Subitieren bzw. Subitizing ist die schnelle, genaue und sichere Beurteilung von Zahlen, die für eine kleine Anzahl von Elementen durchgeführt werden, wobei sich der Begriff vom lateinischen Adjektiv subitus (plötzlich) ableitet und vermittelt das Gefühl, sofort zu wissen, wie viele Gegenstände sich in der visuellen Szene befinden, wenn die Anzahl der vorhandenen Gegenstände sinkt im Subitisierungsbereich. Sätze, die größer als etwa vier Elemente sind, können nicht subitiert werden, es sei denn, die Elemente erscheinen in einem Muster, mit dem die Person vertraut ist, etwa die sechs Punkte auf einer Seite eines Würfels. Große, vertraute Mengen könnten einzeln gezählt werden oder die Person könnte die Zahl durch eine schnelle Berechnung berechnen, wenn sie die Elemente gedanklich in ein paar kleine Mengen gruppieren kann. Eine Mensch könnte dabei auch die Anzahl einer großen Menge schätzen, eine Fähigkeit, die dem Subitisieren ähnlich ist, sich aber davon unterscheidet. Die Genauigkeit, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit, mit der Beobachter die Anzahl von Elemente beurteilen, hängst also entscheidend von der Anzahl der aufzuzählenden Elemente ab. Eine Studie zeigte, dass Subitisieren und Zählen nicht auf die visuelle Wahrnehmung beschränkt sind, sondern sich auch auf die taktile Wahrnehmung erstrecken, wenn der Beobachter die Anzahl der stimulierten Fingerkuppen benennen musste. Eine weitere Studie zeigte auch das Subitisieren und Zählen in der auditiven Wahrnehmung. Der subitisierende Effekt wurde auch bei der taktilen Wahrnehmung bei angeborenen Blinden erzielt, so dass man davon ausgehen kann, dass Subitizing ein allgemeiner Wahrnehmungsmechanismus ist, der sich auf die auditive und taktile Verarbeitung erstreckt.
Die Frage, ob kleine Zahlen durch ein spezielles Subitialisierungssystem repräsentiert werden, das sich von einem Schätzsystem für große Zahlen unterscheidet, wird seit über einem Jahrhundert diskutiert. Ein Subitialisierungssystem ist dabei ein kognitives System, das die Verarbeitung von Informationen in kleinere, leichter zu verarbeitende Einheiten unterteilt, was durch verschiedene Methoden erreicht werden kann, etwa durch die Verwendung von Chunking, das Gruppieren von Informationen in sinnvolle Einheiten, oder durch die Verwendung von Metaphern oder Analogien, die die Informationen vereinfachen. In der Psychologie wird Subitialisierung verwendet, um den Eindruck zu erwecken, dass Informationen sofort verarbeitet werden, was durch die Verwendung von kurzen, einfachen Stimuli oder durch die Verwendung von redundanten Informationen erreicht werden kann.
Kutter et al. (2023) konnten nun zeigen, dass der Repräsentation von kleinen und großen Zahlen zwei getrennte neuronale Mechanismen zugrunde liegen, indem man Ableitungen einzelner Neuronen im medialen Temporallappen von neurochirurgischen Patienten durchgeführt hat, die Zahlen beurteilten, indem sie die Anzahl der Punkte auf einem Bildschirm schätzten, die eine halbe Sekunde präsentiert wurden. Man fand dabei eine Grenze in der neuronalen Kodierung um die Zahl 4, die mit dem Verhaltensübergang vom Subitieren zum Schätzen korreliert. Im Bereich des Subitierens zeigten die Neuronen eine überlegene Abstimmungsselektivität, begleitet von Suppressionseffekten, die auf eine Surround-Inhibition als selektivitätssteigernden Mechanismus schließen lassen. Im Gegensatz dazu nahm die Abstimmungsselektivität mit steigenden Zahlen jenseits von 4 ab, was ein verhältnisabhängiges Zahlenschätzungssystem charakterisiert. Offenbar gibt es im Gehirn Nervenzellen, die für bestimmte Anzahlen zuständig sind. Diese beiden Systeme und die sie trennende Kodierungsgrenze wurden auch mit Hilfe von Dekodierungs- und Clustering-Analysen ermittelt, wobei das identifizierte System zur Subitisierung kleiner Zahlen mit der Aufmerksamkeit und dem Arbeitsgedächtnis verbunden sein könnte, die vergleichbare Kapazitätsbeschränkungen aufweisen. Langfristig könnten diese Erkenntnisse zu einem besseren Verständnis der Dyskalkulie beitragen, einer Entwicklungsstörung, die durch mangelndes Zahlenverständnis gekennzeichnet ist.
In der Informatik wird Subitialisierung übrigens verwendet, um die Leistung von Systemen zu verbessern, wobei dies durch die Verwendung von parallelen Verarbeitungseinheiten oder durch die Verwendung von Caches erreicht werden kann, die häufig verwendete Daten zwischenspeichern. Klassische Beispiele für Subitialisierungssysteme sind:
- Chunking: Die Zusammenfassung von Informationen in sinnvolle Einheiten. Beispielsweise kann man eine Telefonnummer in drei Chunks unterteilen: (01) 234 5678.
- Metaphern: Die Verwendung von Analogien oder Vergleichen, um Informationen zu vereinfachen. Beispielsweise kann man die Funktionsweise eines Computers mit der Funktionsweise eines Gehirns vergleichen.
- Redundanz: Die Wiederholung von Informationen, um die Chance zu erhöhen, dass sie verstanden werden. Beispielsweise kann man eine Anweisung in mehreren Schritten wiederholen.
- Parallele Verarbeitung: Die Verwendung mehrerer Verarbeitungseinheiten zur gleichzeitigen Verarbeitung von Informationen. Beispielsweise kann ein Computer mehrere Prozessoren verwenden, um eine Aufgabe zu erledigen.
- Caches: Die Zwischenspeicherung häufig verwendeter Daten, um den Zugriff darauf zu beschleunigen. Beispielsweise kann ein Computer einen Cache für häufig verwendete Dateien verwenden.
Subitialisierungssysteme werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, etwa in der Bildung, der Produktentwicklung und der Softwareentwicklung, wobei im Kontext der künstlichen Intelligenz Subitialisierung verwendet wird, um die Verarbeitung komplexer Informationen durch KI-Systeme zu vereinfachen, sodass KI-Systeme schneller lernen und effektiver arbeiten können.
Literatur
Kutter, Esther, F., Dehnen, Gert, Borger, Valeri, Surges, Rainer, Mormann, Florian & Nieder, Andreas (2023). Distinct neuronal representation of small and large numbers in the human medial temporal lobe. Nature Human Behaviour, doi:10.1038/s41562-023-01709-3.
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