American Scientist, September-October 1974

Нельзя полагать, что исследование Толмэна непосредственно повлияло на современную когнитивную психологию, но его положения о когнитивных картах у животных предвосхитили современный интерес к тому, как пред­ставлены знания в когнитивных структурах.

Начиная с конца 50-х интересы ученых снова сосредоточились на внима­нии, памяти, распознавании образов, образах, семантической.организа­ции, языковых процессах, мышлении и других "когнитивных" темах, од­нажды сочтенных под давлением бихевиоризма неинтересными для экспе­риментальной психологии. По мере того как психологи все более повора­чивались лицом к когнитивной психологии, организовывались новые жур­налы и научные группы, и когнитивная психология еще более упрочивала свои позиции, становилось ясно, что эта отрасль психологии сильно отли­чается от той, что была в моде в 30-х и. 40-х годах. Среди важнейших факторов, обусловивших эту неокогнитивную революцию, были такие:

Введе

"Неудача" бихевиоризма. Бихевиоризму, который вообще изучал внешние реакции на стимулы, не удалось объяснить разнообразие челове­ческого поведения.. Стало, таким образом, очевидным, что внутренние мыс­ленные процессы, косвенно связанные с непосредственными стимулами, влияют на поведение. Некоторые полагали, что эти внутренние процессы можно определить и включить их в общую теорию когнитивной психоло­гии.

Возникновение теории связи. Теория связи спровоцировала про­ведение экспериментов по обнаружению сигналов, вниманию, кибернети-~ ке и теории информации — т.е. в областях, существенных для когнитив­ной психологии.

Современная лингвистика. В круг вопросов, связанных с познани­ем, были включены новые подходы к языку и грамматическим структу­рам.

Изучение памяти. Исследования по вербальному научению и се­мантической организации создали крепкую основу для теорий памяти, что привело к развитию моделей систем памяти и появлению проверяемых моделей других когнитивных процессов.

Компьютерная наука и другие технологические достижения. Компьютерная наука и особенно один из ее разделов — искусственный интеллект (ИИ) — заставили пересмотреть основные постулаты, касаю­щиеся обработки и хранения информации в памяти, а также научения языку. Новые устройства для экспериментов значительно расширили воз­можности исследователей.

От ранних концепций репрезентации знаний и до новейших исследова­ний считалось, что знания в значительной степени опираются на сенсор­ные входные сигналы. Эта тема дошла к нам еще от греческих философов и через ученых эпохи ренессанса — к современным когнитивным психо­логам. Но идентичны ли внутренние репрезентации мира его физическим свойствам? Все больше свидетельств того, что многие внутренние репре­зентации реальности — это не то же самое, что сама внешняя реаль­ность — т.е. они не изоморфны. Работа Толмэна с лабораторными живот­ными заставляет предположить, что информация, полученная от органов чувств, хранится в виде абстрактных репрезентаций.

Несколько более аналитичный подход к теме когнитивных карт и внут­ренних репрезентаций избрали Норман и Румельхарт (1975). В одном из экспериментов они попросили жителей общежития при колледже нарисо­вать план своего жилья сверху. Как и ожидалось, студенты смогли иден­тифицировать рельефные черты архитектурных деталей — расположение комнат, основных удобств и приспособлений. Но были также упущения и просто ошибки. Многие изобразили балкон вровень с наружной стороной здания, хотя на самом деле он выступал из нее. Из ошибок, обнаружен­ных в схеме здания, мы можем многое узнать о внутреннем представлении информации у человека. Норман и Румельхарт пришли к такому выводу:

"Репрезентация информации в памяти не является точным воспроизведением реальной жизни; на самом деле это соче­тание информации, умозаключений и реконструкций на ос­нове знаний о зданиях и мире вообще. Важно отметить, что когда студентам указывали на ошибку, они все очень удив­лялись тому, что сами нарисовали."

На этих примерах мы познакомились с важным принципом когнитив­ной психологии. Наиболее очевидно то, что наши представления о мире не обязательно идентичны его действительной сущности. Конечно, репре­зентация информации связана с теми стимулами, которые получает наш сенсорный аппарат, но она также подвергается значительным изменени­ям. Эти изменения, или модификации, очевидно связаны с нашим про­шлым опытом⁶, результатом которого явилась богатая и сложная сеть на­ших знаний. Таким образом, поступающая информация абстрагируется (и до некоторой степени искажается) и хранится затем в системе памяти человека. Такой взгляд отнюдь не отрицает, что некоторые сенсорные события непосредственно аналогичны своим внутренним репрезентациям, но предполагает, что сенсорные стимулы могут при хранении подвергать­ся (и часто это так и есть) абстрагированию и модификации, являющихся функцией богатого и сложно переплетенного знания, структурированного ранее. С этой темой мы будем встречаться далее в этой главе и на протя­жении всей книги.

Проблема того, как знания представлены в уме человека, относится к наиболее важным в когнитивной психологии. В этом разделе мы обсужда­ем некоторые вопросы, непосредственно связанные с ней. Из множества уже приведенных примеров и еще большего их количества, ожидающего нас впереди, ясно следует, что наша внутренняя репрезентация реальнос­ти имеет некоторое сходство с реальностью внешней, но когда мы абстра­гируем и преобразуем информацию, мы делаем это в свете нашего пред­шествующего опыта.

Концептуальные науки⁷ и когнитивная психолог

В этой книге часто будут употребляться два понятия — о когнитивной модели и о концептуальной науке. Они связаны между собой, но различа­ются в том смысле, что "концептуальная наука" - это очень общее поня­тие, тогда как термин "когнитивная модель" обозначает отдельный класс концептуальной науки. При наблюдении за объектами и событиями — как

⁶Ряд теоретиков придерживаются мнения, что некоторые структуры — на­пример, языковые — являются универсальными и врожденными.

⁷У Солсо концептуальная наука — это наука, предметом которой являются понятия и теоретические построения, а не физическая природа, как в есте­ственных науках. Понятие концептуальной науки уже, чем понятие гумани­тарной науки, к которой относятся психология, философия, социология, исто­рия и т.д. Ближе всего концептуальная наука соответствует нашему термину "методология науки", науковедение.—Прим. Ред.

Beedt

в эксперименте, где те и другие контролируются, так и в естественных условиях — ученые разрабатывают различные понятия с целью:

• организовать наблюдения;

• придать этим наблюдениям смысл;

• связать между собой отдельные моменты, вытекающие из этих наблюдений;

• развивать гипотезы;

• предсказывать события, которые еще не наблюдались;

• поддерживать связь с другими учеными.

Когнитивные модели — это особая разновидность научных концепций, и они имеют те же задачи. Определяются они обычно по-разному, но мы определим когнитивную модель как метафору, основанную на наблюде­ниях и выводах, сделанных из этих наблюдений, и описывающих, как обнаруживается, хранится и используется информация*.

Ученый может подобрать удобную метафору, чтобы возможно элеган­тнее выстроить свои понятия. Но другой исследователь может доказать, что данная модель неверна и потребовать пересмотреть ее или вообще от нее отказаться. Иногда модель может оказаться настолько полезной в ка­честве рабочей схемы, что даже будучи несовершенной она находит свою поддержку. Например, хотя в когнитивной психологии постулируются два вышеописанных вида памяти — кратковременная и долговременная — есть некоторые свидетельства (Раздел II), что такая дихотомия неверно представляет реальную систему памяти. Тем не менее, эта метафора весь­ма полезна при анализе когнитивных процессов. Когда какая-нибудь мо­дель теряет Свою актуальность в качестве аналитического или описатель­ного средства, от нее просто отказываются. В следующем разделе мы рас­смотрим и концептуальную науку, и когнитивные модели более основа­тельно.

Возникновение новых понятий в процессе наблюдений или проведения экспериментов — это один из показателей развития науки. Ученый не изменяет природу — ну разве что в ограниченном смысле,— но наблюде­ние за природой изменяет представления ученого о ней. А наши пред­ставления о природе, в свою очередь, направляют наши наблюдения! Ког­нитивные модели, так же как и другие модели концептуальной науки, есть следствие наблюдений, но в определенной степени они же — определя­ющий фактор наблюдений. Этот вопрос связан с уже упоминавшейся проблемой: в каком виде наблюдатель репрезентирует знания. Как мы убедились, есть много случаев, когда информация во внутренней репре­зентации не соответствует точно внешней реальности. Наши внутренние репрезентации перцептов могут искажать реальность. "Научный метод" и

⁸Некоторые философы утверждают, что концептуальная наука и когнитивные модели предсказуемы на том основании, что природа структурирована и роль ученого состоит именно в том, чтобы обнаружить "самую глубокую" структу­ру. Я бы не подписался под таким утверждением. Природа — включая позна­вательную природу человека — объективно существует. Концептуальная на­ука строится человеком и для человека. Построенные учеными понятия и модели — суть метафоры, отражающие "реальную" природу вселенной и яв­ляющиеся исключительно человеческими творениями. Они есть продукт мыс­ли, который может отражать реальность.

точные инструменты.— это один из способов подвергнуть внешнюю ре­альность более точному рассмотрению. На самом деле не прекращаются попытки представить наблюдаемое в природе в виде таких когнитивных построений, которые были бы точными репрезентациями природы и одно­временно совместимы со здравым смыслом и пониманием наблюдателя, В этой книге описывается множество концепций — от зрительного воспри­ятия до строения памяти и семантической памяти — и все они основыва­ются на этой логике.

Логику концептуальной науки можно проиллюстрировать на примере развития естественных наук. Общепризнано, что материя состоит из эле­ментов, существующих независимо от непосредственного их наблюдения человеком. Однако, то, как эти элементы классифицируются, оказывает огромное влияние на то, как ученые воспринимают физический мир. В одной из классификаций "элементы" мира разделены на категории "зем­ля", "воздух", "огонь" и "вода". Когда эта архаичная алхимическая систе­матика уступила дорогу более критическому взгляду, были "обнаружены" такие элементы, как кислород, углерод, водород, натрий и золото, и тогда стало возможным изучать свойства элементов при их соединении друг с другом. Были открыты сотни различных законов, касающихся свойств со­единений из этих элементов. Так как элементы очевидно вступали в со­единения упорядоченно, возникла идея, что элементы можно было бы рас­положить по определенной схеме, которая придала бы смысл разрознен­ным законам атомарной химии. Русский ученый Дмитрий Менделеев: зял набор карточек и написал на них названия и атомные веса всех известных тогда элементов — по одному на каждой. Располагая эти карточки так и сяк снова и снова, он наконец получил осмысленную схему, известную сегодня как периодическая таблица элементов.

То, что он сделал — это подходящий пример того, как естественная, природная информация структурируется мыслью человека, так что она одновременно точно изображает природу и поддается пониманию. Важно, однако, помнить, что периодическое расположение элементов имело мно­го интерпретаций. Интерпретация Менделеева была не единственной из возможных; возможно, она не была даже лучшей; в ней даже могло не быть естественного расположения элементов, но предложенный Менде­леевым вариант помог понять часть физического мира и был очевидно совместим с "реальной" природой.

Концептуальная когнитивная психология имеет много общего с зада­чей, которую решал Менделеев. "Сырому" наблюдению за тем, как приоб­ретаются, хранятся и используются знания, не хватает формальной струк­туры. Когнитивные науки, так же как и естественные, нуждаются в схе­мах, которые были бы интеллектуально совместимы и научно достоверны одновременно.

Как мы уже говорили, концептуальные науки, включая когнитивную пси­хологию, имеют метафорический характер. Модели явлений природы, в частности, когнитивные модели,— это служебные абстрактные идеи, по­лученные из умозаключений, основанных на наблюдениях. Строение эле­ментов может быть представлено в виде периодической таблицы, как это сделал Менделеев, но важно не забывать, что эта классификационная схе­ма является метафорой. И утверждение, что концептуальная наука явля-

КОГНИТИВНЫ*

Модели

Введен,

ется метафорической, нисколько не уменьшает ее полезность. Действи­тельно, одна из задач построения моделей — это лучше постичь наблюда­емое. А концептуальная наука нужна для другого: она задает исследовате­лю некую схему, в рамках которой можно испытывать конкретные гипоте­зы и которая позволяет ему предсказывать события на основе этой моде­ли. Периодическая таблица очень изящно удовлетворяла обеим этим зада­чам/Исходя из расположения элементов в ней, ученые могли точно пред­сказывать химические законы соединения и замещения, вместо того, что­бы проводить бесконечные и беспорядочные эксперименты с химическими реакциями. Более того, стало возможным предсказывать еще не открытые элементы и их свойства при полном отсутствии физических доказательств их существования. И если вы занимаетесь когнитивными моделями, не забывайте аналогию с моделью Менделеева, поскольку когнитивные моде­ли, как и модели в естественных науках, основаны на логике умозаключе­ний и полезны для понимания когнитивной психологии.

Короче говоря, модели основываются на выводах, сделанных из наблю­дений. Их задача — обеспечить умопостигаемую репрезентацию характе­ра наблюдаемого и помочь сделать предсказания при развитии гипотез. Теперь рассмотрим несколько моделей, используемых в когнитивной пси­хологии.

Начнем обсуждение когнитивных моделей с довольно грубой версии, де­лившей все когнитивные процессы на три части: обнаружение стимулов, хра­нение и преобразование стимулов и выработку ответных реакций:

Обнаружение_ стимулов

Хранение

- преобразованных

стимулов

Выработка

ответных

реакций

Эта суховатая модель, близкая упоминавшейся ранее S—R модели, часто использовалась в том или ином виде в прежних представлениях о психи­ческих процессах. И хотя она отражает основные этапы развития когни­тивной психологии, но в ней так мало подробностей, что она едва ли способна обогатить наше "понимание" когнитивных процессов. Она также неспособна породить какие-либо новые гипотезы или предсказывать пове­дение. Эта примитивная модель аналогична древним представлениям о вселенной как состоящей из земли, воды, огня и воздуха. Подобная систе­ма действительно представляет один из возможных взглядов на когнитив­ные явления, но она неверно передает их сложность.

Одна из первых и наиболее часто упоминаемых когнитивных моделей касается памяти. В 1890 году Джеймс расширил понятие памяти, разде­лив ее на "первичную" и "вторичную" память. Он предполагал, что пер­вичная память имеет дело с происшедшими событиями, а вторичная па­мять — с постоянными, "неразрушимыми" следами опыта. Эта модель выглядела так:

Стимул

шя

I

Вторичная память

Забытое

Позднее, в 1965 году Во и Норман предложили новую версию этой же модели и оказалось, что она во многом приемлема. Она понятна, она мо­жет служить источником гипотез и предсказаний,— но она также слиш­ком упрощена. Можно ли с ее помощью описать все процессы человечес­кой памяти? Едва ли; и развитие более сложных моделей было неизбежно.

Измененный и дополненный вариант модели Во и Нормана показан на Рис. 1.3. Заметим, что в нее была добавлена новая система хранения и несколько новых путей информации. Но даже эта модель является непол­ной и требует расширения.

За последнее десятилетие построение когнитивных моделей стало из­любленным времяпрепровождением психологов, и некоторые из их творе­ний поистине великолепны. Обычно проблема излишне простых моделей решается добавлением еще одного "блока", еще одного информационного пути, еще одной системы хранения, еще одного элемента, который стоит проверить и проанализировать. Подобные творческие усилия выглядят вполне оправданными в свете того, что мы сейчас знаем о богатстве ког­нитивной системы человека.

Теперь вы можете сделать вывод, что изобретение моделей в когнитив­ной психологии вышло из-под контроля подобно ученику волшебника. Это не совсем верно, ибо это настолько обширная задача — т.е. анализ того, как информация обнаруживается, представляется, преобразуется в зна­ния, и как эти знания используются,— что как бы мы ни ограничивали наши концептуальные метафоры упрощенными моделями, нам все равно не удастся исчерпывающим образом разъяснить всю сложную сферу ког­нитивной психологии. Главы Раздела I рассказывают о начальных стадиях когнитивного процесса — от обнаружения сенсорных сигналов до распоз­навания образов и внимания.

Рис. 1.3 Моди цированная ко t тивная модель и Нормана. Ад тировано из: Waugh and I rman (1965).

Beede

Атков

Целью этой главы было подготовить читателя к восприятию всей осталь-^н°й книги, познакомив его с когнитивной психологией. В ней мы обсудили многие различные и важные аспекты этой науки. Напомним некоторые важные моменты.

/. Когнитивная психология занимается тем, как приобретаются, пре­образуются, репрезентируются, хранятся и воспроизводятся зна­ния, и тем, как эти знания направляют наше внимание и как мы реагируем.

2. Когнитивная психология опирается на экспериментальные и тео­ретические подходы, используемые в важнейших областях психо­логии, включая восприятие, внимание, распознавание образов, язык, память, образы, психологию развития, мышление и формирование понятий, человеческий интеллект и искусственный интеллект.

3. Модель обработки информации является общепринятой; она пред­полагает, что информация проходит при обработке серию этапов, на каждом из которых выполняется особая функция.

4. Модель обработки информации поднимает два очень дискуссион­ных вопроса: (1)Каковы те стадии, через которые проходи¹? обра­ботка информации? и-(2)В каком виде представлены знания?

5. Предыстория современной психологии включает древнегреческую философию, эмпиризм 18-го века, структурализм 19-го века и нео­когнитивную революцию, происшедшую под влиянием современ­ного развития теории связи, лингвистики, исследований памяти и компьютерной техники.

6. "Концептуальная наука" — это удобная метафора, изобретенная человеком для того, чтобы легче понимать "реальность". В когни­тивную психологию концептуальные модели введены психологами с целью разработки такой системы, которая отражала бы природу человеческого восприятия, мышления и понимания мира.

7. Когнитивные модели основаны на наблюдениях и описывают струк­туру и процессы познания. Построение моделей помогает лучше постичь наблюдаемое.

Рекомендуемая литература

Несколько новых книг по когнитивной психологии содержат материал, касающийся истории познания и представления информации.

Среди них:

Bourne, Dominowski, Loftus, and Healy. Cognitive Processes (1986);

Glass and Holyoak. Cognition (1986);

M.Eysenck. A Handbook-of Cognitive Psychology (1984);

J.Anderson. Cognitive Psychology and Its Implications (1985).

Книга: Woodworth. Experimental Psychology (1938) остается выдающим­ся изложением истории экспериментальной (и когнитивной) психологии. Очень живо изложена история когнитивной психологии в: Howard Ga-' rdner. The Mind's New Science (1985), и мы ее настоятельно рекоменду­ем, так же как и Zenon Pylyshyn. Computation and Cognition: Toward a Foundation for Cognitive Science (1986).

В American Psychologist (1986) опубликована очень глубокая статья (ав­тор — нейрофизиолог): Karl PribramTAe Cognitive Revolution and Mind/ Brain Issues.

Posner. Cognition: An Introduction (1973)—содержит прекрасный историко-философский обзор.

Neiser. Cognition and Reality (1976) — хорошее введение в некоторые вопросы когнитивной психологии. Очень полезны первые несколько глав из Kiatzky. Human Memory (1976) и отдельные места из Andrerson and Bower. Human Associative Memory (1973).

Kühn. The Structure of Scientific Revolution (1962) рекомендуется в качестве введения в философию науки.

Ключевые слова

ассоцианизм когнитивная карта когнитивная модель концептуальная наука модель обработки информации внутренняя репрезентация

изоморфизм

восприятие

процесс

структура

преобразование

1ение

Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов

Обнаружение сенсорных сиг­налов

Распознавание паттернов Внимание

Ибо внутри, снаружи, рядом, над, и под —see лишь волшебный театр теней. Идет в шкатулке представление, горит свеча - то солнца круг, и мы — фантомы водим хоровод, входя на свет и исчезая снова.

— Омар Хайям

...всего Могущественного мира ушей и глаз — того, что ими частью создан, и ими же воспринят....

— Вильям Вордсворт

Обнаружение

сенсорных сигналов

В Этой главе мы рассмотрим, как человек-наблюдатель собирает ин­формацию об окружении, и обсудим некоторые начальные этапы про­цесса обработки этой информации.

Изучение человеческого познания мы начинаем с обнаружения сен­сорных сигналов потому, что это начальный этап обработки информации, и еще потому, что элементы этого этапа относительно конкретны и осяза­емы и их поэтому легче понять. Мы видим, слышим, обоняем, чувствуем вкус, ощущаем явления мира, и все это — первое звено в цепи событий, к которым далее относятся: кодирование информации, ее хранение и пре­образование, мышление и, наконец, ответная реакция на эту информацию; последняя, в свою очередь, приводит к появлению новых сенсорных при­знаков, что может вновь запустить указанный цикл. Как показано на Рис.2.1, физическая энергия, попадая в ограниченную зону обнаружения челове­ка, воздействует на органы чувств, затем преобразуется (конвертируется в нервную энергию), задерживается ненадолго в сенсорном хранилище, потом она может быть передана системам памяти для обработки, резуль­таты которой могут вызвать ответные реакции, которые затем станут час­тью стимульного поля, подлежащего дальнейшей обработке. (В большей части этой книги в основйом будут рассматриваться очень сложные и абстрактные процессы обработки информации в системах памяти.)

Не следует забывать, что путь информации, показанный на Рис.2.1, как и на других схемах данной книги,— это репрезентация; в данном слу­чае — репрезентация гипотетических этапов обработки информации. Не надо думать, что мозг устроен более или менее так, как здесь изображено. Просто эта модель, как и многие последующие, удобна в качестве нагляд­ного представления различных этапов обработки информации, постулиру­емых в когнитивной психологии.

Перцептивные процессы интересуют когнитивных психологов по не­скольким причинам: (^Предполагается, что когнитивные явления "выс­шего порядка" — например, мышление, память, семантическая организа­ция — являются следствиями событий, происходящих вне организма. (Сле­довательно, изучение распознавания сенсорных сигналов может дать ключ к пониманию того, как развиваются эти явления высшего порядка.) (2)Есть данные, свидетельствующие о том, что интеллектуальная история наблю­дателя и его потребности влияют на обнаружение сенсорных сигналов. (З)Если информация хранится в памяти в виде абстракций, то знание "ре­альной" природы ощущений может помочь определить вид и степень этих абстракций (т.е. насколько они далеки от "реальности").

.2.1. Этапы обработки информации.