Информационный подход и компьютерная метафора в психологии познания

Некоторые зарубежные теоретики познания считают, что проблема процессуальности познания на самом деле навязана психологии ее философским происхождением (см., например, Erdelyi, 1974). Поэтому познание необходимо рассматривать не как систему отдельных познавательных функций, а скорее как систему приобретения и переработки знаний. "Познание, – пишет У. Найссер (Neisser, 1967, р. 4; цит. по Величковский, 1982), – это обобщенное название для всех процессов, посредством которых сенсорная информация трансформируется, редуцируется, усиливается, сохраняется, извлекается и используется. Оно имеет отношение к этим процессам даже тогда, когда они разворачиваются в отсутствие релевантной стимуляции, как это имеет место при воображении или галлюцинациях. Такие термины, как ощущение, восприятие, воображение, запоминание, припоминание, решение задач и мышление... относятся к гипотетическим стадиям или аспектам процесса познания". Таким образом, "познание – акт знания, и когнитивная психология – это изучение всех человеческих действий, имеющих отношение к знанию. Эти действия включают внимание, творческий потенциал, память, восприятие, решение задач, размышление и использование языка" (Neisser, 2009).

Такое представление о познании является относительно новым для психологии. Оно сложилось постепенно во второй половине прошлого века прежде всего в американской когнитивной психологии и междисциплинарных исследованиях знаний в рамках когнитивной науки или, как ее еще предлагали называть в русском варианте, когнитологии (Величковский, 1982; 1990; Найссер, 1981; Солсо, 1996; Fodor, 1975; 1979; Johnson-Laird, 1983; 1988). Концептуальной основой этого направления в исследовании познания является аналогия между мозгом и вычислительной машиной, известная как "компьютерная метафора".

Идея аналогии между человеком и компьютером восходит к работам известного английского математика Алана Тьюринга (1912–1954), заложившего основы современных представлений о вычислительных устройствах (см., например, Turing, 1950). Свои размышления он выразил в виде метафоры, получившей название машины Тьюринга. Представим себе машину, через которую проходит бесконечная лента, в ее ячейках хранится какая-либо информация. Машина предназначена для того, чтобы, пользуясь ограниченным набором элементарных логических правил, перемещать информацию из одной ячейки в другую. По сути дела, в данном случае речь идет о системе двоичных вычислений. Рассуждая об эффективности такого рода вычислительных процедур, А. Тьюринг показал, что подобные машины могут в принципе моделировать любые процессы и состояния, существующие в природе, в том числе и свою собственную работу. Кроме того, они способны моделировать и возможное положение дел в том или ином мире, т.е. создавать контрфактические или абсурдные модели мира. Естественно возникает вопрос: а нельзя ли систему человеческого познания описать по аналогии с данной гипотетической машиной?

Действительно, принцип работы человеческого мозга может в известной мере быть соотнесен с принципами работы машины Тьюринга. Ведь он также регистрирует и преобразует информацию, функционируя на основе двоичных кодов – возбуждения и торможения. Можно предполагать, что в таком случае результатом его работы и являются модели подлинной, виртуальной, и вновь создаваемой реальности. Эти модели, таким образом, по своей природе являются лишь результатом работы системы вычислительных процедур, реализуемых центральной нервной системой над регистрируемой сенсорной информацией, заданной в двоичных кодах возбуждения и торможения. Если все обстоит так на самом деле, тогда предметом психологического изучения, по крайней мере в рамках раздела, занимающегося познанием, должен стать анализ того, как порождаются, преобразуются и функционируют эти модели знаний и какое влияние они оказывают на поведение. Вопрос лишь в том, насколько такой подход оправдан.

Конечно, проще всего принять эту идею лишь в качестве общенаучной метафоры, не предполагающей полного отождествления человеческого познания с работой гипотетической машины (см., например, Величковский, 1982; Найссер, 1981). Тогда такая постановка проблемы может быть оценена лишь с точки зрения ее эвристической ценности. По-видимому, мало кто из современных исследователей познания станет отрицать тот факт, что идея человека-компьютера оказала огромное влияние на развитие всей психологии в 50–80-х гг. прошлого века. С другой стороны, целый ряд исследователей познания в более поздний период пошли даже несколько дальше в своих предположениях. Они выдвинули утверждение, что процесс познания действительно основан на преобразовании абстрактных символических представлений и не более того (см., например, Fodor, 1979; Pylyshyn, 1980; Фодор, Пылышын, 1996). Таких исследователей одно время даже называли энтузиастами компьютеризации.

Следует отметить, что многие исследователи познания не были готовы согласиться с такой постановкой вопроса энтузиастов компьютеризации (см., например, Searl, 1980; Лакофф, 1988; Брушлинский, 1986). С их точки зрения психика, являясь реальностью особого рода, в принципе не может быть сведена к процессам оперирования дискретными символами, так как в этом случае за рамками рассмотрения остаются ее практические, мотивационные аспекты, которые действительно, как правило, не входят в поле зрения когнитивной психологии.

Эмпирическая неоднозначность возражений такого рода может быть проиллюстрирована следующим сомнением энтузиаста компьютеризации. Представим себе, что технология протезирования живых органов достигла бы такой степени, что было бы возможно заменять отдельные клетки человеческого мозга их искусственными аналогами, в точности воспроизводящими функции нейронных структур. В этом случае человек, подвергшийся операции по полной замене мозговой ткани искусственными элементами и сохранивший все способности говорить, решать задачи, хранить знания и т.д., будет живым существом или машиной (Pylyshyn, 1980)?

Вообще вопрос в такой его постановке, по-видимому, в принципе не разрешим. Это скорее проблема веры, чем знания (Солсо, 1996). Поэтому предлагается несколько упрощенный вариант постановки данной проблемы. Предполагается, что если мы не сможем распознать отличий в работе машины и человека, то тем самым будут получены доказательства того, что работа моделирующего устройства, описанного Тьюрингом, действительно принципиально не отличается от принципов функционирования человеческого мозга. Один из главных аргументов такого рода известен как имитационный тест Тьюринга (Turing, 1950).

Представим себе (рис. 1.3), что в двух различных комнатах находятся машина Тьюринга (А) и человек (В). Оба они выдают себя за человека. У нас (С) имеется возможность отправлять запросы в адрес обоих, но мы не знаем, в каком случае мы получаем ответ от настоящего человека, а когда – от машины Тьюринга. Возникает вопрос, сможем ли мы, задавая любые вопросы, определить, когда на самом деле мы имеем дело с ответами человека, а когда – с ответами машины? В этом и заключается идея воображаемого эксперимента, известного как имитационный тест Тьюринга.

Рис. 1.3. Имитационный тест Тьюринга

На первый взгляд кому-то может показаться, что идея такого эксперимента имеет чисто гипотетическое и теоретическое значение. Конечно, построить реальный эксперимент с гипотетической машиной просто невозможно по логике вещей окружающего нас мира. Однако к нему можно приблизиться. Ведь современные вычислительные машины в значительной степени реализуют идеи Тьюринга. Таким образом, заменив теоретическую конструкцию работающим автоматом, можно реализовать выдвинутую идею, внедрить ее в практику эксперимента. За последние полвека было разработано множество компьютерных программ, в той или иной степени моделирующих возможности человеческого интеллекта (см., например, Schank, 1972; 1980; Winograd, 1972). Авторы некоторых из них даже прямо претендовали и продолжают претендовать на то, что их программы вполне способны пройти тест Тьюринга (см., например, Colby et al., 1972).

Но, понятно, бывают эксперименты, специально организованные, и те, на которые можно ссылаться. Известен случай, описанный специалистом по проблемам когнитивной психологии и искусственного интеллекта Д. Боброу. Оказывается, при определенных условиях даже работа простейшей программы, моделирующей работу психотерапевта, беседующего с клиентом по правилам индирективного метода, может быть принята за разговор с реальным человеком посредством передающего устройства (см. Oatley, 1978). В учебном пособии по когнитивной психологии Р. Солсо (1996) можно найти ряд интересных примеров работы такого рода программ. Чтение этих примеров может произвести полное впечатление осмысленности разговора, особенно в ситуации, когда вы не знаете, что запись представляет собой диалог машины и человека, не догадывающегося о том, что он говорит с машиной.

Некоторые теоретики познания, правда, считают, что тест Тьюринга слишком мягкий для того, чтобы служить критерием "разумности" автомата. Поэтому Р. Шенк, например, предлагает более жесткий критерий (Schank, 1986). В дополнение к имитационному тесту Тьюринга он вводит объяснительный тест, согласно которому можно оценить уровень понимания в работе искусственной системы. Критерием интеллектуальности машины, таким образом, может стать не только общее впечатление от ее работы, т.е. степень похожести ее поведения на поведение человека, но и то, насколько хорошо машина "понимает" свою собственную работу и может объяснить свои действия. В связи с этим Шенк (Schank, 1986) предлагает разводить несколько уровней понимания. Самым низшим уровнем, по мнению Шенка, является то, что он называет осмыслением. В качестве такового может выступать простое умение резюмировать информацию, содержащуюся в тексте. Более высоким уровнем понимания является когнитивное понимание, к которому он относит умение делать выводы из имеющегося семантического содержания. Наконец самым высоким уровнем понимания является то, что Шенк называет полной эмпатией. Это умение чувствовать глубинные смыслы сообщения, сочувствовать и сопереживать собеседнику. Ясно, что этот уровень понимания пока не доступен вычислительным устройствам и, возможно, в принципе не реализуем в искусственных системах. Однако первые два уже нашли достаточно широкое применение, например в системах машинного перевода или экспертных системах, и на этих уровнях вполне можно говорить об определенном подобии компьютерного и человеческого познания.

Суммируя приведенные доводы, кажется вполне приемлемым определить познание как процесс мысленного моделирования действительности. Такое понимание познания, с одной стороны, сохраняет возможность исследования отдельных познавательных процессов, а с другой – предполагает свою собственную проблематику, вытекающую из самой постановки вопроса о природе познания. И кроме того, оно позволяет до определенного предела использовать концептуальный аппарат компьютерных наук в описании процессов познания, не боясь проводимых аналогий.

Структурно-блочный подход

Одной из первых реализаций информационного подхода в психологии познания в 60-е гг. прошлого века стал подход, который обычно обозначают как структурно-блочный. Он основывается на выделении этапов, или блоков переработки информации, каждый из которых характеризуется своей спецификой.

Первым тезисом этого подхода стала идея двойственности памяти. На самом деле она возникла задолго до появления информационного подхода, еще в конце XIX в., но в то время не получила достаточно широкого распространения в психологии.

Речь идет о разграничении первичной и вторичной памяти. Рассматривая природу памяти, классик американской и мировой психологии У. Джеймс (1842–1910) в своем фундаментальном труде "Основания психологии", впервые изданном в 1890 г., указывает на ее двойственность, противопоставляя друг другу первичную и вторичную память.

Первичная память представляет собой, по мнению У. Джеймса, психологическое настоящее, она отражает то, что происходит сейчас, или то, что только что совершилось. Выражаясь более современным языком, первичная память – это кратковременная память. Представьте себе, что в тот момент, когда вы читаете этот параграф, кто-то подходит к вам и спрашивает: "Что вы читаете?". Вы объясняете, что сейчас вы изучаете идеи Джеймса, касающиеся памяти, пытаетесь понять, что такое первичная память. Вот в это время вы как раз и обращаетесь к содержанию этого вида памяти.

С другой стороны, этот человек может спросить вас о том, о чем вы в данный момент вовсе и не думаете, но что все же, тем не менее, как-то сохраняется в глубинах вашей памяти, например о том, как вы отпраздновали окончание школы. В этом случае вам потребуется обращение к содержанию вторичной памяти. Это память, в точном смысле слова представляющая собой психологическое прошлое. Вторичная память связана с припоминанием событий, произошедших дни, недели, месяцы или даже годы назад. В современной психологии она обозначается термином долговременная память. Заметьте, что для того, чтобы обратиться к содержанию вторичной (долговременной) памяти, необходимо сделать его ОГЛАВЛЕНИЕ достоянием уже первичной памяти.

В течение долгого времени эти идеи Джеймса не оказывали непосредственного влияния на развитие психологии памяти и психологии познания. Однако в связи с развитием информационного подхода в 60-е гг. прошлого века они снова стали актуальными, так как в значительной степени оказались созвучными разделению оперативной и постоянной памяти у вычислительных устройств. Эти идеи также оказались очень удобными для объяснения широкого круга экспериментальных фактов, полученных уже в рамках информационного подхода (см. Клацки, 1977). Укажем здесь лишь на некоторые наиболее известные и важные факты такого рода. Как правило, среди прочего в подтверждение правильности идеи двойственной памяти ссылаются на факты антериоградной амнезии и позиционные эффекты запоминания.

Антериоградной амнезией называют случаи, когда человек оказывается не в состоянии запомнить какие-либо новые факты, но не теряет способности припоминания тех знаний, которые хранятся в его памяти уже достаточно долгое время. Знаменитый русский психиатр С. С. Корсаков (1854–1900) называл такое расстройство памяти множественным невритом.

Вот как описывает С. С. Корсаков (1954) один из таких случаев:

"Больной совершенно забывал то, что случалось с ним сегодня в самое недавнее время; он не мог ответить, ел ли он сегодня или нет, был ли у него кто-нибудь или нет. То, что было с ним за пять минут до данной минуты, он не мог вспомнить, и если ему напоминали, готов был горячо спорить, что этого вовсе не было. Иногда, впрочем, соглашался, говоря, что, может быть, он и позабыл, так как, говорил он, “у меня всегда память была слабая”. То, что было задолго до его болезни, больной хорошо помнит, рассказывает с подробностями; но то, что было уже около времени начала болезни, приблизительно за весь июнь месяц, больной помнит довольно плохо. Так, например, он в июне написал повесть и довел ее до половины, а теперь позабыл, чем она должна кончиться. Кроме того, он получил в июне несколько важных для него писем из редакций, а теперь об этом не помнит, и когда ему напоминают, весьма удивляется и говорит: “Не может этого быть”".

С. С. Корсаков, характеризуя это расстройство памяти, особо отмечал показательный "контраст полнейшего беспамятства, амнезии, относительно недавнего и сравнительной стойкости памяти давнего".

В отечественной психиатрии и психологии это расстройство памяти получило название "синдрома Корсакова". В зарубежной литературе оно известно как "синдром Милнер" благодаря многолетним наблюдениям, произведенным Б. Милнер, впервые опубликованным в 1959 г., за одним из ее пациентов. Этот человек – Генри Молашен, более известный в научных кругах как пациент Η. М. – в возрасте 27 лет перенес нейрохирургическую операцию по удалению части гипокампа, в результате которой он полностью лишился способности запоминать что- либо новое. Скончался он в возрасте 82 лет в 2008 г., ощущая себя 27-летним.

Очевидно, что расстройства памяти, описанные Корсаковым и Милнер, в рамках теории двойственной памяти могут интерпретироваться как нарушения связи первичной и вторичной памяти, невозможности переноса во вторичную память на постоянное хранение тех знаний, что были только что восприняты и уже находятся в первичной памяти.

Другим важным фактом, обычно интерпретируемым в пользу теории двойственной памяти, является закономерность, впервые описанная в работах создателя психологии памяти Г. Эббингауза и довольно пристально исследованная уже в рамках информационного подхода. Эта закономерность получила название эффекта края. Многочисленные экспериментальные исследования свидетельствуют, что обычно при запоминании какого-либо вербального материала, организованного в списки, например списков бессмысленных слогов, мы лучше всего можем запомнить и воспроизвести самое начало и конец этого списка. Кривая, описывающая зависимость успешности припоминания от позиции запоминаемого элемента в списке в этих случаях имеет ярко выраженную U-образную форму. Начальная часть этой кривой, как предполагается, отражает процессы извлечения из долговременной памяти. Спад кривой от начала к середине ряда объясняется переполнением блока первичной памяти, объем хранения в котором ограничен. В результате по мере заполнения этого блока первичной памяти часть информации не может быть обработана и утрачивается. Эффект недавности, выражающийся в подъеме позиционной кривой в самом конце ряда, объясняется, в свою очередь, извлечением информации непосредственно из первичной памяти. В пользу такого объяснения также свидетельствует тот факт, что, как правило, испытуемые начинают воспроизведение именно с тех элементов, которые были предъявлены в самом конце ряда. Если же воспроизведение ряда начинается с некоторой отсрочкой, скажем в 30 с, в течение которых испытуемый не имеет возможности повторять запоминаемые элементы, отвлекаясь на другую задачу, этот эффект конца ряда исчезает (см. подробнее Клацки, 1977).

Основываясь на фактах такого рода, американские психологи Н. Во и Д. Норман в 1965 г. предложили теорию переработки информации, в которой присутствуют два этапа. Эти этапы они вслед за У. Джеймсом обозначили терминами первичная и вторичная память. Согласно модели Нормана и Во, стимул подвергается сенсорной переработке и результаты этой переработки поступают в первичную память. Здесь осуществляется более тщательная сознательная переработка информации, после чего она отправляется во вторичную память, где может сохраняться неопределенно долгое время. При необходимости повторного использования этой информации она извлекается из вторичной памяти и снова переводится в первичную память.

Эта концептуальная модель вдохновила других исследователей, которые создали большое число своих собственных теоретических конструкций, описывающих процессы переработки информации. Наиболее известной и разработанной теорией такого плана стала теория Р. Аткинсона и Р. Шиффрина, получившая название многокомпонентной теории памяти (Atkinson & Shiffrin, 1968; Аткинсон, 1980).

Многокомпонентная теория

В 1968 г. американские психологи, сотрудники лаборатории математической психологии Стэндфордского университета Р. Аткинсон и Р. Шиффрин представили модель обработки информации, которую они сами обозначили как многокомпонентная теория памяти. Поскольку в этой теории выделяются три основных компонента переработки и хранения информации, модель стали называть трехкомпонентной теорией памяти. Перечислим эти компоненты, или блоки переработки информации:

• блок сенсорных регистров (ультракратковременная память);

• блок кратковременной памяти;

• блок долговременной памяти.

Один из критериев, задающих выделение трех блоков переработки информации, определен самими названиями данных систем – длительность хранения информации.

Блок сенсорных регистров представляет собой кратковременное удержание следа восприятия, т.е. отражает факт инерционности восприятия. Длительность хранения здесь соизмерима с 1 с, чуть меньше или чуть больше. Вспомните, как вы, находясь в задумчивом состоянии, не сразу схватываете смысл обращенного к вам вопроса, успевая переспросить: "что?", но тут же соображаете, что у вас спросили. Это так называемая эхоическая память, слуховой регистр. Существуют сенсорные регистры и других модальностей, например зрительный регистр, иконическая память. Подробнее об этом будет рассказано в следующей главе.

Кратковременная память удерживает информацию более длительное время благодаря ее активной обработке. Это достигается с помощью механизма повторения. Представьте себе, что кто-то назвал вам номер своего телефона. Вы хотите его запомнить или записать и для этого повторяете номер. Пока вы это делаете, информация сохраняется в кратковременной памяти. Если вы это делаете достаточно тщательно, велика вероятность, что информация перейдет в долговременную память. Иначе она будет утрачена.

Долговременная память, по мнению Р. Аткинсона и Р. Шиффрина, представляет собой блок постоянного хранения информации. Но для того чтобы обратиться к этой информации и использовать ее, необходимо снова переместить нужную информацию в кратковременную память. Если вы не сможете сделать этого, информация окажется недоступной, как будто бы ее и нет в памяти.

Как видим, эта теоретическая конструкция не просто развивает идеи Джеймса о существовании двух относительно независимых друг от друга систем памяти, но в и значительной степени использует представления об устройстве вычислительной машины для объяснения организации человеческого познания, т.е. является реализацией компьютерной метафоры, о которой мы подробно говорили в предыдущем параграфе. Сенсорные регистры – не что иное, как системы ввода информации в компьютер: клавиатура – аналог тактильного регистра, микрофон – слухового (эхоической памяти), видеокамера – зрительного (иконической памяти). Кратковременная память – аналог той части компьютера, которая объединяет центральный процессор и память со случайным доступом. Наконец, долговременная память – аналог систем длительного хранения информации в компьютере: флэш-накопители, гибкие, жесткие, оптические и магнитооптические диски, перфоленты и перфокарты.

Вместе с тем нужно иметь в виду, что различия между этими тремя блоками хранения и переработки информации носят более сложный и системный характер. Для того чтобы более точно описать специфику каждого блока переработки информации, необходимо ответить на следующие вопросы.

• В какой форме информация должна быть представлена в памяти, закодирована?

• Каков предельный объем хранения информации?

• Как долго информация может хранится в памяти?

• Каким образом обеспечивается ввод информации?

• Как осуществляется доступ к информации?

• Почему информация утрачивается, декодируется?

Несмотря на то что трехкомпонентная теория Р. Аткинсона и Р. Шиффрина многократно критиковалась и по сути уже давно была пересмотрена даже ее авторами, идея выделения трех базовых систем переработки информации продолжает сохранять эвристическую ценность вплоть до наших дней. Именно поэтому дальнейшее обсуждение курса психологии познания в данном учебнике будет построено в самых общих концептуальных рамках, заданных этой теорией. Сначала мы рассмотрим устройство и работу сенсорных регистров, ответив на заданные вопросы, поговорим о процессах ощущения и восприятия. Затем перейдем к описанию работы кратковременной памяти, позже получившей название рабочей памяти. Здесь мы подробно обсудим механизмы переработки информации, имеющие отношение к процессам внимания и научения. Наконец, третья часть учебника обращена к вопросам, связанным с работой долговременной памяти. В этой части мы затронем вопросы, которые в традиционных подходах относят не только к процессам памяти, но также мышления, воображения и языка.