Frontiers in Psychology

はじめに

精神回転はアナログ精神変換の特殊例である（Shepard and Metzler, 1971）。 参加者は、同じ物体を異なる視点から描いた絵、あるいは物体とその鏡像を再び異なる視点から描いた絵の2枚を提示される。 参加者が同じ物体か逆の物体かを判断するのに必要な時間は、描かれた物体間の角度差に対応する。 角度差が大きいほど、反応時間は長くなる。 このため、角度視差と反応時間の間には直線的な関係があることが一般的である。 この現象の説明として、アナログ的な心的変換が行われることが受け入れられている。 参加者は、一方の物体の表現が他方の物体と一致するまで、最短経路を中心に回転させる。 これは、回転数が多いほど時間がかかるというものである。 したがって、幼児が物体とその鏡像を区別する能力を心的回転と解釈してもおかしくはない（例えば、Moore and Johnson, 2008; Quinn and Liben, 2008; Schwarzer et al, 2013）。 通常、乳幼児のメンタルローテーションパラダイムは同じ構造をしている（Mash et al:） 幼児は、前後に回転する幾何学的な物体に慣れる。 次に、同じ物体かその鏡像のどちらかを、新しい視点から再び回転させながら見るのです。 4055>

幼児が早期に能力を発揮するのは、幼児や幼稚園児の暗黒回転課題での成績とは対照的である。 一般に3歳児は標準的な心的回転課題で完全に失敗し，4歳児では心的回転の兆候を示すのは少数派であるが，5歳児は集団レベルで（つまり平均成績が偶然を上回って）確実に心的回転課題を解く（例えば，Estes，1998；概要はFrickら，2014；ただし，4歳児の心的回転はMarmor，1977を参照せよ）。 最近の研究では、Frickら(2013)は、参加者にパズルのピースが2つの穴のどちらにはまるかを判断させた。 穴は互いに鏡像であり、パズルのピースは異なる回転で提示された。 5歳児はこの課題を集団レベルで偶然以上に解くことができたが、4歳児はそうすることができなかった。

このように幼児の有能さと子どもの無能さの不一致は、珍しいことではない。 例えば、乳児は、これらがそうでなければ物理的に不可能な事象を説明する場合、隠されたオブジェクトを推論するが（Baillargeon, 2004）、3歳児や年長児でさえもそうできない（Krist et al.、2016）。 同様の不一致は、直観的な物理学だけでなく、社会的認知においても見られる（Bian and Baillargeon, 2017参照）。 幼児がすでに持っている能力を必要とする課題で、幼児や年長児の成績が非常に悪いというのは、ありえないように思えるかもしれません。 この現象の有力な説明は、かつての能力を再形成したり、アクセス不能にしたりする表象的再表現である（Carey, 2009を参照）。 さらに、これらの不一致は、しばしば異なる課題要求に起因するとされる（Keen, 2003; Aschersleben et al.など, 2013）。 このアプローチによれば、子どもたちは（理論的な観点から）重要な能力を欠いているために失敗するのではなく、課題の他の側面から生じる要求に圧倒されているのです。 幼児メンタルローテーション課題の課題要求については、推測するしかない。 被験者は、少なくともテスト段階の始めまで、慣れの間に示された物体の表現を必要とするようである。 さらに、対象のアナログ的な心的変換が行われる場合、それは示された回転によって外的にサポートされるかもしれない（タイミング応答的表現、Schwartz and Holton, 2000; Krüger and Krist, 2017を参照）

心的回転パラダイムの場合、タスク需要が決定的な役割を果たすかもしれないという経験則が存在する。 最近の研究では，3歳から6歳の子どもたちに，課題要求を減らした簡略化した心的回転課題を用いてテストを行った（Krüger et al.，2014）。 その結果、テストされた3歳児でさえ、この課題を解くことができることが判明した。 古典的な心的回転と同様に、2つの物体（1つは直立、もう1つは回転）が提示された。 しかし、鏡像があるわけでもなく、同じものなのか違うものなのかを判断する必要はありませんでした。 その代わりに、回転した物体を最短経路で回転させ、直立させることを求めた。 このとき、最短経路を決定するために手動回転の前に精神的な変換を行うことを想定し、手動回転を開始するまでに要した時間（RT）を測定した。 その結果、すべての年齢層の子どもたちが、グループレベルでこの課題を確実に解く（最短経路を求める）ことができた。 また、3歳児の約半数は、個人レベルでは偶然を上回った。 さらに、RTは提示物体間の角度視差に伴って直線的に上昇したことから、参加者はこの課題を解くためにアナログ的な精神変換を用いていると結論づけられた

もちろん、そのパラダイム（Krüger et al.、2014）では課題要求は低減されている。 参加者は、それらを比較するために2つのオブジェクトを同時に表現する必要性を免れました。 また、対象が同一であるかどうかの判断をする必要も、その判断を表明する必要もなかった。 この縮小課題では、アナログ的な心的変換によって最短経路が確立されれば、それ以上心的表現を維持する必要はない。 低年齢の子どもが古典的な心的回転課題を失敗する理由の1つは、高い課題要求であると言えるかもしれません（Frick et al.2014参照）

物体とその鏡像を区別する能力が、幼児が達成していると思われる技であることはさらに驚きです（例えば、Mash et al.） そこで、本研究では、3歳児でもこれを達成できるかどうかを検証することを目的としました。 4055＞＜9558＞3歳児のテストは、オリジナルのmental rotation test (Shepard and Metzler, 1971)にできるだけ近くデザインされたものである。 譲歩点は2つだけであった。 (1)準3次元刺激の代わりに2次元刺激を用いた（Marmor, 1975以降、子どもの精神回転のテストではこれが一般的である）。 (2)2つの刺激の代わりに3つの刺激を提示した：中央の大きな絵1枚と小さな比較の絵2枚。 参加者は、小さい絵のうちどれが中央の絵と一致するかを決定しなければならない。 このような構成は、以前にも大人（例：Wohlschläger and Wohlschläger, 1998）や子ども（例：Krüger and Krist, 2009）を対象とした試験で用いられている。

課題の要求は、年長の子どもを対象とした他の研究と全く同じであった。 今回の研究の新しい点は、課題を単純化して直接的に課題要求を減らすのではなく、訓練によって基底過程の自動化を進めることで間接的に課題要求を減らすことである(Paas et al., 2004参照)。 幼児のメンタルローテーションをテストするために、事前に大規模な訓練が行われた-課題そのものの練習、あるいは手探りなどで刺激材料に参加者が慣れることで、訓練が行われた。 (例えば、Frick et al.、2013）。 本研究では、効果的なトレーニングは自動化を可能にする必要があり、そのためにはコンソリデーションのための時間が必要であると仮定した(e.g., Wilhelm et al., 2012)。 そのため、異なる日に複数のトレーニングセッションを実施した（Marmor, 1975, 1977も参照）。 さらに、トレーニングセッションでは、タッチスクリーンを用いて中心刺激を手動で回転させる機会を与えた（Krüger et al.も参照のこと）。 2014）、明示的なイメージ指導が行われた。

Materials and Methods

Participants

この研究のために合計60名の3歳児が募集されたが、3回のセッションすべてに参加したのは42名のみである（18名は幼稚園に頻繁に現れず、3回すべてのセッションに参加しなかったため除外された）。 1人の子どもは、最後のセッションが行われた時点で3歳以上であったため、最終的なデータ分析から除外された。 2人の子どもは、最初のセッションが行われたときに3歳未満であったため、データ分析から除外された。 残りの41名（初回セッション時の年齢：M=40ヶ月、SD=3、最小値=35、最大値=45）のうち、15名が男の子、26名が女の子であった。

すべての子どもは幼稚園の別室で同じ女性実験者によってテストされた。 全ての幼稚園はドイツのベルリンにあった。 すべての保護者は研究の目的と手順について説明を受けた。 彼らは説明を求める機会があった。 子どもたちは保護者の同意を得て参加したが、同意後でも子どもたち自身の意思でいつでも協力を打ち切ることができた。 参加した子どもには、お菓子や塗り絵などのご褒美を与えた。 本研究は、倫理委員会の承認を必要としない。 本研究はドイツ心理学会の倫理指針に従って実施された。

材料

テスト刺激は、手描きの12枚の2次元生物・無生物の絵（付録A）とその鏡像からなり、その後デジタル化したものである。 絵は、参加者が絵と対応する鏡像を区別できるように、非対称にした。 すべての絵とその鏡像はベースライン（0°）から45°、90°、135°、165°、195°、225°、270°、315°回転させた。 4055>

すべての刺激は、Clevo社のタッチスクリーン付きノートパソコンeTouch TN12T（12′′, 1280 pixels × 800 pixels）上に提示された。

手順

参加者は常に中央に絵、下に2枚の小さな比較の絵が提示された（図1）。 子供たちの課題は、中央の絵に対応する小さな絵に触れることであった（どの絵に触れたか、その瞬間はソフトウェアが自動的に記録する）。 正しい絵に触れると画面上にスマイリーが現れ、楽しい曲が流れ、間違った絵に触れるとしかめっ面が現れ、不快な曲が流れる。 すべての試行は、実験者がボタンを押すことによって開始された。 実験者は、子どもがモニターの前のマットの上に手を置くことを確認し、子どもがモニターを見るまで待ってから、各試行を開始した。 RTは刺激開始時（すなわち、図1に見られるような刺激構成が現れた時）から測定された。 スクリーンに提示された刺激構成の例（ここでは195°の蜂）

通常、子どもたちは毎週セッションに参加し、セッション間には7〜8日の休みがあった

詳細は以下に述べるように3セッション（2トレーニングセッションと1最終テストセッション）で異なる。

第1セッション

第1セッションは49試行に及ぶトレーニングセッションとした。 中央の絵には “ハンドル “がついており、回転できるようになっていた。 最初の試行は常に魚で、中央の絵は約135度回転していた。 実験者は、タッチスクリーン上でハンドルをドラッグすることにより、中央の絵を手動で回転させることを実演した。 そして、中央の魚を0°の位置に回転させた。 この直立姿勢では、比較の絵のどれが中央の絵に対応しているかがわかりやすいと、参加者に伝えた。 その後、彼女は2つの比較の絵を調べ、一致する絵に触れた。 このデモンストレーションの後、48回の試行（3×8回転×2ラテラリティ）が無作為の順序で行われた。 しかし、実験者は子どもたちの質問にすべて答え、必要であれば指示を繰り返した。 しかし、実験者は子どもたちの質問に答え、必要に応じて指示を繰り返した。子どもたちが中央の絵の回転を使わなくなったとき、実験者は子どもたちの選択についてコメントせず、手動回転の使用を強制することもなかった。 第1セッションと同様に、中央の絵にはハンドルが取り付けられ、回転させることができた。 最初の4試行はあらかじめ決められていた（ニワトリ45度、ニワトリ225度、ハチ165度、ハチ315度）。 その後、64回の試行（4×8回転×2ラテラリティ）が無作為の順序で行われた。 このときも、子どもたちは学習したとおりに課題を解くように指示された。 最初の4試行の後、子どもたちは中央の絵を手動で回転させずに、回転させることを想像することだけを指示された（イメージの指示）。 ただし、ハンドルの使用は許可された。 最初のセッションと同様に、実験者はすべての質問に答え、必要であれば指示を繰り返した。 4055>

第3セッション

第3セッションは64試行（4×8回転×2横方向）で構成され、無作為の順序で呈示された。 対象はいずれも以前のセッションで提示されていないものであった。 また、ハンドルはなく、中央の絵は回転させることができない。 試行開始前に、子どもたちは手動で回転させることなく課題を解かなければならないことを告げられた。 4055>

Results

本研究の焦点は、子どもたちがこの精神的回転課題を解くことができるかどうかということであった。 これは3回目のセッションでテストされた。 4055>

Accuracy

グループレベルでは、子どものパフォーマンスは偶然よりも優れており（M = 38.22 hits, SD = 5.45, min = 26, max = 49, hit rate = 59.7 %）、t（40） = 7.31, p < 0.001, dz = 1.16（Lakens, 2013参照）で、参加者が単なる推測ではないことがわかった（図2）。 さらに、個人レベルで二項分布にしたがって偶然性を上回った個体数（p < 0.05）を数えた。 この基準に達したのは16人であった。 これらの結果は、3歳児は古典的な心的回転課題を解くことができることを示している。

男子（M=38.0ヒット、SD=5.24、ヒット率=59.4%）と女子（M=38.35ヒット、SD=5.66、ヒット率=59.9%）のパフォーマンスの差は検出できなかった、p > 0.20。 また、角度視差、F < 1（表1）、4種類のテスト刺激による性能差は認められなかった、p > 0.20.

Reaction Times

分析には、正解した試行のRTのみを考慮し、群平均より1SDより小さいか2SDより大きいRTは除外し（補足付録B）、最短回転経路で同じ角度視差を持つRTはプール（例: e…, 90°と270°をプールし（Shepard and Metzler, 1971参照）、4種類の回転角度を得た。 平均RTはM=4196ms, SD=1543 (Supplementary Appendix C).

4（角度：45°, 90°, 135°, 165°）×2（性別）ANOVAが算出された。 角度の効果はなく、F < 1、傾向も線形かそれ以外か、Fs < 1であり、記述的に見ても、角度が高いほどRTが長くなるということはなかった。 この解析は、個人単位で偶然性を上回った16名の児童について繰り返したが、同じ結果であった。 各試行で回転方向が記録された。 さらに、期待される線形傾向を抑制する可能性のある、子どもの好む回転方向があるかどうかを調べるために、追加的な分析を行なった。 そこで、時計回りの回転を+1、反時計回りの回転を-1、回転なしを0とカウントした。 第1回目のセッションでは、これによって-48から+48までの方向性スコアが得られた。 マイナス点が大きいと反時計回り、大きいと時計回りの回転の傾向があることを示す。 しかし、M = 2.68, SD = 13.81, min = -29, max = 42, p > 0.20.

それでも、比較的大きな標準偏差と特徴的な最大値と最小値から、方向性を好む個人がいる可能性があると考えられた。 このような人は、この好みを第2セッション、第3セッションに持ち越したのかもしれない。 そこで、方向性スコアが最も高い3人と最も低い3人を除外し、4（角度：45°、90°、135°、165°）×2（性）ANOVAを計算した。 前回同様、有意な結果は得られず、すべてのFsは< 1となり、線形傾向の可能性は、回転方向の好みを持つ単一の個人によるものではないことが示された。 また、個人レベルでも偶然より良い成績を修めた3歳児が多数いた。 4055＞＜9558＞幼児の研究と比較すると、これらの結果は驚くべきものではない。 幼児が物体とその鏡像を区別することを認めれば、3歳児もそうできると期待するのは妥当であろう。 しかし、幼児の能力は現在の馴化パラダイムでは定量化が困難であり、古典的な心的回転課題における3歳児の能力と直接比較することは不可能である。 現在の馴化パラダイムの性能は、視線時間を比較することによってのみ、グループレベルで評価することができる（Mash et al.） このため、偶然性を超える個々のパフォーマーを確実に特定したり、正しく解かれた試行回数を定量化したりすることはできない。 しかし、私たちがテストした子どもたちよりも年長の子どもたちのヒット率は存在する。 例えば、Frickら（2013）のパズル型メンタルローテーションパラダイムでは、4歳児はヒット率53.8％でチャンス以下、5歳児はヒット率67.5％で確実にチャンスレベル以上であり、今回テストした3歳児はこれらの年齢グループの間に位置し59.7％となりました

これは、我々の今回の結果を最近の研究（Frickら、2014参照）と対立させていますが、以前の研究を詳しく見てみるとより適合すると思われます。 子どものメンタルローテーション研究を開拓したMarmor（1975, 1977）は、4日間にわたって参加者を訓練し、4歳児が確かにメンタルローテーション課題を解決できることを発見しました。 このことは、低年齢児の暗転課題失敗が課題要求によるものであり、この状況は長期間の訓練で改善できることを示している（Keen, 2003参照）2。あるいは逆に、最近の子どもの暗転研究は性急すぎる可能性がある（例えば、我々の他の子どもの暗転研究では、一人当たり20～30分を予定している）。 4055＞＜9558＞それにしても、今回の研究では、角度視差とRTの間に線形関係が見られなかったことは特筆すべきことである。 これは，成績の良い参加者だけを見た場合や，最短経路を選ばずにほとんど同じ方向に回転した参加者がいた可能性を考慮しても同様であった。 これは、使用した心的回転パラダイム（中央の絵と比較の絵）に起因するとは考えにくい。このパラダイムは、以前にも大人や年長児に用いられ、常に線形傾向を示した（例えば、Wohlschläger and Wohlschläger, 1998; Krüger and Krist, 2009）からである。 能力の限界で行うこと（Frick et al., 2014参照）が、3歳児の心的回転過程の細かな部分をぼやかしている可能性もあるかもしれない。 また、年長児を対象とした先行研究は異質である。 Frickら(2013)は4歳児のRTと角度視差の間に線形関係を見出せなかったが、Marmor(1977)は見出した。 乳児については、現在の馴化パラダイムでは、乳児が「返答」する明確な時点がないため、RTの有意義な測定はできない（Mash et al.2008参照）

もちろん、このような線形傾向は、我々の参加者がどのように課題を解決したか、すなわちアナログのメンタル変換によって（シェパードおよびメッツラー、1971）立証するため、非常に有益となるであろう。 しかし、このような関係がないことは、3歳児で観察されたことが、年長児や成人における心的回転と同じであるという仮定に疑問を投げかけるものである。 したがって、3歳児がどのように課題を解決したかを示す明確な指標は欠落している。 この問題は、幼児にも当てはまる。 とはいえ、「はじめに」で述べたように、別の研究からは、3歳児が別の簡略化した心的回転課題を解く際にアナログ心的変換を用いるという証拠がある（Krüger et al.、2014）。 そして、大人が幼児の心的回転課題を幼児とかなり似た方法で処理していることが示唆されている。 Heilら（2018）は、成人サンプルにおいて、適応された幼児課題（Moore and Johnson, 2008）の成績と、メンタルローテーションテスト（Petersら, 1995）の成績との間に高い相関を見いだしました。 したがって、本課題や幼児課題においても、参加者がアナログ的な心的変換を用いたことが考えられると思われる。

Conclusion

特に、角度視差とRTの間の線形接続の適合が欠けていることが、本調査結果の解釈を曖昧なものにしている。

一方では、レフ・ヴィゴツキーに倣って、十分なコーチングと忍耐があれば、一見しただけではわからない子どもの能力を明らかにすることが可能であると主張することができます。 今回観察された現象は、まさに3歳児におけるアナログ的な心的変換に基づく心的回転である。 また、簡略化された心的回転課題において、物体とその鏡像を区別する幼児の能力も同様かもしれない。 したがって、アナログ的な精神変換を用いる能力は幼少期から備わっており、一見回転しているように見える幼児と明確に回転している5歳児の間にはギャップはない。 4055＞＜9558＞一方、より厳密な解釈、つまりピアジェのアプローチに匹敵する解釈も可能である。 つまり、3歳児が古典的な心的回転課題を解くことができるのは、その方法が明らかにされた後であり、その場合でも、アナログ的な心的変換が関与しているという直接的な証拠はなかったのである。 したがって、3歳児がどのようにして、間違っているよりも正しいことの方が多いという結果を得たのかは、まだ不明である。 慣れの研究からは、アナログ的な精神変換はおろか、精神的回転の概念的な理解についても証拠が得られない。 また、ある対象を別の対象よりも長く見たり、完璧とは言えないまでも偶然よりはうまくタスクをこなしたりすることを、能力とみなすことには疑問がある。 もちろん、このような解釈は、子どもの認知を過小評価する危険性がある。

Author Contributions

著者は、この作品の唯一の貢献者であることを確認し、出版を承認した。

Funding

この研究はドイツ研究振興協会（DFG）からKR 4504/2-1 研究助成金を得た。

利益相反声明

著者は、潜在的な利益相反と解釈される商業的または金銭的関係がない状態で研究を行ったことを宣言する。

謝辞

刺激作成とデータ収集に協力いただいたクリスティーナ・セイガーに感謝する。

補足資料

本論文に対する補足資料がオンラインで閲覧可能である。 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2018.01796/full#supplementary-material

脚注

1. ^メンタルローテーションの研究では、被験者はできるだけ早く、正しく答えるよう求められることがあります。 今回はそのようなことはなかった。 信号検出理論によれば、これはパラドックス的な要求のようである。 大人の参加者は通常、この要求を両方の最適化の間の均衡を見つけるように解釈しますが、幼い子供たちが必要な比較対象を理解しているかどうかは疑わしいと思われます。 しかし、このことは結果、特にRTに影響を与えるかもしれない。 しかし、同じ年齢層で、そのような指示のない簡略化された精神回転課題では、RTは精神回転の典型的なものだった（Krügerら、2014, Exp. 1）
2. ^ただし、子どものパフォーマンスは、必ずしも課題要求によるものではないことに注意する必要がある。 訓練によって、子どもたちが課題要求の内容を理解することができたということも考えられる（Marmor, 1975参照）。 両方のアプローチの組み合わせも考えられる。

Appendix A

.