Общая характеристика символьного подхода. Компьютерная метафора. Переработка информации, кодирование и процессы управления.
Компьютерная метафора — (от греч. metaphora — перенесение) — аналогия между процессами переработки информации человеком и в универсальном вычислительном устройстве.Благодаря развитию когнитивной психологии и претворению идей компьютерной метафоры в жизнь, удалось достаточно хорошо исследовать память человека. Исследования памяти это большая победа когнитивной психологии, ведь именно благодаря ей мы смогли узнать о памяти гораздо больше за последние несколько лет, чем за всю предыдущую историю.
Для того чтобы создать хорошую машинную память необходимо знать и понимать процессы, происходящие в памяти человека. В свою очередь развитие искусственного интеллекта ведет к более полному пониманию психологических процессов у человека.
Компьютерная метафора конечно не является заменой психологической теории. Но она дает нам возможность оперировать конструктивными понятиями.
Компьютерная метафора открыла новые теоретические возможности, заменив представление об энергетическом обмене организма со средой на представление об информационном обмене. В. Вундт и его современники полагали, что принцип сохранения энергии требует признания строгого психофизического параллелизма 215; 600. Но вычислительное устройство, потребляя незначительное количество энергии, может управлять огромными механизмами. Далее, хотя трудно сказать, какие процессы лежат в основе некоторой чисто психической работы, например, восприятия картины Рембрандта, можно легко представить компьютер или блок-схему когнитивных процессов, осуществляющие переработку информации, которая заканчивается адекватным ситуации ответом. Под этим представлением, например, вполне мог бы подписаться К. Халл, считавший, что модель «человека по типу поддерживающего свое существование робота была бы надежной гарантией против использования менталистских понятий. Возрождение этой терминологии в когнитивной психологии было обусловлено вначале чисто эвристическими соображениями: она оказалась необходимой потому, что сложность рассматриваемых феноменов не позволяла дать их осмысленную интерпретацию в других терминах.
Первыми работами нового направления можно считать исследования процессов образования понятий Дж. Брунером и сотр. 14, а также работы А. Ньюэлла, Г. Саймона и Дж. Шоу, создавших ряд машинных моделей мышления, в том числе «Логик — теоретик» и «Универсальный решатель проблем». Общими чертами этих работ являются не только сильный крен в сторону формально-логического анализа (например, используемый в монографии Дж. Брунера теоретический аппарат совпадает с правилами индукции Дж. С. Милля), но и восстановление авторитета более ранних исследований познавательных процессов: докторская диссертация К. Халла 1920 года по формированию понятий на материале китайских иероглифов и вюрцбургская школа — в случае Дж. Брунера; О. Зельц и в меньшей степени гештальтпсихология — в случае А. Ньюэлла и его коллег.
Отдавая должное другим теоретическим влияниям, Дж. Брунер писал позднее, что на него и на ряд видных англо-американских авторов произвело в эти годы глубокое впечатление знакомство «с прочной традицией изучения познавательных процессов, сложившейся в советской психологии и вдохновившей всех нас на новые исследования» 14, 11. Действительно, в его работах 60-х и 70-х годов отчетливо выступает интерес к генетическому анализу развития познавательных процессов, которые он вслед за советскими психологами, Ж. Пиаже и поздним Ф. Бартлеттом, связывает с формированием внешней практической деятельности 14; 153; 160. Тем самым, однако, он поставил себя вне основного потока исследований когнитивной психологии, так как активг ность познавательных процессов сводилась для большинства авторов к внутренним преобразованиям информации в соответствии с определенными правилами.
Переход ко все более широкому использованию терминологии «менталистской» психологии сопровождался попыткой осмысления философских проблем, которые он за собой влечет. Практически в течение одного 1960 года появилось несколько работ, в которых ставился вопрос о характере объяснения активности познавательных процессов 68; 113. Все эти работы содержат предположение, что проблема бесконечного регресса к гомункулусам, поставленная ранее в споре между Э. Толменом и Э. Газри, может быть обойдена, если предположить, что процессы переработки информации организованы в иерархические структуры, а сам гомункулус выполнен из нейроноподобных элементов.
Так, ведущий представитель информационного подхода Ф. Эттнив 113 в статье под названием «В защиту гомункулусов» отмечает, что если на более ранних уровнях переработки информации будут выполняться некоторые функции гомункулуса, то в конечном счете для моделирования познавательной активности во всей ее сложности потребуется система с конечным числом уровней. Блок-схема переработки информации человеком, центральное место в которой занимает гомункулус (блок Н), показана на рис. 6. Блок Н является местом конвергенции сенсорной и аффективно-оценочной информации; его выход представляет собой произвольное поведение, в то время как рефлексы и автоматизированные навыки реализуются другими структурами. Его активность необходима для осознания, а также для всякого сколь-нибудь продолжительного запоминания информации. Ф. Эттнив легко включает в свою модель данные Д. Бродбента и Дж. Миллера об ограниченности возможностей внимания и непосредственной памяти, считая, что вход в блок Н ограничен 7±2 единицами предварительно организованного перцептивной системой (блок Р) материала. Психологию в этой работе как будто хотят начать строить заново, причем примерно на том же самом месте. Совершенно очевидно, что Ф. Эттнив вкладывает в уже имевшиеся к тому времени информационные модели познавательных процессов (ср. рис. 5) традиционное для психологии сознания менталистское содержание. Статья завершается призывом «пересмотреть вопрос о научной респектабельности гомункулуса» 113,781.
Сдвиг от необихевиоризма к «неоментализму» когнитивной психологии был зафиксирован и в известной книге Дж. Миллера, Е. Галантера и К. Прибрама «Планы и структуры поведения» 68. Здесь еще раз была выдвинута задача изучения «центральных процессов», с помощью которых можно бы заполнить «пропасть между стимулами и реакциями». Образы были уподоблены планам или программам, а иерархическая организация последних, допускающая возможность «самопрограммирования», позволяла обойтись без гомункулуса. Наряду с другими аналогичными призывами к изучег нию «центральных процессов» (например, Д. Хэбб 273), это был не просто субъективный бихевиоризм, но уже когнитивная психология, правда, в ее специфической форме, подчеркивающей не столько соответствие организации познавательных процессов архитектуре цифровой вычислительной машины, сколько связь между внутренними репрезентациями и программами машинных вычислений.
Значительная часть развернувшихся с конца 50-х годов исследований склонялась скорее к компьютерной метафоре. Не случайно в своем большинстве это были работы, направленные на выделение отдельных процессов и видов памяти, аналогичных блокам хранения, и преобразования информации вычислительных устройств. Благодаря экспериментам англичанина Дж. Брауна и американцев Л. и М. Питерсонов удалось установить критическую роль активного повторения для всякого продолжительного запоминания: если после показа материала (цифры, слоги и т. д.) для запоминания испытуемый должен выполнять какую-либо интерферирующую активность (например, отнимать тройки от некоторого достаточно большого числа), то уже через 10—20с вероятность правильного воспроизведения приближается к нулевой отметке1. Дж. Сперлинг 514, а несколько позднее Э. Авербак и А. Кориэлл 117, использовав методику частичного отчета, пришли к выводу, что сразу после кратковременного предъявления зрительная информация сохраняется примерно в течение трети секунды в виде относительного полного образа, после чего она исчезает или переводится в какую-то другую, вероятнее всего, вербальную форму. Предположение об обязательном участии повторения в продолжительном запоминании материала (включая абстрактные фигуры) — «переводе информации в долговременную» память — получило название гипотезы вербального кольца (см. 35). Для объяснения всех этих данных Н. Во и Д. Норман 584 предложили модель, в которой выделили три последовательных блока переработки информации в памяти человека: сенсорные регистры (например, «очень короткая зрительная память» из работ Дж. Сперлинга), первичную память (кратковременная память с ограниченным объемом и вербальным повторением в качестве способа сохранения информации) и вторичную память (долговременная семантическая память с очень большим объемом пассивно сохраняемой информации).
Легко видеть, что эта модель в общих чертах описывает архитектуру цифровой вычислительной машины. Вместе с тем.она вполне традиционна. Так, различение . первичной и вторичной памяти можно найти уже у У. Джеймса 31, который, в свою очередь, взял его у С. Экснера 483. Первичной памятью они называли непрерывное сохранение представления в пределах поля сознания, вторичной — повторное возвращение представления в сознание, после того как оно его покинуло. Таким образом, первичная или кратковременная память — это удивительное образование, одновременно имеющее сходство с сознанием, гомункулусом, каналом связи и процессором электронно-вычислительной машины.
Краткий экскурс в историю психологии
А сейчас немного углубимся в историю развития психологии. И тут мы увидим, что и раньше проводились аналогии между процессами, происходящими в мозгу человека и различными устройствами, и, естественно, что в век компьютеризации — аналогом был взят компьютер.
А ранее, например, З. Фрейд имел перед собой аналог — электрические процессы, И.П. Павлов представлял работу мозга, как коммутатор телефонной станции, у А.А. Ухтомского аналогом мозга был приемник радиоволн, а П.И. Зинченко уже определял зависимость объема памяти от количества информации на символ.
О чем это говорит? Что в каждый исторический период, психология искала наиболее современные пути исследования процессов, происходящих в мозгу человека. Развитие инженерных наук, как бы «подталкивало» психологов к современным сравнениям, аналогиям. Понятно, что такое сравнение используется не больше, чем метафора, а ни в коем случае не как отождествление.
Компьютерная метафора
Пространство и время, вещество и энергия являлись для ученых XX века
базовыми метанаучными категориями. Человек рассматривался психоло-
гами как система, отражающая пространственно-временные и энергети-
ческие характеристики реальности в субъективной форме (ощущениях,
образах восприятия, представлениях и т.д.). В середине XX века каталог
общенаучных категорий обогатился понятием «информация», причем за
этим словом уже стояло вполне определенное, математически измеримое
содержание. Решающую роль сыграли работы К.Э. Шеннона, предложив-
шего знаменитую формулу для оценки меры информации, содержащейся
в сообщении. Теория информации как отрасль прикладной математики со-
здавалась, исходя из практических нужд: обеспечение работ в области ра-
Глава 1. Основания когнитивной психологии
диосвязи, борьба с шумами в системах связи, конструирование систем при-
ема, шифровки и дешифровки сообщений и т.д.
Коренной перелом в подходе к информации произошел с появлением
компьютера, который стал первой технической системой, принимающей,
хранящей, преобразующей и применяющей информацию для решения по-
ставленных людьми задач. В компьютерах различают hardware («железо»,
или аппаратурную составляющую) и software (программное обеспечение).
С легкой руки специалистов в области информатики человек стал рассмат-
риваться как система по приему и переработке информации. Компьютер
используют для моделирования человеческого мышления и создания сис-
тем искусственного интеллекта, реально превосходящих человека по мно-
гим характеристикам, определяющим скорость и точность переработки ин-
формации, объем хранения и т.д.
Кроме того, работа компьютера описывается в терминах ментальных
процессов: компьютер обладает памятью и сенсорными входами, он «при-
нимает решения» и «решает задачу», «управляет» и «проводит анализ ин-
формации». Так возникает компьютерная метафора — господствующая в
конце XX века аналогия «человека познающего» и технического устройства,
которая используется для теоретического моделирования человеческой пси-
хики. Появляется новая версия ЭВМ — компьютеры «эволюционируют»,
инженеры используют «языки» для создания компьютерных программ.
Аналогия: обогащаются и психология, и техника.
На первых порах компьютерная метафора использовалась для описания
и объяснения работы центральной нервной системы по приему и перера-
ботке «информации». Головной мозг рассматривался как аналог компью-
терного «железа», имеющий подсистему входов— периферию анализато-
ров (глаза, уши и пр.); центральное звено (процессор со встроенными про-
граммами) — мышление и память; подсистему выходов — эффекторы (ап-
парат движений и речь). Система действовала по принципу отрицательной
обратной связи: решение задачи прерывает активность.
Именно механизм обратной связи — прием информации о результа-
те действия подсистемой «входа», а также информации о самом дей-
ствии — и был использован психологами. В советской психологии ре-
шающую роль играло влияние идей П.К. Анохина 1978 и Н.А. Берн-
штейна 1947, которые в своих работах указывали на роль механизма
обратной связи в регуляции действий и движений. В целом психика рас-
сматривалась в качестве системы управления действиями и деятельно-
стью на основе отражения реальности, переработки продуктов отраже-
ния («информации») и механизма обратной связи. Отсюда и возникла
традиция рассматривать психику как систему последовательной перера-
ботки информации, состоящую из нескольких отдельных, дискретных
составляющих («блоков»). В отечественной психологической традиции
структурно-блочное описание ведет начало от работ А.Р. Лурии, кото-
рый выделял в центральной нервной системе три блока: первый отве-
чает за планирование и регуляцию деятельности, второй — за познание,
третий — за активацию. Замечу здесь, что «когнитивный» подход в оте-
 |
| Рис. 1.1. Линейная модель с обратной связью. |
чественной психологии познания
возник практически одновременно
с появлением аналогичных иссле-
дований в США, благодаря усили-
ям Б.Г. Ананьева, Л.М. Веккера,
В.П. Зинченко, А.Н. Леонтьева, Б.Ф.
Рис. 1.1. Линейная модель с обратной связью. Ломова, В.Н. Пушкина и многих
других исследователей.
Можно условно выделить три подхода к «блочному» описанию психи-
ки как системы переработки информации.
Первый подход—линейный (рис. 1.1), наиболее традиционный, предпо-
лагает, что психика является системой блоков, последовательно принимаю-
щих и перерабатывающих информацию, причем «продукт» предыдущего
уровня является «сырьем» для уровня последующего. Наиболее явно этот под-
ход представлен в работе Н. Линдсея и Д. Нормана 1973. В частности, по
мнению авторов, процесс восприятия проходит два этапа: на первом этапе
создается аморфный образ на основе выделения свойств из физической сре-
ды системой детекторов; на втором происходит распознавание образа путем
отнесения его к той или иной категории. Система переработки информации
работает по принципу кодирования, перекодирования и декодирования ин-
формации. Причем на каждом этапе переработки взаимодействуют два по-
тока информации: идущий от «входов» к центру и идущий от центра к «вхо-
дам». С позиций этого подхода остаются неясными следующие вопросы.
• Как осуществляется регуляция процесса переработки информации?
• Чем определяется направление переработки?
• Кто ставит когнитивную задачу и кто является единственным зрите-
лем — «субъектом восприятия»?
Второй подход предполагает включение в систему линейно-последователь-
ной переработки информации надстройки — управляющего звена. Компью-
терный аналог этого блока — управляющий процессор. Именно он осуществ-
ляет регуляцию процесса переработки информации, принятие решения о дей-
ствии на основе имеющихся альтернатив. Н. Линдсей и Д. Норман предло-
жили модель «пандемониума», описывающую управляющую систему.
Включение «управляющего звена» потребовало рассматривать в рамках
психологии познавательных процессов механизмы формирования альтерна-
тив, принятия решения, критерии принятия решения, прогнозирование и
планирование действий и т.д. В психофизике, наиболее математизирован-
ной к середине 60-х годов области психологии, двухуровневую схему-модель
предложил Ю.М. Забродин 1977. Блок решения включал в этой модели два
подблока: формирования критериев и правил принятия решения.
Проблема субъекта познания, или «гомункулуса», не нашла столь оче-
видного решения. Точнее, возможны два решения: отрицание самой про-
блемы — человек видит так, что он на самом деле видит (экологический
подход); введение представлений об активной системе — человеке, прове-
Глава 1. Основания когнитивной психологии
 |
ряющем гипотезы о мире (модель
Поппера). Эти подходы мы рас-
смотрим ниже.
| Рис. 1.2. Структурно-уровневая модель с об- ратной связью. |
Третий подход следовало бы
обозначить как структурно-уровне-
вый (рис. 1.2). Он наиболее часто
используется в отечественной пси-
хологии. Психика рассматривается
как система структур, сложивших-
ся на различных этапах развития.
Каждому последующему этапу со-
ответствует новый уровень, а уров-
ню — новая структура. Последую-
щий уровень психики регулирует
активность предыдущего, предыду-
щий поставляет содержание для
последующего. Структура высшего
уровня психической регуляции ин-
тегрирует в себе структуры низших
уровней, чем обеспечивает систем-
ную (целостную) регуляцию пове-
дения. Я.А. Пономарев 1973 обоб-
щил эту модель, выдвинув принцип
«этапы — уровни — структуры» (ЭУС). Данный подход опирается на взгля-
ды Н.А. Бернштейна 2000. В области когнитивной психологии его моди-
фикацию использовал Б.М. Величковский.
Однако со временем к психологам пришло понимание, что с помощью
«блочных» схем они описывают не структуру психики, а структуру цент-
ральной нервной системы человека и животных. Отсутствие у психических
функций жесткой локализации, процессуальность психики, нерасчленен-
ность и многомерность психической реальности, ее целостность, актив-
ность познавательного процесса — все это привело исследователей к по-
пыткам использовать в качестве метафоры, описывающей процесс пере-
работки информации, не «железо» компьютера, а его программное обес-
печение. Начало этого подхода можно найти в работах Дж. Миллера 1965
и У. Найссера 1981, которые, собственно, и являются основателями ког-
нитивной психологии как научного направления.
Компьютерная метафора в когнитивной психологии
Почему когнитивная психология, принявшая аналогию работы мозга с устройством и работой компьютера, так отличается от других технических аналогий?
Произошло, в своем роде, взаимное проникновение: специалисты, занимающиеся разработкой вычислительной техники, искусственного интеллекта создали такую компьютерную метафору, которая вывела их к представлениям современной психологии о системе субъективного опыта человека, о способах репрезентации и хранения знаний в этой системе.
Эта метафора как бы послужила источником возникновения компьютерной метафоры в когнитивной психологии. А откуда появилось такое определение «компьютерная метафора»? Скорее всего «компьютерная метафора» появилась в то время, когда создавалась новая наука — кибернетика, «отцом» которой был Норберт Винер и, возможно, ему можно приписать авторство этого определения.
Когнитивная метафора не отрицает психологическую теорию, а способствует ее объяснению в конструктивных понятиях. В эту метафору можно вписать огромное количество разных наук. Внутри такой метафоры кроме психологии, можно решить многие технические проблемы.
Благодаря развитию когнитивной психологии и претворению идей компьютерной метафоры в жизнь, удалось достаточно хорошо исследовать память человека. Исследования памяти это большая победа когнитивной психологии, ведь именно благодаря ей мы смогли узнать о памяти гораздо больше за последние несколько лет, чем за всю предыдущую историю.
Когнитивная психология — это психология познания, и она изучает такие процессы, как: получение человеком информации, представление человека об этой информации, сохранение ее в памяти и преобразование в знания, влияние этих знаний на поведение человека.
