Когнитивное направление в психологии внесло значительный вклад в изучение строения таких психических функций как речь, память, внимание и зрительное восприятие. Исследования в рамках этого подхода перевернули представления о механизмах психической деятельности и легли затем в основу принципов анализа её нарушений при патологии мозга. Несмотря на то, что российская нейропсихология в меньшей степени испытала на себе влияние когнитивного направления по сравнению с зарубежной, происходящая в настоящее время «глобализация» в науке делает необходимым знание основных этапов формирования этой области психологии. Вот как говорят о влиянии прогресса на междисциплинарное взаимодействие Б. Баарс и Н. Гейдж:
«Всего лишь десять лет назад специалисты в области поведения вряд ли усматривали связь между представлениями о когнитивной деятельности человека, выдающимися достижениями генетики, данными о молекулярном составе мозга или математическими моделями нейронных сетей. Сейчас эти направления составляют континуум целой области знания» (Баарс Б., Гейдж Н., 2016, с. 24-25).
Датой «когнитивной революции» принято считать 1956 год (Миллер Д., 2005). Именно тогда Д. Маккарти, М. Минский, К. Шеннон и Н. Рочестер провели в Дартмуте конференцию, посвященную искусственному интеллекту, а Д. Брунер, Д. Гуденаф и Дж. Остин издали книгу «Исследование мышления», в которой описывались познавательные стратегии. В это же время Дж. Миллер опубликовал статью «Магическое число семь плюс-минус два», описывающую ограничения способности человека к обработке информации. Наконец, в том же 1956 году Н. Хомский сделал доклад на симпозиуме в Массачусетском Технологическом Институте, в котором содержались идеи, получившие затем своё развитие в монографии «Синтаксические структуры», что создало новое когнитивное направление в теоретической лингвистике.
В 50-70 гг. ХХ века когнитивная психология развивались по пути построения моделей переработки информации человеком. Одни исследователи старались описать механизмы работы внимания, памяти или восприятия речи, другие предпринимали попытки моделирования принципов переработки информации в целом. В своих работах представители когнитивного направления пытались найти параллели между процессом познания и работой технических устройств. Так, Дж. Миллер показал, что объём кратковременной памяти ограничивается не столько количеством объективно измеренной в битах информации, сколько относительно небольшим количеством (около 7) «единиц», или «кусков» субъективной организации материала. В качестве подобных единиц в непосредственной памяти могут выступать буквы, цифры, слова или короткие предложения. Размеры этих единиц меняются в процессе обучения. Например, для человека, несведущего в химии, Н2804 — странная последовательность из пяти элементов, а для химика — всего лишь одна единица, обозначающая серную кислоту.
Дж. Миллер, Н. Галантер и К. Прибрам в своём труде «Планы и структуры поведения» описали элементарную структуру действия, в которую была включена операция когнитивной оценки (test). Модель простого действия получила название TOTE по первым буквам входящих в неё звеньев: test-operate-test-exit. Авторами также была сформулирована такая задача как изучение «центральных процессов», с помощью которых можно заполнить «пропасть между стимулами и реакциями». Образы были уподоблены планам, или компьютерным программам, которые способны к «самопрограммированию».
Значительная часть когнитивных исследований, проводившихся с конца 1950-х годов ХХ века, проходила в русле другой версии компьютерной метафоры, связанной с выявлением возможных структурных блоков переработки информации и принципов их объединения в единую систему. Так, Д. Браун в 1958 году, а также супруги Л. Петерсон и М. Петерсон в 1959 продемонстрировали важность активного повторения для продолжительного сохранения информации. Они предлагали испытуемым запомнить некоторый материал, после чего просили выполнять интерферирующую деятельность (например, отнимать тройки от 30). Оказалось, что уже через 20 секунд вероятность правильного воспроизведения резко снижается. Забегая вперёд, нужно заметить, что похожее задание входит в классическое нейропсихологическое обследование и направлено на влияние гетерогенной интерференции при заучивании двух групп слов.
Когнитивная психология оказала огромное влияние на лингвистику. Н. Хомский рассматривал систему грамматических правил как способность порождать и понимать бесконечное число предложений (рис. 5). Теория Н. Хомского была названа «порождающей» грамматикой, так как она имела отношение к воспроизведению и пониманию синтаксической стороны речи: «Грамматика языка представляет собой механизм, порождающий все грамматически правильные последовательности... и не порождающий ни одной грамматически неправильной». Хомский различал глубинную и поверхностную структуру предложений. Первая формирует смысл высказывания, а вторая является звуковым или графическим воплощением этого смысла. Также Хомский предложил рассматривать ряд правил перехода глубинной структуры в поверхностную, среди которых можно выделить правила подстановки, перестановки, произвольного включения одних элементов и, наоборот, исключения других. Кроме того, в «порождающей» грамматике были выделены правила трансформации: пассивизация, не-гация, адъюнкция и другие. Например, высказывания «Саша бросила мяч» и «Мяч был брошен Сашей» описывают одно и то же событие за счет использования во втором предложении такого правила трансформации как пассиви-зация (или, проще говоря, перехода к пассивному залогу) (Хомский Н., 1957, 1965, 1972, 1987; Величковский Б.М., 2006; Бондаренко И.В., 2011).
Когнитивный подход к поиску алгоритмов мышления был реализован в 1958 году А. Ньюэллом, Дж. К. Шоу и Г. Саймоном, которые опубликовали книгу «Элементы теории решения проблем». Их исследования были связаны с разработкой и написанием программ, которые доказывали математические теоремы. Сначала появилась первая версия под названием «Логический теоретик», а затем вторая — «Решающее устройство». Вначале они публиковали свои работы в журналах по компьютерной технике, но затем им предложили написать статью для психологического издания «Psychological review».
Приблизительно в это же время в рамках исследований ограничений непосредственной памяти и избирательности
внимания Д. Бродбент опубликовал статью «Механическая модель внимания и непосредственной памяти человека». В ней внимание описывалось как фильтр, осуществляющий отбор сенсорной информации в зависимости от задачи. Центральная нервная система рассматривалась Д. Бродбентом в качестве канала передачи информации с ограниченной пропускной способностью. Он полагал, что, если через канал поступает больше информации, чем 10 бит в секунду, происходит резкое увеличение ошибок. В качестве каналов Бродбент рассматривал отдельные параметры стимулов: например, им выделялись каналы мужского и женского голосов, информации, идущей слева или справа и т.д. То есть отбор информации происходил уже на стадии сенсорного анализа стимуляции. Эта и подобные теории были названы теориями ранней селекции.
В 1963 году Д. Дойч и А. Дойч выступили против подобного подхода и предложили гипотезу позднего отбора информации. По их мнению, ограничения в системе переработки поступающих сигналов возникают на стадии их осознания и принятия решения. Авторы высказали предположение, что каждый сигнал обрабатывается полностью по всем признакам, независимо от того, было ли на него направлено внимание. Для последующего отбора стимула огромное значение имеет степень активации всех систем, которая пропорциональна важности сигнала для организма. Например, степень активации во время выполнения задания может определяться контекстом, инструкцией или новизной информации. Под активацией понималось состояние возбуждения центральной нервной системы в целом.
Значительная часть исследований в когнитивной психологии была посвящена связи между различными познавательными процессами. Так, в 1960 году Дж. Сперлинг обнаружил, что зрительная информация сразу после кратковременного предъявления сохраняется в виде чёткого сенсорного образа приблизительно в течение трети секунды. Затем она исчезает или переводится в вербальную форму. Это предположение получило название гипотезы вербальной петли. Смысл её заключается в том, что в переводе информации в долговременную память обязательно участвует проговаривание.
Д. Норман, П. Линдсей, Н. Во, а затем Р. Аткинсон и Р. Шиффрин предложили модель, в которой выделяется три блока переработки информации в памяти человека. К первому из них относятся сенсорные регистры (например, «ультракороткая зрительная память» по терминологии Дж. Сперлинга). Так, согласно данным Линдсея и Нормана, зрительный след сохраняется в течение 250 мс. Второй блок переработки информации представлен первичной (кратковременной) памятью, имеющей ограниченный объём, и использующей вербальное повторение в качестве способа сохранения информации. Наконец, третий блок включает вторичную (долговременную) память. Введение нового материала в долговременную память, а также извлечение воспоминаний о событиях прошлого требуют усилий и времени (Петухов В.В., Дормашев Ю.Б., Капустин С.А., 2013).
Рассматривая процесс решения задач, П. Линдсей и Д. Норман выделяли такие стратегии как «прямой поиск» и «обратный поиск» (в том случае, когда человек знает ответ и должен найти правильное решение, ведущее к нему). Несмотря на то, что указанные авторы оценивали память и мышление как крайне сложные процессы, они подчёркивали общий характер принципов, применимых к любым системам, которые хранят, отыскивают и используют информацию, — будь то нейронные или электронные системы.
В качестве примера экспериментальных исследований, демонстрирующих трудности извлечения информации из долговременной памяти, можно рассматривать изучение так называемого TOT-феномена (от английского выражения «tip-of-the-tongue», под которым подразумевается забытое слово, вертящееся на кончике языка). Гарвардские исследователи Р. Браун и Д. МакНейл л опубликовали в 1966 в «Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior» результаты эксперимента, участникам которого зачитывали определения редких слов, после чего интересовались, какое слово имеется в виду (Brown R., McNeill D., 1966; Brown A.S., 1991). Испытуемые должны были сообщать о своих ощущениях, когда ответ «вертелся на кончике языка». В эти моменты им предлагали перечислить всё, что они могли вспомнить о забытом слове. Оказалось, что довольно часто участникам эксперимента удавалось правильно назвать первую букву забытого слова, количество слогов, положение ударения и другие отличительные признаки. Внутренняя репрезентация значений слов стала описываться как многомерный вектор свойств.
Несмотря на значительные успехи в описании строения и протекания различных познавательных процессов, в конце 60-х годов ХХ века компьютерная метафора была подвержена серьёзной критике (Величковский Б.М., 2006; Фаликман М.В., 2014). В качестве основных недостатков ранних исследований в когнитивной психологии назывались:
- отказ от изучения привычек и аффектов в пользу исследования знаний и рационального мышления;
- проведение однозначных параллелей между мозгом и компьютером;
- гипотезы о последовательной переработке информации;
- смещение фокуса внимания исследователей с мозговых механизмов психических процессов на их теоретическое моделирование.
Наиболее значительным событием на волне критики оказался выход в 1967 году монографии У. Найссера «Когнитивная психология». В ней он назвал компьютерные модели мышления упрощенными и неудовлетворительными. Задачей когнитивной психологии Найссер считал понимание того, каким образом «воспринимаемый, вспоминаемый и осмысляемый мир порождается из такого малообещающего начала, как конфигурация ретинальной стимуляции или узоры звукового давления в ухе» (Neisser, U., 1967, 1981). Исследователь подчёркивал, что справедливо говорить лишь о сходстве, но не об идентичности электронных программ и психических процессов. Конечной целью он видел демонстрацию роли знания в детерминации поведения человека.
У. Найссер подчёркивал активный характер познавательных процессов и предлагал различать в каждом из них две фазы. Первой является фаза «предвнимания», характеризующаяся относительно грубой обработкой информации, протекающей параллельно по разным каналам. Вторая фаза, названная фазой фокального внимания, является конструктивным актом, которому присуща осознанная, детальная и последовательная обработка стимулов. Именно во время второй фазы происходит вербальное кодирование информации, способствующее её длительному сохранению в памяти. У. Найссер ввёл понятие «перцептивного цикла». Если рассматривать его на примере зрительного восприятия, то можно выделить такие когнитивные структуры как предвосхищающие схемы. Они подготавливают индивида к принятию информации строго определённого вида, управляя таким образом его перцептивной активностью. Исследователь подчёркивал, что человек способен видеть только то, что умет находить глазами, поэтому именно предвосхищающие схемы определяют, что будет воспринято субъектом. Например, когда человек смотрит на губы собеседника и пытается понять причину его улыбки, он находится в другом перцептивном цикле, нежели тогда, когда пытается оценить состояние его зубов. С биологической точки зрения, предвосхищающие схемы — нервные процессы, осуществляемые целой системой рецепторов, афферентов, центральных прогнозирующих элементов и эфферентов.
В 70-х годах исследователи окончательно отошли от механистической компьютерной метафоры и стали рассматривать личный опыт человека, его мотивацию и эмоциональное состояние как важные составляющие процесса переработки информации. Так, Дж. Брунер называл потребности и ценности организующими факторами восприятия. В одном из экспериментов он использовал зрительную оценку монет разного достоинства. Испытуемыми были дети из разных социальных слоёв, и их задача заключалась в том, чтобы подстраивать под размеры монет световое пятно с помощью регулирующей ручки. «Бедные» дети переоценивали величину монет гораздо чаще и сильнее, чем «богатые». Брунер пришёл к выводу, что чем выше потребность индивида в некотором социально значимом объекте, тем более выражено влияние поведенческих детерминант на восприятие.
В 1983 году Дж. Фодор, выдающийся американский лингвист и последователь Н. Хомского, опубликовал свой манифест, в котором описал основные принципы нового подхода к пониманию строения познавательных процессов (рис. 6). Он назвал его «концепцией модулярности» и предположил, что архитектура познания представляет собой не единое целое, а мозаику множества параллельных и относительно автономных процессов. Дж. Фодор разделил механизмы реализации когнитивных функций на три группы: 1) так называемые проводники, которые включают в себя органы чувств, обеспечивающие преобразование физической информации от рецепторов; 2) системы входа — моду-лярно организованные перцептивные системы, функция которых заключается в вычислении параметров предметного окружения; 3) центральные системы, обеспечивающие функционирование таких сложных процессов как принятие решения, формирование мнения и планирование действий. Дж. Фодор выделил восемь признаков, по которым можно идентифицировать когнитивные модули. К ним относится узкая специализация, информационная закрытость, обязательность, высокая скорость, фиксированность нейроанатомических механизмов и некоторые другие.
Если в представлениях Дж. Фодора и его единомышленников лишь допускалась возможность одновременной оценки стимулов в отдельных звеньях когнитивных модулей, то в теории коннекционизма, появившейся в конце 80-х годов ХХ века, параллельность обработки информации стала главным принципом. Элементы системы когнитивных процессов, представленные на нейрофизиологическом уровне в виде нейронной сети, рассматриваются в этой концепции как связанные между собой и одновременно участвующие в формировании ответа на стимулы. В 1986 году Д. Румел-харт и Д. МакКлелланд опубликовали двухтомный труд, в котором были изложены основные принципы коннекцио-низма и разнообразные примеры, демонстрирующие справедливость теории параллельной переработки информации (Rumelhart D.E., McClelland J.L., 1986). Наиболее заметной моделью был так называемый перцептрон — обучаемая искусственная нейронная сеть, состоящая из множества организованных в слои трёх типов элементов: «нейронов» входа информации, ассоциативных и реагирующих элементов. Перцептрон позволяет создать набор связей между входными стимулами и необходимой реакцией на выходе. Значимость этих связей подсчитывается в форме так называемых весовых коэффициентов. Нейронные сети получили наибольшее распространение в моделировании контекстного поиска в семантической памяти, а также процесса формирования речи в норме и в патологии.
В настоящее время широкую известность получил термин «коннектом», рассматриваемый как вся совокупность связей между нейронами нервной системы (по аналогии с геномом) (Сеунг С., 2014). Однако, в отличие от генома, который «зафиксирован» начиная с момента зачатия, коннектом меняется на протяжении всей жизни. Выделяют 4 типа изменений:
- Изменение удельного веса существующих связей. Нейроны изменяют «удельный вес» связей между собой, усиливая или ослабляя их.
- Рекомбинация. Нейроны заново соединяются, создавая или уничтожая синапсы.
- Переподключение, которое происходит благодаря отращиванию или отведению ветвей аксонов и дендритов.
- Регенерация, в результате которой возникают совершенно новые нейроны, а существующие могут отмирать.
Все эти процессы управляются генами и, в то же время, находятся под влиянием того, что человек переживает, делает или даже думает. Вот как пишет о перспективах разработки теории коннекционизма автор книги «Коннектом» Себастьян Сеунг: «Если теория верна, то важнейшая задача нейробиологии — научиться управлять четырьмя процессами. Мы должны понять, какие изменения требуется внести в коннектом, чтобы добиться поведенческих изменений, на которые мы рассчитываем. А затем мы должны разработать средства для того, чтобы вызывать эти изменения коннекто-ма. Если нам это удастся, нейробиология станет играть неоценимую роль в попытках справляться с психическими расстройствами, исцелять мозговые травмы и самосовершенствоваться» (Сеунг С., 2014, с. 10).
Современное развитие когнитивной психологии протекает в различных руслах (Спиридонов В.Ф., Фаликман М.В., 2012):
- «Воплощенное познание» («embodied cognition»). Основной идеей данного направления является предположение о том, что корни познания находятся в опыте взаимодействия человека с окружающей средой (Varela F.J., Thompson E., Rosch E., 1991). Так, тело человека и его пространственные взаимоотношения со средой рассматриваются в качестве основного источника метафор.
- «Контекстное познание» («embedded cognition»). Данная линия исследований близка предыдущему направлению, однако отличается тем, что делает акцент на познании в контексте реальной деятельности и конкретной ситуации. В связи с этим выдвигается предположение, что исследования когнитивных процессов в условиях лабораторного эксперимента не могут описать адекватную модель их устройства.
- «Эмоциональное познание» («emotional cognition»). В этом подходе подчёркивается роль эмоций в процессе познания (Damasio А., 1994). Объективные данные, подтверждающие значение эмоций при восприятии информации, на сегодняшний день представлены в работах с использованием метода функциональной магнитно-резонансной томографии.
- «Социальное познание» («social cognition»). В рамках этого направления рассматривается взаимодействие познающего субъекта с другими людьми. Основной тематикой исследований является освоение языка ребёнком, а также обучение в совместной деятельности взрослых людей (Bruner S., 1975; Томаселло М., 2011). Нейрофизиологическим подтверждением данной концепции является изучение так называемых «зеркальных нейронов», обеспечивающих механизм социальных форм познания (Rizzolatti G., Fogassi L., Gallese V., 2006).
В течение последнего десятилетия когнитивная психология все больше сближается с нейронауками. Например, использование функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) даёт возможность исследователям изучать работу головного мозга в процессе решения задач как в норме, так и в патологии.