Когнитивная психология тривоас! Москва, 1996 ббк88 C60

:тав эксперимен--Q с "четырехухим <еловеком".

общение состояло из букв алфавита — от одной до четырех,— предъявля­емых одновременно по одному, двум, трем или всем четырем каналам. Как и в экспериментах со зрением, испытуемого просили повторить как можно больше букв; в некоторых экспериментах с частичным отчетом могли за­гораться четыре лампы, соответствующие расположению источника звука и указывающие испытуемому на те каналы, сигналы из которых он дол­жен воспроизвести. Лампы зажигались через одну секунду после предъяв­ления букв. Результаты воспроизведения с частичным отчетом были выше результатов с полным отчетом, что указывало на верность представления о кратковременном хранении слуховой информации в эхоической памяти. Еще более близкую аналогию методике Сперлинга с частичным отче­том имеет эксперимент Дарвина, Турвея и Краудера (Darwin, Turvey and Crowder, 1972). Через стереонаушники испытуемым предъявлялась мат­рица слуховой информации (сходная с вышеописанной визуальной матри­цей), состоящая из трех наборов по 3 знака, причем в наборах были сме­шаны цифры и буквы. Испытуемый слышал три коротких списка по три элемента, примерно так:

таружение и интерпретация сенсорных сигналов

ка". Воспроизведение измерялось посредством как полного, так и частич­ного отчета. Зрительная инструкция в виде прямоугольного столбика про­ецировалась на левую, среднюю и правую часть экрана перед испытуемы­ми. Как и в опытах со зрением, переменная задержка инструкции позволя­ла проследить затухание памяти. Дарвин и др. задерживали зрительную инструкцию на О, 1, 2 и 4сек; количество соответствующего воспроизве­денного материала отражено на Рис.2.12. Очевидно, что эхоическое хра­нение длится около 4сек, но наиболее полно информация сохраняется в течение первой секунды после слуховой стимуляции.

Мы рассмотрели две сенсорные модальности, через которые обнару­живается информация: зрение и слух. К сожалению, по вкусу, осязанию и обонянию собрано недостаточно данных, чтобы можно было уверенно ска­зать, существует ли раннее перцептивное хранилище памяти у этих орга­нов чувств, соответствующее иконическому и эхоическому хранению в зрении и слухе. Согласно некоторым данным, тактильная чувствитель­ность имеет механизм, аналогичный раннему сенсорному хранению (Bliss, et al., 1966).

Плодотворная работа в области зрения и слуха дала когнитивной психоло­гии важные понятия, помогающие объяснить последовательные этапы об­работки информации. Какая же общая задача у этих кратковременных и живых сенсорных отпечатков внешней реальности? Каково их место в когнитивной психологии в целом?

Удивительно мало внимания уделялось интегрированию теорий сен­сорной информации в более крупный план человеческих событий. Одно соображение, касающееся иконического и эхоического хранения (и, воз­можно, других аналогичных систем), состоит в том, что выделение инфор­мации из внешнего, физического мира происходит по принципу экономии. Учитывая астрономическое количество сенсорной информации, постоян­но возбуждающей нашу нервную систему, и ограниченные возможности когнитивных систем "высшего уровня" по обработке информации, только небольшая часть сенсорных признаков может быть отобрана для дальней­шей обработки.
Рис. 2.12. Зс

СИМОСТЬ ВОСПрС

ведения от зал жки слуховой струкции. Ада t ровано из (, rwin, Turvey ' Crowder, 1971

Обнаружение сенсорных сигна

Видимо, существует тонкий баланс между отбором соответствующей информации для дальнейшей обработки и отклонением несущественной информации. Временное хранение сенсорной информации, живое и точ­ное, такое как в эхоической или иконической памяти, дает нам механизм, при помощи которого можно отбирать для дальнейшей обработки только существенную информацию. Сохраняя на короткое время полный сенсор­ный отпечаток, мы получаем возможность сканировать непосредственные события, "выдергивая" наиболее рельефные стимулы и встраивая их в запутанную матрицу нашей памяти. Когда все работает исправно, то ин­формация кодируется, преобразуется и хранится в количестве не больше и не меньше, чем необходимо для нормального существования человека. С этим представлением совпадает мысль, высказанная Эдвином Борингом (Boring, 1946) более четырех десятилетий назад:

"Задача восприятия — в том, чтобы экономить мышление. Оно отбирает и определяет то, что непреходяще и, следовательно, важно для выживания и благополучия организма."

Способность к комплексной обработке зрительных стимулов можно объяснить в терминах сенсорного хранения; способность к чтению вполне может основываться на иконическом хранении, позволяющем выявлять неоспоримые признаки зрительного поля и игнорировать те внешние сти­мулы, которые являются несущественными. Сходным образом наша спо­собность понимать речь вполне может основываться на эхоическом хране­нии, позволяющем на короткое время сохранять слуховые признаки при одновременном поступлении новых; это дает возможность переходить к абстракциям, основываясь на фонетическом контексте.

Разработка вопросов кратковременного сенсорного хранения, как и дру­гих, менее четко определенных видов хранения, может объяснить суще­ственные черты эволюции человека. Функционирование их в качестве ме­ханизмов выживания является чисто умозрительным, но вполне правдопо­добно, что они позволяют нам воспринимать "все" и при этом обращать внимание только на существенные компоненты перцептов, образуя тем самым наиболее экономичную систему. Сенсорное хранение дает нам вре­мя для извлечения важных признаков с целью их последующей обработки и организации действия.

/. Для когнитивных психологов восприятие интересно тем, что по­знание, как полагают, является следствием внешних событии; на сенсорное обнаружение влияет предшествующий опыт, и знание о сенсорном опыте говорит нам о том, как абстрагируется информа­ция на когнитивном уровне.

2. Сенсорные пороги не абсолютны, они определяются как интенсив­ностью сигнала, так и процессами принятия решений наблюдате­лем.

3. Теория обнаружения сигнала, заимствованная у техники и теории статистических решений, изменила представления психологов о сенсорных порогах и* путях их изучения. Установлены факторы, влияющие на пороги: интенсивность сигнала, содержание задачи, ожидания наблюдателя, награда или наказание в зависимости от результатов обнаружения и критерий наблюдателя.

4. Основной вопрос, затрагиваемый при изучении объема восприя­тия: как много мы можем воспринять при короткой экспозиции? Исследованиям только что возникшего зрительного ощущения спо­собствовали два технических достижения: устройства для хроног-рафии и тахистоскоп.

5. Отчет испытуемого о воспринятых стимулах состоит из двух эта­пов: (1)восприятие или актуальное сенсорное запечатление; и (2)воспроизведение или способность изложить то, что было запе­чатлено до его стирания. Методики частичного отчета имеют отно­шение к проблеме смешения сенсорной емкости со способностью к воспроизведению.

6. Иконическое хранение удерживает зрительные входные сигнала и, видимо, не зависит от факторов субъективного контроля (напри­мер, внимания). Его емкость оценивается как минимум в 9 элемен­тов, а длительность — примерно 250мсек.

7. Эхоическое хранение удерживает слуховые входные сигналы в те­чение около 4сек.

8. Иконическое и эхоическое хранение позволяют нам отбирать су­щественную информацию для дальнейшей обработки, обеспечивая тем самым одно из решений проблемы ограниченной пропускной способности, присущей системе обработки информации.

Ключевые

слова

обнаружение и интерпретация

сенсорных сигналов

эхоическое хранение

иконическое хранение

теория обнаружения сигналов

интерференция на выходе

восприятие

критерий ответной реакции

ощущение

шум

надпороговый

порог

Обнаружение сенсорных сиен.*

Среди лучших книг, знакомящих со многими темами этой главы, можно

назвать:

Masaro. Experimental Psychology and Information Processing;

Klatsky. Human Memory;

Baddeley. The Psychology of Memory;

Sporehr and Lehmkuhle. Visual Information Processing.

Доклады по тем вопросам, которые обсуждались в этой главе, часто содер­жатся в свежих выпусках некоторых журналов:

Perception and Psychophysics; Cognitive Psychology; Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Perception and Memory and Cognition.

Низшая форма мышления — это простое опознание. Высшая — это глубокая интуиция человека, видящего всякую вещь как часть некоторой системы. — Платон.

Распознавание паттернов

В предыдущей главе, посвященной обнаружению сенсорных сигналов, мы убедились, насколько трудно отделить сенсорные сигналы от дру­гих феноменов и изучать начальный этап обработки их человеком, не зат­рагивая в то же время когнитивные процессы высшего уровня. В этой главе мы обратимся к распознаванию паттернов. В данном контексте слово "паттерн" означает сложное сочетание сенсорных стимулов, опоз­наваемое человеком как член некоторого класса объектов. Так, когда я смотрю на лицо моей подруги, или слушаю кантату Баха, или с аппетитом ем свинину в горшочке, я способен распознать каждый из этих перцептов как нечто, однажды уже пережитое. Какие же когнитивные механизмы нужны, чтобы описать процесс опознавания этих сложных паттернов? Вижу ли я сначала нос, глаза, губы, подбородок, уши и волосы моей подруги, а затем объединяю все эти черты вместе или я сначала вижу все ее лицо, а потом уже различаю ее нос, глаза, губы, подбородок, уши и волосы?

Рассматривая обнаружение сенсорных стимулов, мы ограничивались восприятием довольно простых объектов, обнаружение которых в основ­ном определяется их качеством и интенсивностью. Обработка такой ин­формации зависит скорее от входных данных, чем от концептуальных фак­торов. Дата-зависимая ("data-driven") обработка начинается в момент по­ступления сенсорных сигналов, тогда как концептуально-зависимая обра­ботка начинается тогда, когда у человека уже формируется некоторое понятие или ожидание того, какая информация ему встретится. Видимо, в повседневной жизни человек использует при обработке воспринятой им информации как дата-зависимые, так и концептуально-зависимые процес­сы. Распознавание паттернов определяется как информацией, воздейству­ющей на органы чувств, так и знаниями, хранящимися в памяти.

В данной главе мы проложим мост от обнаружения простых сенсорных сигналов, которое в большей степени является дата-зависимым, к воспри­ятию сложных паттернов, которое в большей степени является концепту­ально-зависимым. При этом, рассматривая процесс распознавания паттер­нов, мы сосредоточимся на начальных, в чем-то более простых этапах обработки зрительных паттернов, а работу так называемых высших уров­ней будем затрагивать только по мере необходимости. Поскольку когни­тивные системы взаимосвязаны, нам придется иногда обращаться к те­мам, которые детально рассматриваются в следующих главах.

Удивительным свойством восприятия является его способность опоз­навать знакомые паттерны сенсорной информации. Благодаря этому свой­ству, мы можем узнать старого знакомого среди моря лиц, по нескольким нотам определить всю музыкальную пьесу, можем прочитать слова, уз­нать вкус квашеной капусты или восхищаться запахом розы. В повседнев­ной жизни мы постоянно распознаем паттерны и можем обмануться, поду­мав, что это простой процесс. Как, однако, вы узнаете вашу бабушку? Неужели при помощи "эталона бабушки", не совпадающего больше ни с каким бабушками? Или у вас есть прототип бабушки, содержащий только ее контуры, но тем не менее позволяющий вам узнать ее и когда она одевает очки, и даже когда она вынимает эубы? ("А, бабуля, еле узнал тебя!") Или вы быстро сканируете ее черты и сверяете каждый элемент со списком "главных черт моей бабушки"? Хотя дальше мы будем говорить только о распознавании зрительных паттернов, другие виды "паттернов"— слуховые, тактильные и т.д.— тоже влияют на наше поведение, но они гораздо меньше изучены, чем зрительные, и данная глава отражает это

чаружение и интерпретация сенсорных сигналов

Восприятие формы

В настоящий момент два американских кос­мических корабля "Вояджер" несутся в пространстве, направляясь к звездам. Эти корабли необычны тем, что каждый из них несет защищенную золотым покрытием фо­нограмму; когда ее расшифруют существа из далеких цивилизаций, она расскажет им о нашей планете и культуре. Каждая за­пись содержит около 90 минут звуков му­зыки, земных звуков, приветствия на 60 языках и 118 "фотографий" людей и пла­нет. Что будут делать с этой информацией разумные обитатели далеких цивилизаций? Для когнитивного психолога более важен другой вопрос: какие предположения о че­ловеческом восприятии и обработке инфор­мации содержатся в этой задаче?

Для иллюстрации наших предположе­ний об особенностях восприятия сложных форм людьми и неземными существами, посмотрим на фотографии N61 и N62. На фото 62 охотник племени Бушменов и пред-

положительно его сын охотятся на неболь­шое рогатое четырехногое животное. Боль­шинство людей легко различат, что это животное больше, чем его абсолютные размеры на фото. На фото 61 изображены обработанные силуэты трех основных объектов с фото 62 вместе с размерами животного и мальчика. Предполагалось, что неземные существа смогут использовать указанные размеры, чтобы получить пред­ставление о восприятии глубины, которым наделены мы, люди. Все же, если говорить о вероятно уникальной истории эволюции земных и других существ, маловероятно, что даже эти признаки достаточны для полного и непосредственного понимания. Люди используют в процессе восприятия формы мириады когнитивных и физиоло­гических признаков, чтобы получить одно целостное впечатление; насколько нам из­вестно, это свойственно лишь разумным: существам.

Распознавание паттес.

неравенство. Как мы увидим, даже самое обычное распознавание паттер­нов включает сложное взаимодействие ощущений, восприятия, КВП, ДВП и когнитивного поиска с целью идентификации стимулов.

Какие же когнитивные процессы нужно постулировать, чтобы объяснить нашу способность классифицировать зрительные паттерны? Этот вопрос изучался с нескольких теоретических позиций. Из них мы обсудим следу­ющие:

Гештальт-психология. Распознавание паттернов основано на воспри­ятии целого стимульного паттерна. Отдельные части целостной конфигу­рации приобретают свое значение, находясь в составе целого.

Обработка информации по принципу "снизу-вверх." или "сверху-вниз"¹. Распознавание паттерна начинаемся с отдельных его частей ("сни­зу-вверх"), суммирование которых ведет к опознанию всего паттерна; либо: распознавание всего паттерна ведет к опознанию его компонентов ("сверху-вниз").

Сравнение с эталоном. Распознавание паттернов происходит при на-личиии совпадения сенсорных стимулов с соответствующей внутренней мысленной формой.

Подетальный анализ. Распознавание паттерна происходит после ана­лиза элементарных свойств входных стимулов (аналогично обработке по принципу "снизу-вверх"²).

Опознание по прототипу. Распознавание паттерна происходит при наличии совпадения воспринимаемого паттерна с абстрактным или иде­альным умственным паттерном.

1ринципы гештальта

Некоторые стимульные паттерны одинаково опознаются разными людьми. Так, большинство людей опознают следующий зрительный паттерн: I I

и называют его квадратом. В начале 20-го века гештальт-психологи |____|

изучали то, как мы организуем и опознаем зрительные стимулы. Согласно первым гештальт-психологам, паттерн организуется так, что все стимулы

'Принцип "снизу-вверх" соответствует русскому выражению "от частного к общему", а принцип "сверху-вниз" — выражению "от общего к частному" (соответственно, индуктивный и дедуктивный методы). Русские выражения обычно относятся к процессам мышления, американские аналоги — к любым процедурам (в том числе и сенсорным), выполняемым человеком или маши­ной.— Прим. ред.

²Аналогия чисто внешняя: часть стимула (в принципе "снизу-вверх") может быть как элементарной, так и сложной его компонентой.— Прим. ред.

бнаружение и интерпретация сенсорных сигналов

О

действуют совместно и таким образом производят впечатление большее, чем сумма ощущений от каждого отдельного стимула. Вертгаймер (Wertheimer, 1923) формулирует основные принципы психологии гештальта в следующем рассуждении:

Согласно Вертгаймеру, некоторые стимульные паттерны стремятся к естественной (или "спонтанной") организации. Например, весьма вероят­но, что изображение:

вызовет у вас впечатление ряда из восьми точек. А если из них составить такой паттерн:

то вы будете склонны видеть четыре группы двухточечных паттернов, и при этом будет достаточно трудно мысленно переставить их так, чтобы видеть первую точку отдельно, вторую и третью — вместе, четвертую и пятую — вместе, шестую и седьмую — вместе, а восьмую — снова от­дельно. Или, если те же самые восемь точек расположить так:

то вы будете склонны видеть квадрат, круг и абстрактную форму соответственно.

Вертгаймер предложил следующие принципы такой организации:

Близость. Элементы, близко расположенные во времени или простран­стве, имеют тенденцию восприниматься вместе. Например, линии на Рис.3.1 а склонны видеться в виде трех пар линий.

Распознавание патт

Сходство. Одинаковые элементы, входящие в одну структуру, имеют тенденцию восприниматься вместе (Рис.ЗЛЬ).

Направление. Элементы, образующие непрерывное плавное направление, имеют тенденцию восприниматься вместе (Рис.3.1 с).

Объективная установка. Однажды воспринятая организация имеет тенденцию видеться в сходных организациях, непосредственно следующих за ней (Рис.3.Id). Если мы смотрим на точки слева направо, то мы склонны продолжать видеть точки так, как они расположены на левой фигуре (т.е. парами), хотя на правой фигуре фактор близости уже отсутствует.

Общая судьба. Элементы, выделенные из общей группы сходным образом, сами стремятся объединиться в группу, как показано на Рис.3.le.

Прегнантность. Фигуры видятся настолько "хорошо", насколько это возможно при данных стимульных условиях. "Хорошая" фигура — это стабильная, такая, которую нельзя упростить или упорядочить путем изменения восприятия. Например, разрывы в фигурах на Рис.3.H фактически не замечаются, и эти фигуры видятся как более "хорошие" круг и треугольник.

Ранние гештальтисты (в частности, Келер (Koehler, 1947)) особо на­стаивали том, что спонтанная организация паттерна есть естественная функция стимула как такового и очень слабо связана с прошлым опытом

наружение и интерпретация сенсорных сигналов

человека. Хотя споры об истоках "естественной организации" продолжа­ются, результаты многих экспериментов (некоторые из них основаны на меж-культурных исследованиях³) подтверждают/что "естественная орга­низация" паттерна непосредственно связана с перцептивной историей индивидуума.

Изучение распознавания паттернов в когнитивной психологии значи­тельно отклонилось от курса, взятого в ранних исследованиях гештальти-стов. Теперь когнитивные психологи переключили свое внимание с осо­бенностей элементарных стимулов на "внутренние" структуры и процес­сы, связанные с опознанием сложных паттернов. Ниже мы рассмотрим некоторые их этих моделей, а также паттерны, на которых они основаны.

Как мы распознаем образ? Узнаем ли мы собаку потому, что сначала уви­дели ее шерсть, четыре ноги, глаза, уши и пр.,— или мы узнаем эти части потому, что сначала увидели собаку? Эта проблема — начинается ли рас­познавание с частей паттерна, которые служат только основанием для распознавания целого ("снизу-вверх"), или же оно начинается с выдвиже­ния гипотезы о целом, которая позволяет его идентифицировать, а потом опознаем его составные части ("сверху-вниз") — называется "аналити­ческий парадокс". (Термины "снизу-вверх" и "сверху-вниз" заимствованы из компьютерной лексики.)

Некоторые теоретики, например, Палмер (Palmer, 1975a) предположи­ли, что при определенных обстоятельствах опознание частей и целого может происходить одновременно в направлении снизу-вверх и сверху-вниз. В качестве примера взаимодействия стратегий "от частного к общему" и "от общего к частному" Палмер приводит опознание частей лица в контексте и без такового. Как видно из Рис.3.2, части лица, легко опознаваемые в контексте, выглядят неоднозначно, если стоят отдельно, но становятся узнаваемыми при более подробном изображении или когда снабжены до­полнительной информацией.