Рис. 1.13. Принципиальная схема нейронной сети
Каждый из этих элементов – искусственный нейрон (очень упрощенная формальная модель реальной нервной клетки) – собирает сигналы от других нейронов и, следуя определенному правилу, передает их дальше.
Обучение сети – процесс ее настройки на решение конкретной задачи. В ходе обучения одни связи оказываются более значимыми, т. е. получают больший «вес» при обработке, другие – меньший. Обучение заключается в определении и многократном уточнении «веса» связей между отдельными элементами.
Только надо помнить, что нейронной сетью называют не набор микросхем и проводов, их соединяющих, а специальный математический метод обработки данных. Он лишь имитирует работу реальной нейронной сети, состоящей из нервных клеток – нейронов.
Современные нейросетевые модели после обучения справляются с самыми разными задачами: отличают настоящие купюры от фальшивых, находят конкретное человеческое лицо в огромном массиве фото или видео, моделируют вещества с заранее заданными свойствами, обыгрывают в шахматы или в го лучших игроков-людей, пишут стихи или рисуют картины в заранее заданном стиле, поддерживают беседу на заданную тему и многое другое. Однако изначально их создавали не с прикладными, а с исследовательскими целями – научиться лучше понимать процессы переработки информации. Здесь пока достижений относительно немного: изучение того, что происходит с информацией «в глубинах» нейронной сети, оказалось очень непростым делом, хотя в некоторых случаях они прекрасно имитируют успешное человеческое поведение или, наоборот, совершают характерные ошибки.
И модульный, и нейросетевой подходы наряду с более почтенным символьным предлагают удобные, хорошо структурированные «языки» для описания сферы познания и постановки исследовательских вопросов о ее устройстве, на которые стремятся ответить ученые. Пользуясь этими возможностями, когнитивные психологи за прошедшие годы стали изучать когнитивное развитие (развитие познавательной сферы, связанное с возрастом); выяснили, что большая часть процессов переработки информации очень специализирована, т. е. предназначена для конкретных задач или ситуаций, а универсальные методы, навыки или способности весьма и весьма редки; обнаружили, какую принципиальную роль для познания играют культура и язык; научились описывать как очень простые (молекулярные), так и очень сложные (молярные) процессы переработки информации и то, как они изменяются в ходе научения; открыли, что существуют когнитивные процессы, которые в своей работе опираются на знания о других когнитивных процессах (их назвали метакогнитивными), и многое-многое другое. Отдельно следует отметить широчайшее распространение методов регистрации мозговой активности – функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) (рис. 1.14), магнитной (МЭГ) и электроэнцефалографии (ЭЭГ), а также оптической томографии (fNIRS). Когнитивные психологи вместе с нейроучеными изучают при помощи этих методов процессы переработки информации, особенно в тех случаях, когда традиционные поведенческие эксперименты не позволяют полностью проверить выдвинутые гипотезы.
Рис. 1.14. Результаты фМРТ-исследования инсайта (по Tik et al., 2017)
Когнитивная психология даже в самом начале своего пути не ограничивалась лишь познавательными процессами. К сегодняшнему дню она резко расширила свои границы и за счет такой экспансии «захватила» традиционные области клинической, возрастной, дифференциальной и других отраслей или направлений психологии. Но, наверное, самым заметным новоприобретением стали исследования сознания и бессознательного.
В каком-то смысле когнитивная психология вернулась к истокам: ведь именно с теоретических и экспериментальных исследований сознания в ХIX веке вообще началась научная психология. Современные когнитивные исследования существенно отличаются от классики позапрошлого века. С опорой на новые идеи и методы сознание превратилось в полноценный предмет изучения. Чтобы преодолеть последствия увлечения компьютерной метафорой, когнитивным психологам потребовалось и еще потребуется множество усилий. Все-таки, как выяснилось за 60 с лишним лет, человеческие когниции не очень похожи на компьютер.
Особенно преуспели в этой борьбе теории, принципиально направленные на расширение поля исследований за пределы, очерченные компьютерной метафорой. Самые заметные из них – группа подходов, которую сегодня принято именовать 4Е: воплощенное познание (Embodied cognition), встроенное (укорененное) познание (Embedded cognition), расширенное познание (Extended cognition) и активное познание (Enacted cognition[30]). Они постулируют, что системы переработки информации у человека и животных ни в каком смысле нельзя назвать «внутренними». Люди используют особенности и составные части конкретной ситуации, в которой происходит переработка информации, чтобы переложить на них часть своей когнитивной нагрузки (например, считают на пальцах, используют внешние ориентиры на местности или помогают себе жестами, объясняя решение задачи). Когнитивные процессы несут на себе отпечаток строения нашего тела и мозга, восприятия предметов сквозь земную атмосферу и передвижения по этой планете в тех физических условиях, которые нам достались.
Конечно, речь идет не об индивидуальном опыте познания, но об истории нашего (и не только нашего) биологического вида. Названные подходы подчеркивают укорененность когнитивных процессов в опыте взаимодействия многих поколений организмов с окружающей средой, что и позволило сформироваться живым существам со сложным поведением на нашей планете. Всё это заставляет совершенно по-новому посмотреть на процессы переработки информации, которые перестают быть скрытыми от внешнего взгляда. Подробнее об этом – в главе 3.
Три последующих главы – развернутые иллюстрации к данному разделу первой главы. В них мы постараемся подробнее рассказать о нескольких различных областях исследований мышления, которые сложились в рамках современной когнитивной психологии.
Чтобы сделать более объемным наше изложение, мы поместили в конце книги список текстов, с разной степенью подробности описывающих когнитивную психологию мышления и сопредельные области (см. стр. 236). Эти работы в равной степени подойдут как опытным психологам, так и читателям, просто интересующимся исследованиями человеческого познания. Также туда включены и несколько более специальных текстов, в которых можно найти подробное обсуждение тех проблем, которые лишь намечены в наших главах.
Глава 2. Когнитивная психология инсайта
Предыстория
Инсайт (от англ. insight – озарение, прозрение) – один из самых узнаваемых и запоминающихся моментов в ходе решения сложной задачи, когда после длительных усилий в голову приходит счастливая идея и задача кажется понятной и решенной. Иногда яркая идея приходит сразу, и такая удача тоже называется инсайтом.
Переживать этот яркий момент и связывать его с неожиданными ответами стали очень давно. Особенно много подобных самоотчетов принадлежит людям, постоянно решающим какие-то задачи или проблемы. Например, классическая цитата из работы французского математика Анри Пуанкаре: «В эту пору я покинул Кан, где я тогда жил, чтобы принять участие в геологической экскурсии, организованной Горным институтом. Среди дорожных перипетий я забыл о своих математических работах; по прибытии в Кутанс мы взяли омнибус для прогулки; и вот в тот момент, когда я заносил ногу на ступеньку омнибуса, мне пришла в голову идея – хотя мои предыдущие мысли не имели с нею ничего общего… Я не проверил этой идеи; для этого я не имел времени, так как, едва усевшись в омнибус, я возобновил начатый разговор, тем не менее я сразу почувствовал полную уверенность в правильности идеи. Возвратясь в Кан, я сделал проверку; идея оказалась правильной»[31].
Также опираясь на самонаблюдение, другой известный исследователь – немецкий физик, врач, психолог и физиолог[32] Герман Гельмгольц – описал эту и некоторые другие фазы решения мыслительной задачи. Он выделял: 1) подготовку; 2) созревание или инкубацию; 3) вдохновение или озарение (именно эту фазу сейчас называют инсайтом). Мыслительный процесс начинается с ознакомления с задачей и попыток решить ее хорошо освоенными способами. Однако в том случае, если решение не обнаружено, постепенно начинается потенциально самый длинный этап – созревание, когда задача «уходит» из сознания и решение продолжается за счет неосознаваемых процессов. В какой-то момент неожиданно, безо всякого усилия, в голову может прийти удачная идея. Это и есть фаза вдохновения. Самому Гельмгольцу больше всего помогали прогулки по лесистым холмам в солнечный день – так удавалось решать наиболее сложные научные проблемы.
Эти термины для описания этапов решения со ссылкой на Гельмгольца ввел английский психолог и политолог Грэм Уоллес, добавивший еще и заключительную фазу: 4) проверку. Найденный ответ проверяется, и если оказывается верным, то процесс решения задачи заканчивается. Если же обнаружена ошибка, то решатель может вернуться на любой из более ранних этапов и продолжить поиски. Отметим, что проверка, как и подготовка, проводится хорошо освоенными, осознаваемыми методами.
Само понятие инсайт было введено в психологию немецким гештальтпсихологом Вольфгангом Кёлером. Этому способствовала достаточно неожиданная ситуация. Кёлер был интернирован в ходе Первой мировой войны, когда находился на испанском острове Тенерифе, где он работал в лаборатории по изучению поведения человекообразных обезьян. Ему разрешили работать, не выезжая с острова. За несколько лет он экспериментально исследовал закономерности решения проблемных ситуаций приматами и узнал много принципиально нового. Книга, написанная по материалам исследований, получила название «Интеллект человекообразных обезьян»