Когнитология

81

Основные подходы в когнитивной науке.

Что же представляет собой подход? Говоря в общем, подход — это определенная точка зрения, способ рассмотрения изучаемой темы. К изучению любой темы, относящейся к области психологии, можно подходить с различных позиций

(рис.18, Atkinson L., et all 2000).

Вранней когнитивной психологии были сформированы четыре принципа традиционной парадигмы:

- приоритет знания и рационального мышления над поведением, привычками и аффектом,

- использование компьютерной метафоры, - предположение о последовательной переработке

информации, - акцент на формальном моделировании вместо изучения

мозговых механизмов.

Внастоящее время в когнитивной науке сложилось три основных теоретических подхода: символьный, модульный и нейросетевой (коннекционизм).

Символьный подход.

Еще в XVII век, Томас Гоббс рассматривал мышление как «вычисление» (computation): внутреннее манипулирование символами.

Одним из отличий этого подхода от бихевиоризма и психоанализа, было подчеркивание роли знаний и рационального мышления: люди — это автономные и рациональные существа, использующие свои знания для того, чтобы в рамках доступных ресурсов оптимизировать взаимодействие с окружением.

Символьный подход базируется на компьютерной метафоре человеческого познания, предполагающей наличие аналогии между психологическими процессами и переработкой символьной информации в универсальном вычислительном устройстве в котором программы (software), выполняющие определенные функции, могут быть реализованы на разном

82

«субстрате» (hardware). Базируется метафора на теории связи К. Э. Шеннона.

Бихевиористский				Когнитивный
подход				подход
		Психология
Биологический				Психоаналитический
подход				подход

Феноменологический

подход

Рис. 19. Научные подходы в психологии. (Atkinson R.L., 2000).

Для этого «субстрата», характерно наличие центрального процессора с ограниченной пропускной способностью, который накладывает определенные ограничения на переработку информации. Работа моделей, предлагаемых в рамках данного подхода реализуется в пределах двоичного кода (в пределе — 0 и 1), т.е. происходят преобразования информации, представленной как набор символов, отсюда и название подхода.

Предполагалось, что знания могут быть описаны как комбинации символов, которые репрезентируют объекты и события, но не похожи на них.

Основоположниками этого подхода считаются А. Ньюэлл и Г. Саймон ( Ньюэлл А., Шоу Дж. , Саймон Г. , 1981), а также автор первой модели переработки информации человеком Д. Бродбент (Broadbent D. E., 1958).

Модульный подход.

Модульный подход англ. modularity theory – направление когнитивной психологии и когнитивной нейронауки, в котором познание представляется как результат функционирования ряда узко специализированных, независимых и когнитивно непроницаемых друг для друга модулей, имеющих собственные генетические основания, историю развития и мозговой субстрат.

83

Впервые идею модульности познания высказал Дэвид Марр (Marr D., 1976): «Любой большой массив вычислений должен быть разбит и реализован как набор частей, независимых друг от друга настолько, насколько это допускает общая задача…» (1976).

Основоположниками этого подхода являются Джерри Фодор (Fodor J. A., 1983) предложивший общую концепцию «модульности»: познание как мозаика специализированных модулей.

При модульном подходе психику человека сравнивают со швейцарским армейским ножом, в котором имеется множеством отдельных лезвий и инструментов: ножницы, штопор и т. п. (Космидес Л., Туби Дж., 1994).

Дж. Фодор, предложил различать доступные изучению модульные системы ввода информации и якобы недоступные научному анализу центральные системы планирования и принятия решения, интегрирующие информацию от разных модулей.

Базовая таксономия механизмов включает в себя, по Фодору, три уровня: так называемые «проводники» (transducers), системы входа и центральные системы. Под проводниками имеются в виду органы чувств, обеспечивающие преобразование физической информации на рецепторных поверхностях в некоторую первичную форму представления проксимальной стимуляции, с которой могут работать модулярно организованные перцептивные системы — системы входа. Функция систем входа заключается в вычислении параметров предметного окружения. С этими репрезентациями, в свою очередь, работают центральные системы, обеспечивающие функционирование высших когнитивных процессов, а именно формирование мнений и убеждений, принятие решений и планирование разумных действий. Таким образом, психика имеет смешанную архитектуру (Величковский Б.М., 2006).

В серии публикаций, начатой в 1975 г, Джерри Фодор показал, что ментальные процессы человека осуществляются посредством ментальных репрезентаций, которые следует рассматривать в качестве ментальных посредников, и которые имеют все ключевые характеристики языка. Мысль подобна

84

предложению естественного языка. Фодор выдвигает гипотезу о существовании языка мышления.

Важную роль в становлении модульного подхода сыграли представления Н. Хомского о языке как таком модуле предполагающем врожденность языковой способности и ее независимость от других способностей - язык как отдельный

«умственный орган» (Chomsky N., 1988).

Основной метод сторонников модульного подхода – поиск двойных диссоциаций на материале локальных поражений головного мозга и нарушений развития, иными словами, взаимодополнительных синдромов, показывающих сохранность одного из познавательных модулей при нарушении функционирования другого, и наоборот. Вслед за теоретическими работами Н. Хомского наиболее ярким примером модульного процесса считается речь, языковая способность, что иллюстрируется, в частности, двойной диссоциацией двух генетически обусловленных нарушений психического развития – избирательного языкового расстройства SLI и синдрома Уильямса.

Положение о врожденности и модульном характере речи не раз критиковалось оппонентами модульной психики, указывающими как на сравнительно позднее возникновение языка в эволюции, так и на широкие компенсаторные возможности в случае ранних локальных поражений головного мозга, затрагивающих речевые зоны напр., Bates, 1994. Менее спорно выделение модулей обработки объектной и пространственной информации систем восприятия для опознания и восприятия для действия в зрительном восприятии, двойная диссоциация которых может быть получена при анализе предметной агнозии и синдрома Балинта Milner,

Goodale, 1995

Джерри Фодор сформулировал в общей сложности 9 критериев, или признаков, которые в совокупности позволяют идентифицировать когнитивные модули. К ним относятся:

1. Особая сфера влияния, или специализация (domain specificity): каждый модуль компетентен в обработке одного из видов информации или в решении одного из классов познавательных задач и не участвует в решении других классов задач

85

2.«Когнитивная непроницаемость» (информационная закрытость)

3.Навязчивый (принудительный) характер функционирования: если модуль начал работать, остановить его невозможно

4.Высокая скорость работы

5.Неосознаваемость процесса функционирования модуля

6.Конечный продукт (без доступа к промежуточным

шагам)

7.Закономерное разворачивание в онтогенезе: ряд последовательных ступеней (собственная «история развития»)

8.Локализация в мозге: специфические нервные механизмы

9.Избирательное нарушение: выпадение модуля не сказывается на работе других модулей (пример: лицевая агнозия)

Имеются некоторые удивительные примеры подобной специализации. Изучение одного из них — синдрома Уильямса

—началось уже после публикации Фодора. Этот синдром возникает вследствие врожденного выпадения около 20 генов хромосомы 7, участвующей в кальциевом обмене и, повидимому, в каких-то других, пока не вполне понятных процессах. Дети с синдромом Уильямса часто демонстрируют абсолютный слух, а также нормальные или даже выдающиеся показатели речи при серьезном интеллектуальном отставании, с показателями IQ (коэффициента интеллекта) порядка 50—60% (рис. 2.8). Как пишет психолингвист Стивен Пинкер, «Попросите нормального ребенка назвать нескольких животных, и вы получите стандартный список обитателей зоомагазинов и пригородных ферм: собака, кошка, лошадь, корова, свинья. Попросите об этом ребенка с синдромом Уильямса, и вы получите более интересный набор: единорог, птеранодон, як, ибекс, саблезубый тигр, коала, дракон и, к особой радости палеонтологов, бронтозаврус реке» (Pinker, 1994, р. 53). В одной из недавних публикаций итальянских нейропсихологов приводится случай 9-летнего мальчика с этим синдромом, который был лучшим в своем классе по развитию навыков чтения. В то же время интеллектуально он был так слаб, что играя в любимую игру — футбол, так и не мог понять

86

разницу между своими и чужими воротами (Величковский Б.М., 2006).

Согласно Дэна Спербера:

познание полностью модульно -- так же, как биологический организм.

Модуль = вход + «база данных» + операции обработки Неспециализированных систем переработки информации,

использующих обобщенный «умственный лексикон», НЕТ. Уровни выделения модулей:

•морфологический (архитектурный)

•онтогенетический

•неврологический

•генный

•эволюционный (филогенетический)

С возникновением модульных представлений об организации психики в середине 1980-х годов данные нейропсихологических исследований оказались в зоне повышенного внимания особенно нейропсихологические данным о нарушениях и мозговых механизмах познавательных процессов. Всякое мозговое поражение — это своего рода уникальный «эксперимент природы».

Традиционным нейропсихологическим подходом является выделение разнообразных синдромов — систематического сочетания отдельных симптомов нарушения поведения и работы мозга. Значение синдромного анализа двояко. Во-первых, он позволяет относительно упорядочить материал клинических наблюдений, главным образом, поведенческих коррелятов локальных поражений мозга. Во-вторых, он дает возможность, хотя бы в самом первом приближении, определить области мозга, ответственные за те или иные функциональные проявления — речь (синдромы афазии), память {амнезия), восприятие (агнозия), программирование и реализацию действий (апраксия) и т.д.

Применение метода транскраниальной магнитной стимуляции (ТКС) позволили получить данные не согласующиеся

сконцепцией модулярности Фодора. Оказалось, что затылочные (то есть с анатомической точки зрения зрительные) отделы коры слепых испытуемых постепенно меняют свою специализацию и принимают на себя часть функций по переработке тактильной информации. Они не только систематически активируются в

87

случае тактильных задач, но их временное «выключение» ведет к возникновению ошибок узнавания воспринимаемых на ощупь объектов, например, при чтении шрифта Брайля (Величковский Б.М., 2007).

Нейронные сети или коннекционизмом

Другим влиятельным подходом в течение последних 20 лет стал так называемый PDP-подход (от paralleldistributedprocessing= параллельная распределенная обработка), широко известный также как коннекционизм.

Этот подход базируется на «мозговой» метафоре познания, где познавательные процессы предстают как процессы параллельной переработки информации сетью, состоящей из простых единиц — формальных моделей нейронов, организованных в несколько слоев или уровней

(Parallel distributed processing: Explorations in the microstructure of human cognition / D. E. Rumelhart, J. L. McClelland (eds). Cambridge, MA: MIT Press, 1986. Vol. 1. ).

Рис. 20. Уоррен Маккаллох (1898-1969) и Уолтер Питтс

(1923-1969)

Связи между этими условными нейронами обладают разными весовыми коэффициентами, причем эти коэффициенты могут меняться в процессе обучения нейронной сети решению определенного типа задач в соответствии с правилом, которое сформулировал в знаменитой книге 1949 года «Организация поведения» в отношении биологической

88

нейронной сети канадский нейропсихолог Д. О. Хебб. Это правило, гласящее, что между одновременно активированными нейронами сети пороги синаптической связи снижаются, легло в фундамент разработок в области искусственных нейронных сетей. Итогом этого является образование «нейронного ансамбля», который все быстрее активируется при каждом очередном повторении входа.

Теоретическая концепция искусственной нейронной сети была сформулирована У. Маккаллохом и У. Питтсом в 1940-х годах, в 1960-х появилась первая работающая нейросетевая модель распознавания образов — так называемый «перцептрон» Фрэнка Розенблатта,

Теоретическая концепция искусственной сети Маккаллоха и Питтса

Три типа нейронов:

•входные (рецепторы) -- активируются извне;

•внутренние (центральные) -- активируются входными и прочими нейронами и активируют входные и прочие нейроны;

•выходные (эффекторы) -- получают импульсы от

центральных и входных нейронов и отвечают за выполнение действия.

Правила функционирования сети:

•задержки в распространении активации одинаковы для всех нейронов сети;

•нейроны импульсируют не постоянно, а только в определенные моменты;

•каждый выходной синапс одного нейрона соответствует только одному входному синапсу следующего нейрона;

•на любом нейроне может сходиться несколько синапсов;

•входные синапсы вносят вклад в преодоление порога активации, при переходе через который (и только в этом случае) нейрон начинает передавать импульс.

Основные положения нейросетевого подхода (Фаликман М.В., 2007)

1. Процессы познания -- результат взаимодействия

89

большого числа простых перерабатывающих элементов, связанных друг с другом и организованных в слои («модули»). «Переработка информации» -- определенный ответ элемента на воздействия извне.

2.Знания, управляющие процессом переработки,

хранятся в форме весовых коэффициентов связей между элементами сети. Главное - не элементы, а связи между ними

(«субсимвольный подход»).

3.Обучение - процесс изменения весовых коэффициентов связей между элементами сети (приспособления их к решению определенной задачи).

Классы задач, решаемые современными нейросетями:

1. Классификация: распознавание образов, распознавание голосов, верификация подписей, постановка диагноза, анализ экспериментальных данных и т.д.

2.Моделирование: поведение системы, поставленной в определенные условия.

3.Прогноз: погода, ситуация на рынке ценных бумаг, бега, выборы и т.д.

В 1986 году под редакцией Джеймса Макклелланда и Дэвида Румельхарта вышел именуемый ныне «Библией коннекционизма» двухтомник «Параллельная распределенная переработка», в котором были раскрыты возможности нейросетевых архитектур в моделировании человеческого восприятия, памяти, языкового и когнитивного развития и во многом заложены основы последующих разработок.

В моделях, разрабатываемых в рамках современной когнитивной науки, нередко можно найти элементы как минимум двух (Kokinov B., 1994) а в отдельных случаях и всех трех подходов.

90

ПЕРЦЕПЦИЯ В КОГНИТОЛОГИИ

Сенсорные и перцептивные процессы

Разработка перцептивной проблемы была одной из первых задач когнитологии.

Перцепция (лат. perceptio — представление, восприятие,

от percipio — ощущаю, воспринимаю), в совр. психологии то же,

что восприятие.

Ощущение — это процесс первичной обработки информации на уровне отдельных свойств предметов и явлений.

Этот уровень обработки информации называется сенсорным. На нем отсутствует целостное представление о том явлении, которое вызвало ощущения. Ощущение — только первичный материал психического образа (Дружинин В.Н., 2002).

Восприятие, или перцепция — это процесс обработки сенсорной информации, результатом которой является интерпретация окружающего нас мира как совокупности предметов и событий (Дружинин В.Н., 2002).

Восприятие или перцепция представляет собой совокупность процессов, посредством которых формируется идеальная модель (субъективный образ) объективно существующей реальной действительности.

Перцепционализм – учение, согласно которому только восприятие образует основу всего мышления и знания. Представителем перцепционализма был американский философ Гамильтон («Perzeption und Modalismus», 1911; «Erkennen und

SchlieЯen», 1912) (Философский энциклопедический словарь. 2010).

Выделяют первую ступень познания - ощущение, которая воспроизводит или, иначе, отражает лишь отдельные свойства предмета, но не сам предмет и вторую более высокую ступень познания – восприятие, отражающая свойства предмета в их взаимосвязи друг с другом. Процессы ощущения принято называть сенсорными, а восприятия – перцептивными.

Как считает Коган А.Б. (Основы физиологии высшей нервной деятельности. М., 1959) возникновение психических явлений начинается с их элемента — субъективного ощущения