell & Virji-Babul, 2004) a byly zkoumány rozdíly v jeho výkonu související s věkem, pohlavím, a dokonce i sexuální orientací (např. Richardson, 1994;; Terlecki &Newcombe, 2005; Levin et al., 2005; Quaiser-Pohl etal,. 2006; Maylor et al., 2007; Joanisse etal., 2008). Dále byl koncept mentální rotace aplikován na praktické otázky od zlepšení chirurgickétechniky (Conrad et al., 2006) až po pochopení a léčbu dyslexie (Russeler et al.,
Stále se vedou spory o základních mechanismech mentální rotace (stejně jako představivosti obecně), které však byly v poslední době zkoumány několika neurovědeckými technikami, jako je měření pohybu očí (de’Sperati, 2003), přímý záznam z elektrod implantovaných do mozku (Georgopoulos et al.,1989) a další.), funkční magnetická rezonance (fMRI) (např. Cohenet al., 1996; Richter et al., 2000; Creem etal., 2001; Koshino et al., 2005; O’Boyle etal., 2005), EEG (Prime & Jolicoeur, 2010) a transkraniální magnetická stimulace (Ganis et al., 2000). Některé z těchto výzkumů byly zaměřeny spíše na „motorické představy“ (Jeannerod,1994) než na vizuální představy. Ve skutečnosti se předpokládá, že motorické procesy a motorické oblasti mozku mohou být zapojeny do mentálnírotace zcela obecně (Kosslyn, 1994; Wexler, Kosslyn &Berthoz, 1998; Wohlschläger, 2001; Tomasino et al.,2005; Amorim et al., 2006; Eisenegger et al., 2007;ale viz Flusberg & Boroditsky, 2011).
.