Переводчики Н. Завалковская, Т. Литвинова, П. Ярышева

 

Роберт Солсо, Отто Х. Маклин, М. Кимберли Маклин

Когнитивная психология. 8-е изд.. — СПб.: Питер, 2024.

 

ISBN 978-5-4461-1230-2

© ООО Издательство "Питер", 2024

 

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

 

Посвящение

Памяти Кэти Донован, работавшей профессором психологии в Университете Центральной Оклахомы в течение 17 лет

Мы посвящаем эту книгу учителям из всех уголков мира, которые без устали работают, чтобы поделиться своими знаниями с другими, как делала Кэти.

Спасибо за воспоминания…

Отто Х. Маклин, M. Кимберли Маклин

Роберт Л. Солсо (1933–2005)

Нашим читателям

Добро пожаловать в когнитивную психологию! Будь вы студентом, преподавателем или случайным читателем, мы надеемся, что вы насладитесь этой книгой и узнаете много нового о работе разума и мозга.

Когда Боб Солсо более тридцати лет назад готовил первое издание ­когнитивной психологии, это было особенно сложной задачей, потому что у него не было перед глазами примера, которому можно было бы последовать, кроме классических ныне работ Эрнста Моро (1939), Ульрика Найссера (1967), а также сотни статей и документов с симпозиумов, доступных в то время. На Боба значительно повлияли лекции Эда Смита по познанию, которые проходили в Стэнфордском университете в 1974 г. Организация материалов, предложенная Эдом, все еще лежит в основе данной книги (хотя и была изменена за эти годы). Мы видели подобный стиль в десятках книг по когнитивной психологии, которые существуют в наши дни и в одинаковой степени ценны как для студентов, так и для преподавателей во всем мире. И действительно, эта книга была переведена на русский и турецкий языки, ее печатали в Китае.

Как известно, Боб скончался в январе 2005 г. Поминальную службу проводили в День святого Валентина, что очень подходило для человека, который так сильно любил жизнь, людей, науку и писательскую деятельность. Для нас большая честь объявить, что мы тоже были его аспирантами и провели множество часов на семинарах и в неофициальных дискуссиях о когнитивной психологии, а также были заняты делом, представляющим реальную важность, — передачей наших знаний другим. Таким образом, мы чувствуем, что нам очень повезло продолжить эту книгу в той традиции, которую начал более чем четверть века назад Роберт. Внеся изменения в данное издание, мы приложили все усилия, чтобы сохранить стиль текста Боба, отдающий дань прошлому и охватывающий будущее когнитивной психологии. Дайте нам знать, как мы справились с задачей.

Преподавателю

В восьмом издании мы сохранили все лучшее, что было в предыдущих семи изданиях, добавив новый важный материал и реорганизовав структуру книги, чтобы лучше показать суть когнитивной деятельности. В связи с этим мы изменили названия некоторых глав, чтобы лучше отразить их содержание, и поменяли местами отдельные части текста, разбросанные по нескольким главам, с целью расположить их более упорядоченно. Кроме того, отдельные темы, такие как различные советы, которым ранее была отведена отдельная глава, были перемещены в главы, к которым они и относятся. В настоящем издании также отражены все изменения в области когнитивной нейронауки, касающиеся не только методов, но и способов получения данных и их интерпретации. Мы не забыли и о том, что когнитивная психология является прежде всего способом исследования человеческого разума: его природы, мыслей, умозаключений, языка, памяти. Эти и другие проблемы познания иллюстрирует, объясняет и разъясняет нейропознание (более чем на одном уровне). Мы сохранили в книге описание многих традиционных исследований, которые прошли испытание временем и эмпирическую проверку наукой, и там, где это было необходимо, добавили новые интересные материалы. Мы испытывали огромное желание заменить старые исследования новыми (ради «новизны» материала), и в некоторых случаях, где более свежая работа иллюстрирует новый аспект проблемы, такая замена оправдана. Однако во многих случаях более старые исследования по-прежнему ясны и актуальны, и тогда мы оставляли их. Мы также обновили пояснения и примеры для многих более старых исследований, чтобы больше заинтересовать сегодняшних студентов.

Отто Х. Маклин, M. Кимберли Маклин

Ким Маклин — профессор психологии Университета Северной Айовы. Преподаватель, исследователь, автор книг, юридический консультант. Специализируется на исследовании условий доказательности воспоминаний (в виде показаний свидетелей, опознания свидетелей и судебно-медицинских опросов детей), а также исследовании стереотипов (особенно криминальных стереотипов), предрассудков и вопросах дискриминации.

Отто Х. Маклин – доктор философии, Университет Северной Айовы.

Обзор изменений этого издания

Каждая глава начинается с предварительных вопросов, которые мы назвали «Хмм?..» Они призваны удержать внимание студентов, сподвигнуть их на размышления и поиск ответов в книге. Мы знаем, что изучение определенной информации происходит намного легче, если студент имеет представление о том, что́ он будет изучать.

Большая часть глав начинается с краткого обзора исторического взгляда на представленную тему. Так как область когнитивной психологии меняется очень быстро, мы полагаем, что для читателей важно знать какой-то исторический материал, чтобы они могли понять новую информацию в контексте прошедших событий. Многие главы, соответственно, заканчиваются рассказом о недавнем исследовании в области когнитивной нейронауки («В центре внимания когнитивной нейронауки») и обзором теоретически или методологически интересного открытия («Дополнительные материалы»), подчеркивающего особенность этой главы.

Разделы «ПОЗНАНИЕ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ» и «ПОПРОБУЙТЕ ЭТО» мотивируют студента проанализировать или рассмотреть какую-то тему с точки зрения повседневного опыта, с помощью простой демонстрации или мысленного эксперимента.

По тексту, кроме того, добавлены обсуждения эволюционных основ когнитивных процессов. Полностью пересмотрена глава о сознании — туда включены важные философские и когнитивные точки зрения о сознании, при этом сохранилось основное содержание — состояние сознания (например, сон и т.д.). Количество информации о языке было уменьшено до одной главы, была добавлена новая глава — «Забывание и запоминание». В главу о развитии добавлено новое освещение темы познания. Все главы были пересмотрены для внесения большей ясности, добавлены новые иллюстрации и обновлены сноски. Кроме того, включено множество новых цитат, которые заставят студента на секунду остановиться и подумать, собрать воедино все, что он знает. К тому же мы считаем цитирование эффективным способом начать лекцию.

Хотя названия многих глав изменились, мы постарались сделать так, чтобы преподаватель, возвращаясь к этому тексту, видел, что план его курса все еще сочетается с восьмым изданием учебника.

1. Введение и методы исследования.

2. Когнитивная нейронаука.

3. Ощущение, восприятие и внимание.

4. Распознавание объектов.

5. Модели памяти и кратковременная память.

6. Теории памяти и долговременная память.

7. Забывание и запоминание.

8. Сознание.

9. Вербальная репрезентация знаний.

10. Визуальная репрезентация знаний.

11. Язык.

12. Познание в течение человеческой жизни.

13. Формирование понятий, логика и принятие решений.

14. Решение задач, творчество и человеческий интеллект.

15. Искусственный интеллект.

В создании этой книги участвовало много людей, и мы с удовольствием отдадим им дань уважения. Обратная связь от преподавателей и студентов по поводу того, что работает, а что нет, чрезвычайно важна, ведь эта книга для вас, и мы ценим ваше мнение и верность данному учебнику. Нелегкая задача — рецензировать книгу (и делать это хорошо). Мы особенно хотели бы отметить рецензентов восьмого издания, которые потратили много времени, чтобы предоставить полезную и конструктивную критику. Их вклад бесценен, и множество изменений в книге являются прямым результатом их работы. Это Гари Клацки (SUNY в Освего), Дэвид Ладден (Колледж Линдси Уилсона), Крис Нибауэр (Университет Слиппери-Рок), Анджелина Маккьюн (Университет Теннесси в Мартине), Томас Шаффер (Университет штата Южная Дакота).

Также благодарим редактора Стивена Фрэйля за поддержку художественного отдела в Allyn & Bacon, работавшего с нами над дизайном обложки, и Пэтти Донован из Pine Tree Composition Inc. за приложение невероятных усилий для выпуска книги.

Спасибо Лукасу Хеуеру, студенту-бакалавру из Университета Айовы, за его помощь в сборе материалов, и Дуайту Петерсону, нашему аспиранту, который помогает (и бросает вызов) нам на каждом шагу. Мы также в долгу перед помощниками по административным вопросам кафедры психологии, Джин Маршалл и Бетти Бэдженстос.

Они делают нашу жизнь легче каждый день в большей или меньшей степени, и мы их очень ценим. Спасибо также нашему другу Стиву Кнаппу за его обратную связь, понимание, за предоставленные выдержки из новостей и цитаты. Мы также хотели бы поблагодарить наших коллег — вы знаете, что это о вас, — и мы говорим вам спасибо за вашу дружбу и понимание. И наконец, что не менее важно, мы благодарны за то, что наши семьи терпят наше отсутствие и наш плотный график, отдельное спасибо нашим сыновьям Гейджу, Дэвису и Рикардо за то, что они были настолько терпеливы все время, пока ответом на часто задаваемый вопрос «Вы доделали книгу?» не стало «Да!»

Отто Х. Маклин. otto.maclin@uni.edu. Фотограф: Karen Orders Photography

M. Кимберли Маклин. kim.maclin@uni.edu. Любезно предоставлено Tim Crone

Глава 1. Введение и методы исследования

Что такое когнитивная психология?

Краткая история когнитивной психологии

Взлет и падение бихевиоризма

Когнитивная психология — это обработка информации

Когнитивные метафоры, мо­дели, теории и перспективы

Метафоры

Модели

Теории

Перспективы

Отношения между когнитивной психологией и когнитивистикой

Методы исследования

Измерение психологических коррелятов по отношению к материальному миру

Документирование уникальных случаев

Этика

Студенту

Я мыслю, следовательно, существую.

Декарт

Что такое когнитивная психология?

Когда вы читаете этот вопрос и думаете о нем, вы включаетесь в процесс познания. Когнитивная психология занимается восприятием информации (вы читаете вопрос), пониманием (вы осмысливаете вопрос), мышлением (вы спрашиваете себя, знаете ли вы ответ), а также формулировками и ответами (вы можете сказать: «Когнитивная психология — это изучение мышления» или «Я не знаю!»). Когнитивную психологию можно также рассматривать как исследование того, что лежит в основе мыслительных процессов. Таким образом, когнитивная психология охватывает все, что мы делаем.

Некоторое представление о том, что такое когнитивная психология на самом деле, можно получить, изучив деятельность, требующую познаний в этой области, — работу авиадиспетчера.

Авиадиспетчеры ответственны за жизни пассажиров самолета и пилотов, они координируют движение воздушного транспорта, чтобы удостовериться, что самолеты находятся на безопасном расстоянии друг от друга. Некоторым людям такая работа может показаться легкой. Но на самом деле это трудная работа, и иногда ее называют «часами, проведенными в скуке, перемежающимися с моментами чистейшего страха». Прочитайте отчет одного диспетчера о его работе:

Авиадиспетчеры за работой

«Это похоже на трехмерную игру в шахматы. Вам необходимо сконцентрироваться на нескольких вещах одновременно: быть в состоянии визуализировать движущийся самолет и управлять им. На расстоянии 15 миль от вас один самолет набирает высоту, затем подает сигнал другой самолет, на расстоянии 20 миль, набирающий ту же высоту в другом направлении.

Кроме того, в скором времени вы ожидаете следующий рейс по расписанию в этой зоне. Вы сидите и думаете: “Что я должен сделать?” Быстрое принятие решения — вот в чем заключается данная работа. Вы постоянно обновляете информацию и должны знать о том, что происходит на вашем участке, каждую минуту, каждую секунду. Основными качествами поэтому являются сообразительность и способность быстро устанавливать связь. Напряжение огромно... последствия могут быть катастрофическими».

Как когнитивный психолог стал бы рассматривать работу авиадиспетчера? Он разделил бы ее на отдельные задачи и связанные с ними когнитивные процессы. Например, основное разделение могло бы состоять из нескольких частей: (1) внешние исходные данные: прогнозы погоды, информация, показанная на радиолокационном индикаторе и полученная по радиосвязи с пилотом; (2) избирательное внимание и восприятие внешних исходных данных; (3) формирование внутренних представлений, которые будут храниться в памяти; (4) принятие решения и планирование; наконец, (5) принятие мер типа ввода данных или общения с пилотом. Поскольку при работе авиа­диспетчеров огромное значение имеют их когнитивные способности, любая их деятельность требует когнитивных процессов.

Коридоры входа/выхода для зоны залива Сан-Франциско. Любезно предоставлено FAA

ПОЗНАНИЕ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ

Читая книгу, вы встретите подобные врезки, где будут приведены примеры из повседневной жизни, имеющие отношение к содержанию текущей главы.

Прямо сейчас, точно так же, как авиадиспетчер, вы вовлечены в когнитивную деятельность. У вас есть внешние исходные данные — эта информация на странице и окружающая среда (тишина библиотеки или шум студенческой аудитории или вашего общежития); эти исходные данные влияют на ваше избирательное внимание к тексту, который вы читаете, и в конечном счете на вашу способность точно воспринимать указанную информацию. Предполагается, что вы в состоянии сконцентрировать внимание и воспринимать информацию. Вы формируете внутренний образ этой информации, и он хранится в памяти; вы можете также принять решение (например, насколько долго вы собираетесь читать, прежде чем остановитесь, и собираетесь ли вы делать заметки во время чтения), и наконец, можете предпринять некоторые действия (сменить местоположение из-за шума, сделать заметки, закончить читать главу или бросить чтение после этой заметки).

Прямо сейчас вы делаете множество вещей, требующих когнитивности.

К тому времени как вы закончите читать эту книгу, у вас будет четкое представление об указанных процессах. Сейчас мы собираемся дать вам краткое представление об истории когнитивной психологии, чтобы заложить основу для исследования когнитивных процессов (тех, что использует авиадис­петчер).

Краткая история когнитивной психологии

Из всех областей психологии у когнитивной психологии, вероятно, самая длинная история, отсылающая нас к ранним философам, которые задавали себе вопрос: откуда происходит знание и как оно представлено в уме? Подобные вечные вопросы фундаментальны в современной когнитивной психологии, и так было на протяжении всего существования человечества. Восхищение знанием можно проследить с момента самых древних письмен. Ранние теории касались местоположения мысли и памяти. Авторы древних египетских письмен предполагают, что знание находится в сердце. Этот взгляд позже разделил древнегреческий философ Аристотель, но не его наставник Платон, который считал, что местоположением знания является мозг.

Было предложено два взгляда на представление знания в уме. Их отражали точки зрения эмпириков и нативистов. Эмпирики утверждали, что знание появляется из событий, происходивших на протяжении жизни. Например, из всего, что мы знаем, что выучено. Нативисты утверждали, что знание ­основано на врожденных особенностях мозга. Другими словами, мы рождаемся «соединенными проводами» с уже имеющимися знаниями.

Так, взгляд эмпириков основывался на том, что вы, возможно, изучили в средней школе теорему Пифагора (на рисунке ниже): в прямоугольном треугольнике сумма квадратов длин катетов равна квадрату длины гипотенузы.

Несомненно, ваш опыт, полученный на уроке геометрии, привел к такому знанию. Однако нативисты могли бы ответить, что знание треугольников — это что-то, что существовало в вашем мозге ранее, прежде чем вы родились, и было основой для вашего понимания теоремы Пифагора.

a2 + b2 = c2

Как мы можем вычислить высоту этой пирамиды? Решение: выбрав правильный треугольник

Платон

Аристотель

С научной точки зрения не может быть окончательно доказан никакой случай, таким образом, спор заканчивается ничьей. В наше время люди придерживаются более умеренной точки зрения, поскольку очевидно, что информацию мы получаем из событий и обрабатываем восприимчивым от рождения мозгом, который позволяет нам ее обрабатывать и извлекать смысл из событий, формируя таким образом знание.

Часть трудностей во время споров происходит из-за нашего определения знания как «способа хранения» и «организации информации в памяти». Таким образом, это соответствует определениям двух сторон спора: сторона «хранения» предполагает, что важны события, а «организационная» сторона считает, что в мозге изначально существует некоторая структурная способность. Философов эпохи Возрождения и богословов обычно устраивала точка зрения, что знание расположено в мозге.

XVIII в. был также известен как эпоха Просвещения, во время которой произошло множество технологических, социальных и политических изменений. Наука перестала опасаться каких-либо последствий со стороны церкви. ­Именно тогда, когда философская трактовка того, что позже назовут ­психологией, пришла к выводу, что научная психология может играть важную роль.

Британские эмпирики — Джордж Беркли, Дэвид Юм и позже Джеймс Милл и его сын Джон Стюарт Милл — предположили, что внутренний образ имеет три типа: (1) прямые сенсорные события; (2) события, которые сохранены в памяти; и (3) преобразование событий в мыслительном процессе. Письмо Хьюма иллюстрирует, что философы говорили о внутренних представлениях. «Выдумать монстров и наделить их нереалистичными формами и действиями — это не причиняет воображению таких проблем, как задумать какие-то естественные и знакомые объекты». В этой цитате Хьюм говорит о внутреннем представлении и преобразовании и постулирует, что внутренние представления сформированы согласно определимым правилам и что такое формирование и преобразование занимают время и требуют усилий. Хотя это было написано в 1860-х гг., данные предположения лежат в основе большой части современной когнитивной психологии.

В течение XIX в. философы приходили в психологию, чтобы сформировать дисциплину на основе тестируемых гипотез и эмпирических данных вместо философского предположения. Заметной как фактор в этом формировании была деятельность ранних психологов. Во второй половине XIX в. теории репрезентации знания еще раз разделились на две части — структурную и процессуальную. Вундт (Германия) и его американский ученик Титченер в своем исследовании в области самоанализа делали акцент на структуре мыслительных образов, в то время как Брентано (Австрия) делал упор на процессы или акты ментальной репрезентации. Брентано полагал, что внутренние образы были громким названием не стоящих внимания явлений в психологии. Важным же он считал исследование когнитивных актов — сравнения, оценки и чувств.

Подобные конкурирующие теории затрагивали многие проблемы, которые за 2000 лет до этого обсуждались Платоном и Аристотелем. Однако в отличие от философа, который мог только размышлять, психолог имел возможность проверить идеи с помощью экспериментов.

В то же время Уильям Джемс критически проанализировал новую психологию, возникшую в Германии и привезенную в Америку студентами Вундта, например Титченером. Джемс основал первую психологическую лабораторию в Америке, в Гарвардском университете, написал научную работу по психологии в 1890 г. («Принципы психологии») и разработал хорошо агрументированную модель сознания. Джемс полагал, что объектом исследования психологии является наш опыт внешних объектов. Пожалуй, самой прямой связью Джемса с современной когнитивной психологией является его взгляд на память, включающую в себя структуру и процесс. Ф.К. Дондерс и Дж. Кэттелл, современники Джемса, проводили эксперименты, используя восприятие кратких визуальных изображений, поскольку определение времени требует умственных операций. Они опубликовали отчеты экспериментов, которые имели дело с методами, которые мы сегодня назовем когнитивной психологией. Методы, предмет, процедуры и интерпретация результатов этих ранних ученых, по всей видимости, предвосхитили появление формальной дисциплины половину столетия спустя.

Взлет и падение бихевиоризма

В XX в. с появлением бихевиоризма представления о репрезентации знаний (так, как мы понимаем здесь этот термин) претерпели радикальные изменения. Бихевиористские взгляды на психологию людей и животных были облечены в психологическую формулу «стимул — реакция».

В конце XIX века вдруг выяснилось, что исследования когнитивных процессов вышли из моды и их заменил бихевиоризм. Исследования внутренних умственных операций и структур — таких как внимание, сознание, память и мыслительный процесс — были забыты, и про них не вспоминали около 50 лет. Те, кто принял решение рассмотреть эти темы, были вынуждены повторно изучить материал в бихевиористских терминах. У бихевиористов внутренние состояния были отнесены к промежуточным переменным.

Промежуточные переменные определялись как гипотетические образования, предположительно отражающие процессы, опосредствующие влияние стимула на реакцию. Эти процессы игнорировались в пользу наблюдений за поведением (действиями животных), а не психических процессов, лежащих в основе поведения

Я получил образование, чтобы изучать поведение, и научился переводить свои идеи в новые термины бихевиоризма.

Поскольку я больше всего интересовался речью и слушанием, переводить иногда было непросто. Но репутация ученого могла зависеть от того, насколько хорошо удался перевод.

Джордж Миллер о когнитивной революции

Эдвард К. Толмен (1886–1959). Сформулировал понятие когнитивной карты. (Предоставлено архивом истории американской психологии, Университет Акрона, Акрон, Огайо 44303).

В 1932 г., за несколько лет до когнитивной революции в психологии, бихевиорист Эдвард Толмен из Калифорнийского университета в Беркли издал свою книгу «Целенаправленное поведение у животных и человека». В этой основополагающей работе он писал, что крысы научаются в лабиринте ориентированию, а не просто последовательности связей «стимул — реакция». Толмен провел ряд изобретательных экспериментов, в которых крысу учили находить еду единственным извилистым путем, и обнаружили, что она направлялась прямо к еде, вместо того чтобы следовать какому-то более точному пути. Другими словами, вместо того, чтобы просто выяснить, как добраться до еды, она изучила ее относительное местоположение, используя по возможности новые (неизвестные) пути. Эта способность учиться без непосредственного обучения являлась проблемой для бихевиористов. Животное, согласно интерпретации Толмена, постепенно разрабатывало «картину» своей среды, которую позже использовало для нахождения цели. Эту картину назвали когнитивной картой. Наличие когнитивной карты у крыс в экспериментах Толмена проявлялось в том, что они находили цель (пищу), отправляясь на поиски из различных начальных точек. Фактически эта «внутренняя карта» была формой репрезентации информации об окружении. Положения Толмена о когнитивных картах у животных предвосхитили современный интерес к тому, как знание представлено в когнитивной структуре.

Крысиный лабиринт Толмена. Tolman, Ritchie, & Karlish (1946), адаптировано

Другим важным событием в 1932 г. стало то, что сэр Фредерик Бартлетт из Кембриджа написал книгу «Запоминание», в которой он опроверг по­пулярное в то время представление, что память и забывание могут быть изучены посредством бессмысленных слогов, что отстаивал Эббингаус в предыдущем веке. Во время исследования человеческой памяти Бартлетт спорил, что использование богатого и значительного материала при естественных ­условиях приведет к намного более значительным выводам, чем использование произвольных стимулов, таких как бессмысленные слоги. Бартлетт заставлял участников эксперимента прочесть рассказ и затем попытаться вспомнить из него столько, сколько они смогут. И так он выяснил, что важным аспектом запоминания истории было отношение участника к истории. По словам Бартлетта, «припоминание прежде всего основано на установке, и его общий эффект состоит в оправдании этой установки». В действительности то, что вы помните о рассказе, основано на общем впечатлении, созданном рассказом. Следовательно, припоминание определенных фактов имеет тенденцию подтверждать основную тему, таким образом искажая факты или воспроизводя недостающие части рассказа.

От ранних концепций репрезентации знаний и до новейших исследований счи­талось, что знания в значительной степени опираются на сенсорные входные сиг­налы. Эта тема перешла от древнегреческих философов и ученых эпохи Возрожде­ния к современным когнитивным психологам. Но идентичны ли репрезентации мира его физическим свойствам?

Мы получаем все больше свидетельств того, что многие внутренние представления реальности — это не то же самое, что сама внешняя реальность, то есть они не изоморфны. Эксперименты Толмена с лабораторными животными и работа Бартлетта с людьми заставляют предположить, что информация, полученная от органов чувств, хранится как абстрактное представление.

Идеи Толмена и Бартлетта опережали дух времени 1930-х гг., который был сосредоточен на поведении животных и людей. Поскольку бихевиоризм был не в состоянии исчерпывающе объяснить результаты исследований, эти и другие работы в следующие двадцать лет стали причиной крушения бихевиоризма, что повлияло на взгляды будущих когнитивных психологов.

В 1950-х интересы ученых снова сосредоточились на когнитивных процессах. Были созданы новые журналы и профессиональные группы, в это время психологи начали все больше обращаться к изучению когнитивных процессов. Как только это произошло, стало ясно, что данный вид психологии отличался от всего, что было в моде во время «царствования» бихевиористов в 1930–1940-х. В 1956 г. Джордж Миллер опубликовал свою знаменитую статью «Магическое число семь плюс-минус два: ограничения нашей способности к обработке информации», которая выдвигала на первый план эмпирическую оценку познания.

Искра того, что стало известным как когнитивная революция, вспыхнула в тот же год, когда Миллер опубликовал свою работу. В конце лета 1956 г. в студенческом городке Массачусетского технического университета проходил симпозиум по теории информации. На нем присутствовали многие ученые, занимавшиеся теорией коммуникации, они слушали, в числе прочих, лекции Ноама Хомского (лингвистика), Джерома Брунера (мышление), Аллена Ньюэлла и Герберта Саймона (информатика) и Джорджа Миллера (обработка информации). Встреча произвела неизгладимое впечатление на многих его участников, по общему мнению, в ее ходе было создано что-то новое, что значительно изменило способ осмысления психологических процессов. Размышляя над встречей несколько лет спустя, Джордж Миллер (1979) написал:

«Я уехал с симпозиума с твердым убеждением, больше интуитивным, чем рациональным, что экспериментальная психология человека, теоретическая лингвистика и компьютерное моделирование когнитивных процессов — это части большого целого и что в будущем мы станем свидетелями прогрессивного развития этих отраслей знания и усиления связи между ними... Я работал в когнитивной науке в течение приблизительно двадцати лет, начав свои исследования прежде, чем я узнал, как называть эту науку.»

Как мы узнали, большая часть когнитивной психологии работает с тем, как знание представлено в уме. Живая проблема репрезентативного знания вызвала те же фундаментальные вопросы: как знание приобретается, сохраняется, преобразуется и используется? Что такое сознание, откуда появляются сознательные идеи? Какова природа восприятия и памяти? Что такое мысль? Как эти способности развиваются?

Данные вопросы отражают важный вопрос репрезентативного знания — как идеи, события и вещи сохраняются в мозге. В 1960-х гг. Ульрих Найссер написал первый учебник по когнитивной психологии, который объединял эти разнообразные темы, представляющие новую дисциплину когнитивной психологии. Стало возможным прийти к заключению, что остальное — уже, так сказать, история. Однако когнитивная психология продолжала (и продолжает) определять себя с научной точки зрения, исследуя процессы умственной деятельности и включая новые методологии, дисциплины и мысли в этих областях.

Когнитивная психология — это обработка информации

Когда мы говорим, что когнитивная психология — это обработка информации, мы подразумеваем, что это касается того, как мы получаем информацию о мире, как эта информация хранится и обрабатывается мозгом, как мы решаем проблемы, думаем и формулируем и как эти процессы проявляются в поведении.

Найссер (1967) формулирует понятие более точно: «...термин “познание” относится ко всем процессам, при помощи которых преобразуется сенсорный вход, уменьшается, разрабатывается, хранится, восстанавливается и используется... Очевидно, что познание вовлечено во все, что человек мог бы, вероятно, сделать; и что каждое психологическое явление — это когнитивное явление».

Когнитивная психология включает в себя полный диапазон психологических процессов — от ощущения до восприятия, распознавания образов, внимания, сознания, научения, памяти, формирования понятий, мышления, воображения, языка, интеллекта, эмоций, а также того, как все эти вещи изменяются на протяжении жизни (процессов развития). Когнитивная психология касается все­возможных сфер поведения. Список длинный, потому что объем когнитивной психологии весьма широк (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Основные области исследования когнитивной психологии

Когнитивные метафоры, модели, теории и перспективы

Метафоры

Люди часто используют метафоры, чтобы описать когнитивные процессы. Например, память можно рассматривать с точки зрения картотеки, компьютера, загадки или видеокамеры. Каждая из этих метафор обеспечивает удобный способ размышления о структуре и функции памяти. Столь полезный способ, как метафоры, может также вводить в заблуждение. Например, нас часто просят проконсультировать присяжных заседателей, чтобы объяснить процессы памяти.

Мы должны прояснить, что на самом деле память не похожа на видеокамеру. В конечном счете то, что нас просят сделать — это обсудить память на основе когнитивных моделей. Модели являются по существу тестируемыми, более подробными формами метафоры. По сути, они помогают нам понять фактический процесс запоминания, хотя все еще выступают только представлением фактического биологического процесса памяти. Некоторые плюсы моделей в том, что они позволяют нам сообщить процессы другим и помогают ученым сделать прогнозы на основе модели.

Модели

Модель является организационной структурой, используемой для описания процессов. Модели основаны на выводах из наблюдений. Их цель — обес­печить понятное представление характера наблюдения и помочь в создании прогнозов. Модели полезны в осмыслении когнитивных процессов в аналитических целях. В основе модели лежат правила, которые называются формализм. Он также является средством представления правил, используемых в организации модели. Когда модели теряют свою силу как аналитические или описательные инструменты, их пересматривают или убирают. Хотя мы задействуем модели, чтобы помочь понять когнитивные процессы, мы могли столь же легко применить их, чтобы описать и понять процесс заказа пиццы (рис. 1.2).

В то время как заказ пиццы — хорошо понятный большинству из нас процесс, мы можем далее исследовать его (мы можем его смоделировать). Мы увидим, что есть ряд этапов или действий, соединенных линейным образом так, что вы продолжаете двигаться последовательно по пунктам.

Так первоначально модель помогает нам понять процесс, описывая его. Однако модели могут и гораздо больше. Даже эта модель может использоваться для прогнозирования.

Рис. 1.2

Можно предсказать, что, если кто-то зайдет в магазин, он выйдет оттуда с пиццей. Простой прогноз, но тем не менее. Другая польза модели состоит в том, что мы можем изучить ее как полную цепочку этапов или направить наш запрос к одному конкретному этапу обработки. Например, в этапе «встать в очередь и заказать пиццу» есть несколько разумных пунктов. Должно произойти принятие решения (где конец очереди? на тонком или толстом тесте делать? с какой начинкой?). Также должна состояться коммуникация между клиентом и кассиром, которая является неотъемлемой частью результата и включает в себя обмен деньгами или другую форму оплаты. Это полезная модель, потому что описывает процесс, допускает запрос о различных его аспектах и помогает прогнозировать процесс.

Возвращаясь к нашей метафоре о том, что память — это видеокамера, мы видим, как для человека может быть полезно в повседневной жизни представлять память именно так.

Это похоже на видеокамеру, потому что позволяет нам рассматривать проблемы, такие как сосредоточенность на объекте или сцене и ее воспроизведение. Однако в контексте присяжного заседателя в суде (или в любом месте, где важно быть точным) такая метафора является упрощенной и вводит в заблуждение, потому что наша память работает иначе. Когнитивная модель памяти более точна и полезна. Как модель пиццы, она является описательной и позволяет нам сосредоточиться на конкретных аспектах процесса и вспомогательных средствах для прогноза. В описании памяти для присяжных заседателей демонстрировалась когнитивная модель памяти, приведенная ниже (рис. 1.3). Она не только помогает иллюстрировать процесс памяти, но и позволяет присяжным заседателям оценить память свидетеля.

Сейчас вы можете подумать: «Эта модель все еще довольно похожа на видеокамеру». Частично вы правы. Однако модель без каких-либо атрибутов, указывающих на то, что мы знаем о видеокамерах, помогает нам быть более конкретными и точными, если речь идет о памяти. Неправильное восприятие памяти как видеокамеры состоит в представлении о том, что мы можем перематывать какую-то конкретную сцену или выбрать конкретный инцидент из прошлого, чтобы рассмотреть, как все это произошло. На самом деле эта трехэтапная модель позволяет нам рассказать о любой из стадий подробно (так же, как в примере с пиццей). И таким образом, мы в состоянии объяснить присяжным заседателям о том, как закодированы воспоминания и как кодирование в мозге отличается от того, которое осуществляется при видеозаписи.

Рис. 1.3

Поэтому давайте обратимся к более сложной модели, чем заказ пиццы, или к трехэтапной модели памяти. Модели могут быть сложными, многоуровневыми, а не только линейными. Другими словами, модель может указать на процессы, которые происходят одновременно. Вспомните, что наш авиадиспетчер обсуждал в начале главы. Его работа включает определенные задачи и их когнитивную обработку. В ней принимают участие когнитивные психологи, которые работают с авиадиспетчерами, так чтобы они могли совершать прогнозы относительно своей работы (и благодаря этому уменьшать вероятность дорогостоящих ошибок). Ученые полагаются на когнитивные модели, чтобы осмыслить эти задачи и процессы.

Рис. 1.4. Модель когнитивной задачи авиадиспетчера

Как видно на рис. 1.4, эта модель учитывает внешние события, воспринятые события и поведение в результате. Но дело не только в этом. Она служит иллюстрацией того, что не все процессы линейны, некоторые взаимодействуют друг с другом, посылая информацию назад и вперед, так же как в случае с воспринимаемыми событиями и внешними событиями (отмечено двусторонними стрелочками). Существует также обратная связь от поведения (например, коммуникации) назад к внешним событиям.

Теории

Теория является попыткой объяснить какой-то аспект процесса с помощью некоторых объяснений, более доказуемых, чем другие. Теории пытаются объяснить конкретные аспекты явлений и часто используются для проверки гипотезы. Например, теория эволюции Дарвина является попыткой объяснить, как с течением времени менялся мир природы. Хотя это и «просто теория», она обоснована множеством данных. Вы можете проверить теорию, собрав данные, которые в конечном счете поддержат или опровергнут ее.

Перспективы

В когнитивной психологии есть несколько парадигм, которые повлияли на взгляды и развитие дисциплины. Эти парадигмы дают направления исследованиям ученых и оценке их результатов. Таким образом, мы получаем четыре таких парадигмы: обработка информации, нейронаука, информатика и эволюционная психология.

Обработка информации. Парадигма обработки информации обычно связана с последовательностью событий во времени, и многие когнитивные модели используют данный подход. Эта парадигма начинается с трех предположений. Познание можно понять, если проанализировать его в цепочке последовательных стадий. На каждой стадии поступающая информация включается в уникальные процессы. Возможный ответ, как предполагается, является результатом этой последовательности стадий и операций. Каждая стадия получает информацию от предыдущих стадий и затем выполняет свою уникальную функцию. Поскольку все компоненты модели обработки информации в некотором роде связаны друг с другом, для удобства мы можем думать о последовательности как начинающейся с поступающей информации.

Одна из первых и наиболее часто упоминаемых когнитивных моделей касается памяти. В 1890 г.У. Джемс расширил понятие памяти, разделив ее на «первичную» и «вторичную». Он предполагал, что первичная память имеет дело с происшедшими событиями, а вторичная память — с постоянными, «неразрушимыми» следами опыта. Это выглядело следующим образом (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Модель памяти Джемса

Модель Джемса была довольно упрощенной, и более поздний ее пересмотр Во и Норманом (1965) удовлетворил многие требования репрезентативной модели.

По сути, новая модель позволяет генерировать гипотезы и прогнозы (рис. 1.6). Однако она все еще чрезмерно упрощена по сравнению с сего­дняшними моделями памяти.

Не все человеческие процессы памяти и системы хранения могут быть точно описаны с помощью этой модели, таким образом, развитие более сложных моделей было неизбежным.

Рис. 1.6. Улучшенная модель памяти Во и Нормана. Адаптировано из Waugh & Norman (1965)

Модель Джемса, а также модель Во и Нормана основаны на последовательности событий. Предъявляется стимул, мы обнаруживаем его с помощью сенсорной системы, сохраняем в памяти и реагируем на него. Вы, возможно, заметили, что модели человеческого познания имеют некоторое сходство с последовательными шагами при обработке информации компьютером; действительно, моделирование обработки информации человеком происходило с использованием компьютерной метафоры.

Нейронаука. Парадигма нейронауки сосредоточена на основных функциях мозга, которые производят когнитивный опыт. В течение первых лет существования когнитивной психологии физиологической психологии или нейроанатомии уделялось мало внимания, возможно, из-за уверенности в действенности компьютерной метафоры. Кроме того, нейроанатомия и связанные с ней области, казалось, до сих пор находились в стороне и имели мало сходства с когнитивными темами, такими как восприятие, память и мыслительный процесс.

Большая часть первоначальной информации о мозге и его функциях была получена при исследованиях травм головы, полученных в ходе войн и в результате несчастных случаев. Например, во время Первой мировой войны нейрохирурги, занимавшиеся лечением солдат с осколочными ранами головы, многое узнали о специфических функциях мозга (например, какие его отделы связаны со зрением, речью, слухом и т.д.), а также о его общих функциях. Предполагалось, что поведенческий дефицит был связан с определенными областями мозга, которые были повреждены. Это дало исследователям основание утверждать, что те или иные области были ответственны за конкретные психологические функции. Это подобно обратному проектированию, когда инженеры разбирают что-то, чтобы понять, как оно работает.

Основной вопрос для неврологов заключался в том, был ли мозг целостным органом и распределялись ли операции по его инфраструктуре или же действия были локализованы и привязаны к определенным областям. Например, имеет ли место научение специфическому действию в ограниченной области мозга или оно распределено по многим частям мозга? Среди наиболее видных ученых, которые пытались дать ответы на эти вопросы, был Карл Лешли (Lashley, 1929). В своих экспериментах он разрушал определенные части мозга крыс, которые учились проходить лабиринт. Лешли показал, что эффективность поведения крыс снижалась пропорционально общему количеству разрушенного мозга, но не была связана с местоположением повреждений. Не было никакой корреляции между ориентацией и определенным местоположением повреждения. Эти результаты противоречили позиции нейрохирургов во время Первой мировой войны. Но данное противоречие должно было быть решено позже с помощью достижений нейронауки.

Значительных успехов достигла в последнее время нейронаука, в частности в области изучения структурных аспектов мозга и его периферийных компонентов, а также функциональных аспектов. В 1960-е гг. исследователи обнаружили структурные элементы, позже оказавшие прямое влияние на когнитивную психологию. Некоторые из этих открытий были сделаны в Медицинской школе Джонса Хопкинса Верноном Маунткаслом, работа которого была связана с корой мозга — верхним слоем мозга, как предполагалось, ответственным за высшие психические функции. Маунткасл (Mountcastle, 1979) обнаружил, что связи между клетками коры, или нейронами, более многочисленны, чем считалось ранее. Возможно, наиболее интересным было открытие параллельного распределения нервных связей в дополнение к последовательным путям. Сеть параллельных нервных связей охватывает большую территорию, а отдельные функции одновременно локализованы в нескольких местах. Этот тип обработки отличается от последовательной обработки, при которой нервный импульс передается другому нерву и затем следующему. Способ функционирования мозга, согласно параллельному представлению, заключается в том, что обрабатывающие сети распределены по всей коре, а не локализованы. Исследование Маунткасла помогает примирить нейрохирургов Первой мировой войны с результатами Лешли, по существу указывая, что оба они были верны. Нейрохирурги были правы, потому что части мозга, связанные со зрением, речью, моторными действиями и т.д., специализированы только в том смысле, что в них поступает и из них исходит информация, связанная с данными функциями. Работа Лешли подтверждает, как обнаружилось в некоторых исследованиях, что множество функций на самом деле распределены по всему мозгу.

Это имеет смысл, если в качестве метафоры того, как мозг передает информацию, использовать интернет. Он, по существу, состоит из отдельных компьютерных серверов, расположенных по всему миру (как ваш университетский сервер, где у вас есть свой почтовый ящик). Они предоставляют определенные услуги локализованным группам людей (таким, как студенты и преподаватели в вашем университете). Большинство серверов связаны друг с другом. Таким образом, если что-то перестанет работать, сама Сеть в основном останется нетронутой. Например, если ваш университетский сервер перестанет работать, вы не сможете проверить свою электронную почту и посидеть в интернете через данный аккаунт. Однако другие люди в мире, используя интернет, как правило, не будут ничего об этом знать, если не попытаются отправить вам письмо или получить доступ к сайту вашего университета.

Информатика. Хотя Паскаль, Декарт и другие философы несколько веков назад мечтали о вычислительных машинах, они были изобретены лишь около 60 лет назад, и появилась дисциплина под названием «Информатика». Компьютеры получили большое признание и в настоящее время используются почти в каждой области современной жизни. Они также стали важным инструментом ученых, изучающих познание, повлияли на то, как люди рассматривают собственную психику. Первоначально считалось, что компьютеры будут замечательными арифмометрами, способными к выполнению множества сложных математических операций в заданном временном отрезке. Однако некоторые самые первые компьютеры разрабатывались в вооруженных силах, чтобы помочь решать математические уравнения, используемые для планирования военных объектов. Обнаружилось, что компьютеры могут быть чем-то большим, чем суперкалькулятор, и что они могут выполнять функции, схожие с решением задач человеком и интеллектуальным поведением.

То, в чем компьютеры успешны (то есть быстрое выполнение математических операций с соблюдением подчиненной правилам логики), люди делают намного хуже. А что хорошо получается у людей (делать обобщения, выводы, понимать сложные паттерны и испытывать эмоции), у компьютеров получается плохо или вообще не получается. Например, если я попрошу, чтобы вы нашли корень квадратный из 2,19 вручную, вероятно, вам потребуется несколько минут; компьютер может решить эту задачу за миллисекунды. С другой стороны, есть область, где компьютеры все еще не так хороши, как люди, — это распознавание лиц.

Электронный цифровой вычислитель (ENIAC). Армия США, 1946

Компьютеры могут «распознать» лицо, если оно занесено в его базу данных. Однако они не могут сделать выводы о возрасте, поле или эмоциях, когда видят новое лицо. Люди же способны сделать это за миллисекунды.

Новое поколение когнитивных программистов работает над устройством компьютеров, способных обрабатывать информацию так, как это делает мозг. Программисты взяли то, что они знали о нейронных сетях в мозге, и создали компьютеры с искусственными нейронными сетями. Они дополнены слоями взаимосвязанных электронных суррогатных нейронов, чьи организационные «аппаратные средства» подражают работе человеческого мозга, и содержат программы, которые подражают функциям органических нейронных сетей.

Например, Дэвид Румельхарт, Джеймс Макклелланд и PDP Research Group (1986) разработали модель на основе нейронного обрабатывающего механизма, который является человеческим разумом. В мозге все взаимосвязано, кроме того, он посылает возбудительные и запрещающие сигналы в сеть. Возбудительные сигналы предписывают нейронам передавать информацию. Запрещающие сигналы предписывают им обратное.

Дэвид Румельхарт (сверху) и Джеймс Макклелланд. Сформулировали модель PDP, основанную на нервных процессах.

Например, мозг не хранит память в каком-то единственном нейроне или, вероятно, даже ни в каком-то наборе нейронов, но он действительно хранит память во всех нейронах, распределенных по нескольким участкам головного мозга. Если два нейрона одновременно активированы, связь (возбудительная или запрещающая) между ними усиливается. С другой стороны, если один активируется, а другой исключен, то связь ослабляется. Программисты, которые используют эти типы моделей, назвали их параллельной распределенной обработкой (PDP). «Эти [PDP] модели предполагают, что обработка информации происходит через взаимодействия большого количества простых обрабатываемых элементов, названных единицами информации, каждая из которых посылает возбуждающие и тормозящие сигналы к другим единицам» (McClelland, Rumelhart, & Hinton, 1986).

Типичная нейронная сеть

Поскольку они смоделированы после модели мозга PDP, это помогает нам понять не только процессы, происходящие в мозге, но также и его структуру. Посмотрите выше на диаграмму нейронной сети.

Общие черты между человеческим мозгом и компьютером не всегда были понятны, однако теперь мы знаем принципиальные различия между внутренней работой компьютера и внутренней работой мозга. Тем не менее компьютерная парадигма продолжает оказывать сильное и, как правило, положительное влияние на дальнейшее развитие дисциплины когнитивная психология.

Эволюционная психология. Эта парадигма основана на идее, что познание лучше всего понимается исходя из функционалистского подхода. Другими словами, что функция делает, чтобы определенный когнитивный процесс выполнял свою задачу в контексте физической и социальной эволюции? Здесь уместно вспомнить теорию эволюции, в которой Чарльз Дарвин оценивал физические и поведенческие черты с точки зрения того, насколько они адаптивны по отношению к организму и в какой степени ведут к репродуктивному успеху и таким образом к передаче генов следующему поколению. Одним из спорных моментов теории эволюции является ошибка людей в распознавании того, какие проблемы окружающей среды формируют конкретную черту. Космидес и Туби (1997) объясняют его очень хорошо:

«Окружающая среда, в которой развивались люди — и соответственно человеческий разум, — очень отличалась от нашей современной среды. Бо́льшую часть эволюционный истории наши предки были охотниками и собирателями. Они жили в маленьких кочевых группах по несколько десятков человек и обеспечивали себе пропитание, охотясь или занимаясь собирательством. Каждый из наших предков, таким образом, всю жизнь находился в своеобразном походе, и это продолжалось в течение примерно 10 млн лет.

Поколение за поколением на протяжении 10 млн лет естественный отбор медленно ваял человеческий мозг, выбирая схемы, которые были бы способны решать ежедневные проблемы наших предков охотников и ­собирателей, среди которых были поиск помощников, охота на животных, собирательство пищи растительного происхождения, коммуницирование с друзьями, защита от нападений, воспитание детей, выбор хорошей среды обитания и так далее. Те люди, мозг которых был лучше приспособлен к решению этих проблем, оставили больше потомков, и мы происходим от них.

Представители нашего вида жили как охотники и собиратели на протяжении долгого периода, в тысячу раз более продолжительного чем другие периоды.

Мир, который кажется вам и мне настолько знакомым, мир с дорогами, школами, продуктовыми магазинами, фабриками, фермами и суверенными государствами, продлился только мгновение по сравнению со всей нашей эволюционной историей. Век компьютеров лишь немного старше обычного студента, а промышленной революции всего около 200 лет. Сельское хозяйство появилось на земле только 10 000 лет назад, и всего лишь 5000 лет назад половина всех людей стала заниматься сельским хозяйством, а не охотой и собирательством. Естественный отбор является медленным процессом, поэтому, прежде чем возникнут схемы, которые бы хорошо адаптировались к нашей постиндустриальной жизни, должно смениться множество поколений.»

Таким образом, когнитивные процессы могут интерпретироваться с точки зрения долгосрочной биологической и эволюционной истории видов. Уильям Джемс, Джон Дьюи и другие функционалисты исследовали психологические процессы с точки зрения их функций, то есть того, как они позволили нам приспосабливаться к изменениям в окружающей среде. Например, Джемс спросил бы: «Почему у нас есть память?», «Как она помогает нам выжить и приспосабливаться?». Согласно теории Дарвина и современным ее осмыслениям (Cosmides & Tooby, 2001), существуют особенности или черты, которые адаптивны, потому что они были отобраны (поскольку они выполняют функцию выживания) и переданы последующим поколениям; побочные продукты эволюции не выполняют собственной функции, но имеют место, потому что связаны с чертами, у которых действительно есть функция (например, такими, как боязнь безопасных и ядовитых змей); и наконец, шум, являющийся случайным изменением, которое может привнести странные, несвойственные черты в разновидность (например, чихать, когда находишься на солнце) (Cosmides & Tooby, 1997).

Разум и мир... развивались вместе и поэтому характеризуются некоторым взаимным соответствием.

— Уильям Джемс

Согласно этой логике, сказал бы Джемс, если существует память (которая не отобрана), у нее должна быть функция. Главное исходное предположение эволюционной психологии — гипотеза о существовании универсальных когнитивных характеристик человека и о том, что эти общие и широко распространенные характеристики разума являются результатом возникших в ходе эволюции психологических механизмов.

Роджер Шепард (1987) формулирует предмет эволюционной психологии таким образом:

«Я ищу общие психологические законы, лежащие в основе всех психических процессов и всех форм поведения, несмотря на очевидные различия между отдельными людьми, культурами или видами. Кроме того, я ищу эволюционное происхождение таких общих психологических законов в свойствах мира, которые были столь распространенны и постоянны, что стали релевантными для различных видов. Я пришел к выводу, что в ходе эволюции эти общие свойства мира были усвоены глубже, чем более локальные и преходящие свойства, специфические для любой отдельной экологической ниши. Каждая особь, таким образом, не должна была узнавать о каждом свойстве путем проб и возможных фатальных ошибок».

Один из плюсов эволюционной перспективы в том, что она ставит ограничение на теории и модели, которые люди разработали бы, если бы были вынуждены рассматривать пользу и выгоду от конкретного процесса или свойства. Таким образом, если не было никакой выгоды, почему такой процесс или свойство должны существовать? Исследователи заинтересовались, например, распознаванием лиц и вынуждены были утверждать, что способность признавать другие лица была так важна, что определенная область мозга стала необходима для выполнения некой функции или процесса. Другими словами, такая способность стала адаптивной. Впоследствии нейронаука продемонстрировала такую специальную область в височной доле мозга.

Отношения между когнитивной психологией и когнитивистикой

Побочным продуктом когнитивной революции можно считать тот факт, что ученые из безусловно «осторожных» сфер — включая лингвистику, информатику, психологию развития и когнитивную психологию — объединились и сосредоточились на своих общих интересах, таких как изучение структуры и процесса когнитивных способностей. Они объединились, чтобы одержать победу над бихевиоризмом. Например, Ноам Хомский считал, что у мозга есть механизм для овладения языком, и его функции выше тех, которые могла объяснить психология бихевиорзима с ее системой «стимул — реакция». Точно так же и Пиаже в то время изложил важные стадии когнитивного развития, которые проходят дети, и это тоже нельзя было объяснить в терминологии бихевиоризма. Программисты утверждали, что компьютерная обработка могла бы помочь осмыслить, как мозг обрабатывает информацию. Они разработали собственную методологию и стратегии научного исследования, но объединились в своем интересе к познанию и в своей цели выдвинуть научные исследования данных процессов на первый план. Это сообщество ученых стало известно как когнитивисты.

Сегодня когнитивистика в большой степени опирается на такие междисциплинарные области, как информатика, философия, психология, нейронаука, лингвистика и антропология (см. ниже). Ученые из этих областей, интересующиеся когнитивными процессами, могли бы назвать себя когнитивистами, если бы у них были экспертные знания в двух или более из данных сфер. В силу междисциплинарного характера отрасли можно встретить когнитивистику, преподаваемую на факультетах вместе как с психологией, так и с философией и информатикой. На когнитивистику оказывает сильное влияние информатика, в силу этого когнитивная наука фокусируется на компьютерном моделировании, искусственном интеллекте (AI) и нейронауке.

В то время как когнитивная психология работает с этими темами, она без проблем сосредотачивается на всех аспектах человеческого познания. Это фундаментальное знание становится инфраструктурой для специализированных интересов ученых в других дисциплинах.

Одной из причин доминирования информатики в когнитивистике является ее способность строить и тестировать когнитивные модели. Преимущество компьютерной модели в том, что она может моделировать процессы и обеспечивать ввод информации. Параметры модели могут быть скорректированы, пока результаты моделирования не нанесены на карту данных поведенческих исследований. Как только это происходит, когнитивисты могут управлять дальнейшим моделированием, чтобы предсказать, как люди будут реагировать при гипотетических обстоятельствах. Преимущество компьютерного моделирования заключается в том, что оно менее ресурсоемко (с точки зрения времени и денег) по сравнению с количеством людей, участвующих в многочисленных экспериментах. Компьютерная программа способна за­пустить тысячи процессов моделирования за то время, которое потребовалось бы, чтобы собрать данные от одного участника исследования, что делает ее мощным инструментом исследования.

Дополнительным преимуществом компьютерного моделирования являются современные высокоскоростные компьютеры, как мы говорили ранее, способные к управлению PDP-моделями (нейронной сетью) , предназначены для обработки их способом, аналогичным способу работы человеческого мозга.

Шестиугольник Гарднера. Связи между когнитивными науками. Пояснение: сплошные линии — сильные междисциплинарные связи, пунктирные линии — слабые междисциплинарные связи

...сообщество ИИ1 может оказаться лучшим для когнитивистики, как математика в более широком смысле для всех наук. Если математика является королевой наук, ИИ может по праву получить мантию принца Уэльского от когнитивистики.

— Автор неизвестен

Ниже приведен пример когнитивной модели по сравнению с моделью PDP для распознавания лиц. Преимущество компьютерной модели в том, что ее элементы взаимосвязаны и параметры могут быть точно отрегулированы, чтобы привести к результатам, подобным результату распознаванию лиц человеком. Когнитивная модель описывает процесс; компьютерная модель моделирует процесс.

Когнитивная модель. Bruce & Young (1986)

PDP-модель. Burton & Bruce (1992)

В то время как информатика могла бы доминировать в когнитивистике, все же основой последней является когнитивная психология, потому что в общем все эти области интересуются фундаментальными когнитивными процессами и результирующим поведением.

Методы исследования

Методы когнитивной психологии берут свое начало от методов, которые применялись первыми немецкими учеными, изучавшими память, ассоциации и процессы. Эти инструменты стали основой экспериментальной психологии. Поскольку когнитивная психология начала формироваться как междисциплинарная, из других областей были заимствованы и модифицированы методы для исследования когнитивных процессов. Данные методы являются инструментами, при помощи которых мы делаем открытия, а также тестируем идеи и разрабатываем новые. Приведем краткий обзор методов исследования.

Есть много методов исследования, доступных ученым, занимающимся психологией. Некоторые позволяют описывать явления (наблюдение), другие дают возможность объяснить явления (эксперимент). Посредством эксперимента можно определить причину и следствие, что делает его полезным инструментом когнитивных психологов.

Читая книгу, вы встретите примеры и детали исследований и экспериментов, проводимых когнитивными психологами. Мы приведем краткое ­описание различных методов, чтобы помочь вам в понимании непосредственно когнитивной обработки и исследований, которое будут представлены далее.

Прежде чем мы начнем говорить о самой методологии, нам нужно очертить определенные проблемы (понятийные против оперантных), поскольку они являются главными в исследовании когнитивных процессов. Примером понятийного определения может служить ситуация с «пьяным» водителем. Есть общее понимание того, что обозначает «пьяный» (это понятийное определение), но оно не говорит нам точно, сколько или что он выпил. Действующее определение требует, чтобы вы дали точное и четкое определение, таким образом превратив абстракцию во что-то конкретное. Интересным (и творческим) аспектом этой части процесса исследования является то, что вы, исследователь, выявляете, какое определение зависит от вашего исследовательского вопроса и интересов. Таким образом, понятие «пьяный» может быть объяснено любым количеством способов, включая физиологические определения («пьяный» = содержание алкоголя в крови 08), наблюдательные определения (оценка поведения, как в тесте на трезвость) или самооценивающие определения (выяснение информации непосредственно у человека с помощью интервью или анкеты).

Другой общей чертой методологии, независимо от определенного метода, является единица анализа. Она выступает основным объектом или центром вашего исследования и в конечном счете представляет собой нечто измеренное. Лучшим способом понять единицу анализа является определение того, что на самом деле измеряется. Например, если вы собираете данные о возбуждении нейронов определенной клетки, единицей вашего анализа будет клетка. Если вы собираете данные об IQ у детей, единицей вашего анализа является конкретный ребенок. Если вы измеряете количество слов, которыми обменялись двое людей в течение пяти минут, единицей анализа можно назвать разговор. Если вы измеряете количество раз, когда команда совершила фолы, единицей вашего измерения будет общий уровень команды. Единицы анализа могут быть даже географическими (в городе, государстве или на уровне страны) или предметными (книги, фотографии, рисунки) и др. Когнитивная психология, прежде всего, в качестве своего объекта анализа использует человека. Другие области психологии и такие дисциплины, как социология и антропология, полагаются в большей степени на другие единицы анализа. Но, так или иначе, важно спросить себя, что является единицей анализа, которую использует исследователь.

Если мы хотим достигнуть результатов, которых раньше не достигали, мы должны использовать методы, которые раньше не применяли.

Фрэнсис Бэкон

Каждый тип метода исследования также опирается на конкретные предположения. Мы упомянем об этих предположениях в каждом разделе.

Два главных типа методов, о которых мы собираемся рассказать, можно свободно подразделить на следующие пункты: (1) измерение психологических коррелятов к материальному миру; и (2) документирование уникальных случаев. Однако из-за междисциплинарного характера областей часто происходит их перекрывание. Мы попытаемся остаться в их рамках настолько, насколько возможно.

Измерение психологических коррелятов по отношению к материальному миру

Методы, попадающие в эту категорию, являются теми, которые измеряют реакцию или ответ на внешнее событие в материальном мире. Так же как и древние философы, древние ученые интересовались тем, как материальный мир отражен в ментальном. Этот интерес присутствует и по сей день.

Психофизика. Психофизика занимается научным исследованием отношений между стимулами (определенными в физических терминах) и вызванным ими восприятием. Это предполагает, что есть функциональные отношения между психологическим (психо) состоянием и физическим (физика) стимулом. Например, Вебер интересовался способностью человека определять вес. Если человек держит взвешенный объект, то какое количество веса можно добавить, прежде чем будет обнаружено изменение? Впоследствии такое изменение назвали заметным различием. В исследованиях Вебера важно было то, что изменение веса следовало математическим принципам, таким образом, можно было предсказать заметное различие, вычислив его по формуле, и, таким образом, это имело законное основание.

Ребенок принимает участие в задании на поиск заметных различий

Психофизики интересовались порогами восприятия. Фехнер выявил множество методов психофизики, которые включают в себя, без ограничения, абсолютный порог, различие порогов и метод регулирования. Исследование при абсолютном пороге восприятия света, например, могло бы показать систематически увеличивающуюся интенсивность света от абсолютной темноты до точки, где ощущение было замечено наблюдателем. Единицей анализа в психофизике, как правило, был человек, исследующий самого (или саму) себя. Они исполняли роль наблюдателя и проводили эксперименты на самих себе. Даже сегодня часто можно увидеть научную статью, подписанную одним человеком, часто самим автором. Одно из предположений, сделанных в психофизике, — это то, что все мы чувствуем примерно одинаково, поэтому для исследователя не является проблемой измерить собственный перцептивный опыт. Психофизика включает в себя некоторые самые старые методы в психологии.

Исследования одиночной клетки. Исследования одиночной клетки использовались такими исследователями, как Хьюбел и Визель (1959), которые составили карту зоны зрительной коры головного мозга кошек (см. рис. на с. 47). Они разделили Нобелевскую премию за данную работу. Исследования одиночной клетки инвазивны в том плане, что для этого нужно вскрыть череп объекта. Так что подобные исследования редко проводятся на людях, а значит, как правило, на животных в соответствии с гуманными принципами исследования. Ученые рассуждали, что, так как клетки общались с помощью электрических импульсов, изменительный прибор на конце очень маленького зонда (более тонкого, чем человеческий волос) мог войти в клетку, не повредив ее. Тогда можно было бы измерить электрическую деятельность клетки и оценить перцептивный опыт на клеточном уровне. То, что по существу сделали Хьюбель и Визель, — это обездвижили кошку, показали ей визуальные стимулы (точки или полоски на экране) и систематически помещали зонд в область зоны зрительной коры ее головного мозга, пока не измерили электрический ответ. Предположение заключалось в том, что если клетка отвечает на визуальный стимул, то существуют отношения между этим раздражителем и конкретной клеткой. Записи об одиночной клетке также использовались в отношении других областей мозга, таких как латеральное коленчатое тело и кора головного мозга.

Исследование «Время — реакция». Исследование «Время — реакция» является отличительной чертой когнитивной психологии. Оно используется для изучения когнитивных процессов. В ранних исследованиях, проводившихся в лаборатории Вундта, упоминалось использование умственной хронометрии, и они были проиллюстрированы исследованием Дондерса.

Изучение одиночной клетки на кошке

Эти исследования проводились с целью определить, какое количество времени необходимо потратить на выполнение простой задачи, такой как реагирование на включение белого света, и сравнить ее с временем, требуемым, чтобы среагировать на включение желтого света. Ранее исследователи полагали, что разница между этими двумя временны́ми периодами могла использоваться для дополнительной обработки, которая применялась для различения желтых и белых огней. Время реакции в исследованиях обычно определяется с тем условием, что когнитивная деятельность занимает время и что один из этапов закончен перед началом следующих. Таким образом, в когнитивной психологии проводится много исследований, определяющих, сколько времени потребуется, чтобы ответить на стимулы или поучаствовать в конкретном эксперименте. Другой эксперимент проводил Роджер Шепард из Стэнфордского университета. Он обнаружил, что у участников исследования мысленное вращение объекта на 45° заняло больше времени по сравнению с вращением на 15° (см. рис. на с. 47). Помните, это мысленное, а не реальное вращение объекта. Таким образом, Шепард пришел к заключению, что события, происходящие в мозге, соответствуют физическим свойствам реального мира.

Исследования фиксирования установки (прайминга). В исследовании фиксирования установки быстро (в самом начале) предъявляют стимул, затем, после небольшой паузы, демонстрируют второй стимул, и участника просят сделать некоторое суждение относительно второго стимула, такое как: «Правда ли, что второй стимул является точно таким же, как и первый?». Прайминг использовался когнитивными психологами нескольких поколений, и тип простого фиксирования установки (представляющий участникам реплики для ответа) можно обнаружить в ранней истории экспериментальной психологии, относящейся к XIX в.

С появлением тахистоскопа (устройства, которое дает краткое представление о стимуле и измерении необходимого времени), компьютера, а затем и технологии томографии, исследования фиксирования установки становились все более популярными. Логическое обоснование экспериментов по фиксированию установки, особенно тех, что предназначены для проверки семантических эффектов, заключается в том, что путем активации одного элемента, который может быть связан с другим элементом, повышается приемлемость второго элемента. Этот эффект называется эффектом семантического прайминга.

Второй вид эффекта – эффект фиксирования объекта – сходен с семантическим праймингом. Всего существует два этапа. Первый состоит из представления объекта, скажем схематично нарисованного самолета, за которым следует пауза от 100 мс до нескольких месяцев. На втором этапе представляют второй объект, похожий на оригинальный, но обычно измененный, развернутый, переработанный или каким-либо образом ухудшенный (например, могут быть пропущены отдельные его линии), и измеряется точность и (иногда) время, затраченное участником эксперимента. В некоторых случаях используется обратная процедура; то есть участник видит ухудшенную форму, а затем его просят идентифицировать полный объект. Контрольные участники получают такое же задание, но без первого пункта. (Подробнее см. Tulving & Schacter, 1990.)

Глазо-моторные исследования. Большая часть мозга используется для обработки визуальной информации. И поскольку мы можем понять только то, на что смотрим, исследователи разработали методы, позволяющие точно определить, на чем в данный момент фокусируется глаз. Так как движения глаз часто бывают непроизвольными, вы не можете просто спросить человека, на что он смотрит, необходимы объективные измерения движений глаз. Одной из областей, где отслеживание движения глаз было особенно полезным, — изучение процесса чтения. Отслеживая движения глаз, исследователи могут точно определить, на какое слово или предложение человек смотрит и куда он смотрит затем. Посредством айтрекинга исследователи обнаружили, что движения глаз у людей с дислексией отличаются от движения глаз у людей без дислексии. Предполагается, что мозг направляет взгляд в те места в визуальном мире, которые важны для выполнения когнитивных функций.

Исследования латерализации. В попытках локализовать функции мозга исследователи обнаружили, что обе половины мозга могут отвечать за различные типы когнитивных функций. Это имело место в зонах Брока и Вернике, которые отвечали за речь и язык, поскольку они расположены (латерально) на одной стороне мозга (левая сторона). Затем исследователи начали искать функции, которые были бы уникальными для левой или правой части мозга. Было проведено две серии исследований, одна из которых была менее агрессивной (неинвазивной), чем другая. Неинвазивный метод изучения латерализации функции заключается в кратком представлении стимула либо в правом поле зрения, либо в левом. Благодаря уникальной архитектуре зрительной системы изображения, представленные в левом поле зрения, обрабатываются в правом полушарии, а изображения, представленные в правом поле зрения, обрабатываются в левом полушарии. Участник должен дать своевременный ответ в зависимости от выданного стимула. Это не означает, что информация, представленная в левом полушарии, в конечном итоге не обрабатывается правым полушарием. Фактически она передается в другое полушарие прежде всего через мозолистое тело, структуру, которая состоит из тонкой ленты аксонов. Предположение, лежащее в основе данных типов исследований латерализации, заключается в том, что, если объект представлен в левом полушарии, но в конечном счете его необходимо обработать правым полушарием, отзыв займет больше времени, чем если бы этот объект первоначально был представлен непосредственно правому полушарию. В 1960-х гг. Майкл Газзанига из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре провел исследование на людях, перенесших профилактическую операцию в связи с экстремальной эпилепсией. Чтобы уменьшить распространение эпилептического припадка, хирурги расщепили мозолистое тело, разорвав таким образом и связь между полушариями. Это инвазивное хирургическое вмешательство было ­оправдано потенциальным сокращением судорог. Используя латерализованное представление стимулов, Газзанига смог изучить латерализацию полушария без «перекрестных помех» между полушариями. Со временем другие пути, которые в меньшей степени отвечали за связь между полуша­риями, стали более искусными в этой функции, и латерализованные различия в некоторой степени уменьшились.

Документирование уникальных случаев

Анализ примеров из практики. Ранее мы сказали, что иногда психологи могут изучать обработку информации мозгом с помощью процесса обратного проектирования. Как и в случае с солдатами Первой мировой войны, получившим осколочное ранение, или других людей, перенесших инсульт или дегенеративные заболевания, которые могут сделать часть мозга бездействующей, ученый может исследовать когнитивный дефицит и соотнести его с поврежденной областью. Такие исследования относятся к клиническим исследованиям и носят наблюдательный характер. Это не эксперименты. Подобные нарушения встречаются у относительно небольшого процента населения, так что нам удалось найти лишь несколько подробно задокументированных случаев. Часто в целях защиты конфиденциальности в документах указывают только инициалы пациентов. Раньше исследование естественных нарушений было затруднено, потому что было почти невозможно определить, где произошло неврологическое повреждение. Очевидно, что, если осколком было нанесено внешнее повреждение, имелись некоторые признаки того, где оно находится. В двух известных случаях, описанных Броком и Вернике, исследователи обнаружили нарушение в восприятии и воспроизведении речи у своих пациентов. Хотя ученые были в состоянии задокументировать когнитивное нарушение, они не могли локализовать повреждение до смерти пациента, после которой производилось вскрытие. Сегодня у нас есть методы визуализации, позволяющие изучать людей такими, какие они есть при жизни. Предполагается, что существуют локализованные области для определенных функций и что они не зависят исключительно от сети нейронов.

Визуализирующие исследования. Локализация функций значительно продвинулась благодаря технологиям, которые позволяют нам создавать изображения мозга. Визуализирующие методы исследований могут быть классифицированы как изображения, которые показывают структуру, изображения, которые показывают процесс, и изображения, которые показывают как структуру, так и процесс. Визуализация структуры полезна для предоставления подробностей о неврологическом повреждении, а также об изменениях в развитии, тогда как визуализация процесса позволяет нам определить, где и когда что-то происходит. Мы рассмотрим их более подробно в следующей главе. Тем не менее мы хотим указать на некоторые предположения, лежащие в основе этих исследований. Предполагается, что некоторые методы визуализации основаны на мониторинге кровотока в определенных областях мозга. Кровь используется для переноса кислорода в различные области в организме и очищения от метаболических отходов. Предполагается также, что области, вовлеченные в когнитивную деятельность, требуют большего количества кислорода и будут генерировать большее количество отходов, а следовательно, больше крови будет направляться в эту область.

Этика

Ученые изучают когнитивные процессы человека и животных. То, что приемлемо для животных, не всегда приемлемо для людей. Например, использование инвазивного зондирования головного мозга может быть допустимо при очень редких дооперационных процедурах у людей, но это довольно распространено в исследованиях на кошках и приматах. Точно так же то, что может считаться допустимым для взрослых, не может быть допущено у детей. Например, отдельные методы визуализации требуют использования радиоактивных изотопов, которые могут быть вредны для детей, но не так вредны для взрослых. Несмотря на это, все исследования должны соответствовать установленным этическим нормам. Исследования, проведенные на животных, недавно стали предметом пристального внимания таких организаций, как PETA («Люди за этическое обращение с животными»), даже если они попадают под принятые законом рекомендации. Эта дискуссия продолжается и временами выходит из-под контроля, когда люди врываются в лаборатории, чтобы освободить животных, используемых в экспериментах. При правильном проведении исследований с участием животных мы получаем ценные данные, которые невозможно получить каким-то другим образом. Как и в случае с нашими коллегами-учеными в области медицины и биологии, вы должны взвесить выгоды с затратами на обеспечение качества жизни и животных, и людей.

Студенту

Настоящая книга призвана изложить вам главные темы когнитивной психологии. Мы попытались сделать это полезным и интересным способом. В этой главе мы дали вам предварительное понимание того, что такое когнитивная психология, рассказали о ее истории. Мы также познакомили вас с отдельными ее функциями, которые вы увидите в этой книге. Что касается цитат, то они были выбраны не потому, что это сказал кто-то известный, или потому что они обязательно согласуются с тем, о чем говорится в книге, а скорее потому, что они заставляют задуматься и должны стимулировать дискуссию (так что выделите секунду и прочитайте их!). Раздел «ПОЗНАНИЕ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ» предназначен для того, чтобы помочь вам распознать когнитивные процессы вокруг вас. Он важен для того, чтобы помочь вам понять когнитивные процессы, которые испытывают другие, а также вы сами (так что читайте их!). Раздел «ПОПРОБУЙТЕ ЭТО» призывает вас испытать действие когнитивного процесса самостоятельно. Это важно, потому что этот опыт привлечет ваше внимание к когнитивным процессам, которые в противном случае могут остаться незамеченными (так что прочитайте их тоже!). В разделе «В центре внимания когнитивной нейронауки» приводится статья о нейронауке, относящаяся к данной конкретной главе. И наконец, раздел «Дополнительные материалы» охватывает интересную область исследований и текущие результаты, относящиеся к этой главе.

Дополнительные материалы

Распознавание лиц

Недавние достижения в анализе ДНК привели к реабилитации сотен граждан, ложно осужденных за преступления, которых они не совершили. Ученые-психологи пролили свет на доказательства, используемые, чтобы осудить оправдывающихся, и главной причиной неправильной идентификации были неверные показания свидетеля. Традиционная методология, разработанная социальными психологами для идентификации свидетеля в лаборатории, включает в себя показ участнику инсценированного преступления. Как правило, для этого используют небольшое видео с записью процесса кражи. Затем участнику эксперимента показывают несколько фотографий в бумажном виде или на компьютере, а он должен дать только один идентификационный ответ (MacLin, Zimmerman, & Malpass, 2005). Поскольку в ходе подобного исследовия получают мало данных, для исследования требуются сотни участников. Когнитивные психологи, со своей стороны, традиционно проводят исследования по распознаванию лиц, чтобы выяснить, как люди могут узнавать лица в повседневной жизни. Типичное исследование распознавания лиц включает в себя демонстрацию испытуемым множества фотоизображений лиц во время фазы «кодирования». После определенного интервала начинается фаза распознавания. Участникам эксперимента представляются исходные лица из фазы кодирования, смешанные с эквивалентным количеством новых лиц, которых они ранее не видели. Их задача — указать, какие лица были показаны ранее («старые»), а какие были «новыми», недавно добавленными. С помощью такой методологии получается много «точек» данных («старые/новые» ответы), поэтому требуется меньше испытуемых. Кроме того, может быть проведен более сложный статистический анализ, включающий в себя использование мер по обнаружению сигналов. Мейснер и соавторы (2005) привнесли новый взгляд на прежнюю методологию идентификации очевидцев, объединив типичное их исследование с типичным исследованием распознавания лиц. В новой парадигме испытуемым было показано восемь лиц на этапе кодирования. Позже на этапе распознавания им было показано шестнадцать «наборов» с различным числом лиц, что позволило ученым изучить влияние объема этих «наборов». Результаты показали, что по мере увеличения числа лиц точность распознавания снижалась. Хотя это неудивительно, результаты таких исследований могут помочь ученым в предоставлении рекомендаций правоохранительным органам относительно оптимального количества лиц, предоставленных для опознания, и способа его проведения. Тем не менее основное значение этого исследования было в том, чтобы продемонстрировать: более эффективный метод сбора данных, основанный на методологии разумной когнитивной психологии, мог бы заменить старую методологию, разработанную когда-то давно социальными психологами.

Резюме

1. Когнитивная психология изучает процессы приобретения, преобразования, представления, хранения и извлечения из памяти знания, а также то, как эти знания направляют наше внимание и управляют нашими реакциями.

2. Общепринятая модель обработки информации предполагает, что обработка информации происходит в форме последовательности этапов, на каждом из которых выполняется уникальная функция.

3. Модель обработки информации поднимает два следующих вопроса:

а) каковы стадии обработки информация?

б) в какой форме представлено знание?

4. В когнитивной психологии используются исследования и теоретические подходы из основных областей психологии, включая нейронауку, восприятие, распознавание паттернов, внимание и сознание, память, репрезентацию знаний, воображение, язык, психологию развития, мышление и формирование понятий, человеческий интеллект и искусственный интеллект.

5. Историческими предшественниками современной когнитивной психологии являются греческая философия, эмпиризм XVIII в., структурализм XIX в. и неокогнитивная революция, на которую повлияли новые достижения в теории коммуникации, лингвистике, исследованиях памяти и компьютерных технологиях.

6. Основная идея когнитивной революции заключается в том, что внутренние процессы рассматриваются как предмет психологии. Это противоречит положению бихевиоризма о том, что истинный предмет психологии — реакции или поведение.

7. Концептуальная наука — полезная метафора, изобретенная людьми для понимания «действительности». Когнитивные психологи строят концептуальные модели с целью создания системы, отражающей характер человеческого восприятия, мышления и понимания мира.

8. Когнитивные модели основаны на наблюдениях, описывающих структуру и процессы познания. Модель может сделать наблюдения более понятными.

9. Модель обработки информации заняла доминирующее положение в когнитивной психологии, но объединение моделей, использующихся в информатике и нейронауке, с моделями когнитивной психологии привело к образованию когнитивной науки.

10. Параллельная распределенная обработка (PDP) — это модель познания, в которой информация, как считается, обрабатывается так же, как в нейросетях. Это предполагает, что обработка данных в нейронной сети происходит одновременно в различных областях с простыми связями, которые либо усиливаются, либо ослабляются.

11. Эволюционная когнитивная психология — это подход к познанию, использующий эволюционную психологию и биологическую психологию в единой системе знаний.

Книги и статьи

В книге «Новая наука о разуме» (The Mind’s New Science) Говард Гарднер описал историю когнитивной науки. Нейрофизиолог Карл Прибрам опуб­ликовал в журнале American Psychologist чрезвычайно интересную статью под названием «Когнитивная революция и проблемы психики/мозга» (The Cognitive Revolution and Mind/Brain Issues). Книги Познера (ред.) «Основы когнитивной науки» (Foundations of Cognitive Science) и Найссера «Познание и реальность: принципы и применение когнитивной психологии» (Cognition and Reality: Principles and Implications of Cognitive Psychology) послужат хорошим введением в некоторые проблемы когнитивной психологии. Лучший обзор истории американской психологии, включая возникновение когнитивной психологии, можно найти в книге Эрнеста Хилгарда «Психология в Америке: исторический обзор» (Psychology in America: A Historical Survey). Хороший доклад о расколе между бихевиоризмом и когнитивной психологией можно найти в занимательной книге Бернарда Баарса «Когнитивная революция в психологии» (The Cognitive Revolution in Psychology). Интересные новые взгляды на адаптивное познание содержатся в книгах Баркоу, Космидес и Туби (ред.) «Адаптированный разум: эволюционная психология и культура» (The Adapted Mind: Evolutionary Psychology and the Generation of Culture) и Газзаниги (ред.) «Когнитивная нейронаука» (The Cognitive Neurosciences) (особенно раздел X) и «Новая когнитивная нейронаука» (The New Cognitive Neurosciences). Некоторые полезные статьи можно найти в «Энциклопедии когнитивных наук Массачусетского технологического института» (The MIT Encyclopedia of the Cognitive Sciences) под редакцией Уилсона и Кила.

---

Глава 2. Когнитивная нейронаука

Исследование мозга: границы внутри

XXI век — наука о мозге

Проблема психики и тела

Центральная нервная система

Нейрон

Анатомия головного мозга

Обнаружение функций коры

Ранние исследования в локализации

История о двух полушариях

Когнитивная нейронаука

Когнитивная психология и когнитивная нейронаука

Инструментарий нейроученых

ЭЭГ

Компьютерная аксиальная томография

ПЭТ-сканы

МРТ и фМРТ

МЭГ

ТМС

Микро-КАТ

Исследования с использованием методов визуализации: примеры ПЭТ

Хмм?..

1. В чем состоит проблема психики и тела?

2. В чем заключается основной принцип когнитивной нейро­науки?

3. Почему наука о познании обратилась к нейронауке?

4. Назовите основные отделы центральной нервной системы.

5. Опишите анатомию и основные функции головного мозга.

6. Как ранние исследования головного мозга способствовали пониманию его функций и их локализации?

7. Каковы используемые сегодня методы отображения мозга?

8. Как исследования расщепленного мозга способствовали лучшему пониманию нервных основ когнитивной деятельности?

Нервная система и машина существенно похожи в том, что они — устройства, которые принимают решения.

Норберт Вайнер2

Действительно ли мозг является устройством? Он может считаться машиной, как говорится в цитате выше? В этой главе мы изучим данные проблемы и узнаем о структуре и функциях мозга и нервной системы в целом.

Исследование мозга: границы внутри

Когнитивная нейронаука является основанным на мозговой деятельности подходом к когнитивной психологии. Люди всегда интересовались тем, что находится за следующим холмом, в долине, или где начинается река. В прошлом великие исследователи мира — Колумб, Льюис и Кларк, Эрхардт — сделали много удивительных открытий. Сегодня ученые исследуют еще более фундаментальную, чем вся наша планета, территорию, гораздо более близкую, но при этом намного более загадочную и гораздо упорнее не желающую раскрывать нам свои секреты. Это мир человеческого мозга.

В то время как размеры Земли огромны, а ее климат сложен, мозг имеет небольшие размеры (этот студенистый орган весит всего лишь около 1400 г), но его способность обрабатывать информацию весьма высока. Можно сказать просто: запутанная сеть нейронов и их соединений в головном мозге человека является наиболее сложной из известных нам систем. Способность мозга человека к анализу сенсорных сигналов и пониманию себя и Вселенной поразительно сложна. Давайте рассмотрим эту удивительную вычислительную систему и ее физические и функциональные свойства.

Общая география головного мозга человека известна давно, однако описание специфической географии и функций мозга только начинает появляться в научной литературе. Современному исследованию мира мозга способствует развитие технологий отображения мозга, позволяющих нам видеть сквозь прочную преграду черепа. Как древние мореплаватели, наносящие на карту опасные моря, тихие лагуны и смертельные рифы, картографы психики наносят на карту области зрительной обработки данных, семантического анализа, интерпретации услышанного и огромное количество других когнитивных функций. Эта глава — рассказ об открытии, которое привело нас к современному исследованию в когнитивной нейронауке — но в любом случае есть еще многое, что следует узнать о самой близкой нам границе — мозге.

Мозг — последний и величайший рубеж... наиболее сложная вещь из тех, которые мы пока обнаружили в нашей Вселенной.

Джеймс Уотсон

ПОЗНАНИЕ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ

Зависимость от курения

Каждый день мы узнаем все больше о географии мозга и его функциях. Недавние исследования (Naqvi, Rudrauf, Damasio, & Bechara, 2007) показывают, что определенная часть мозга (островок) может быть непосредственно ответственна за сильное желание курить у зависимых от этого людей. Ученые случайно наткнулись на исследование, где было описано, что у человека, который курил по сорок сигарет в день в течение четырнадцати лет, случился инсульт. И когда он пришел в себя после болезни, у него больше не было желания курить. Он не принимал решение бросать, не собирался прилагать какие-либо сознательные усилия, чтобы перестать курить. Его мозг сделал это за него, потому что инсульт повредил островок, часть мозга, которая, как известно, контролирует сознательные побуждения. Тем не менее никто не знал, что он может быть настолько важным нейронным субстратом, ответственным за курение, что его повреждение приведет к немедленному прекращению аддиктивного поведения. Чтобы подтвердить свои догадки, ученые изучили других курильщиков, которые перенесли инсульт, и обнаружили похожие результаты. Это небольшое исследование (N = 20), но оно является основополагающим для понимания того, где в мозге локализируется зависимость, а также где находится отправная точка для медицинского вмешательства, чтобы прекратить зависимое поведение. Наконец, такие выводы подчеркивают, насколько трудно бросить курить. Мозг был изменен в результате курения, поэтому бросить курить стало трудной задачей. Изменение вашего мнения — это одно дело, но изменить ваш мозг довольно сложно (хотя и возможно).

XXI век — наука о мозге

Энтузиазм, охвативший в последнее время когнитивных психологов, во многом был обусловлен новыми достижениями в области, сочетающей в себе когнитивную психологию и нейронауку, специальности, называемой нейрокогнитологией, или, более широко, когнитивной нейронаукой. Научная область когнитивной нейронауки получила свое название в конце 1970-х гг. на заднем сиденье нью-йоркского такси. Майкл Газзанига, ведущий специа­лист в исследованиях расщепленного мозга, и выдающийся когнитивный психолог Джордж Миллер ехали на собрание с учеными из университетов Рокфеллера и Корнелла, которые должны были изучить, как мозг производит то, что мы воспринимаем как ум. Тема нуждалась в названии. Во время этой поездки в такси возник термин «когнитивная нейронаука». Прежде чем обсуждать ее детали, давайте кратко изучим более широкий вопрос о том, как она вписывается в дихотомию «разум — тело», рассматриваемую учеными и философами на протяжении веков и пересмотренную когнитивными нейробиологами и оснащенную технологией визуализации.

Проблема психики и тела

Чтобы в полной мере оценить историю, которую мы собираемся рассказать, вам нужно на мгновение отвлечься от своей реальности с мгновенным доступом к информации и представить себя в мире первых мыслителей и ученых. Представьте, что даже самые умные люди тогда не знали, как взаимодействуют разум и тело и являются ли они двумя разными сущностями или одним и тем же. Начнем с Декарта.

Одним из первых вопросов, которыми задавались философы, был вопрос о том, как двигается тело. Декарт привел пример того, как человек подносит руку к огню, ощущает тепловую энергию и, даже не задумываясь об этом, отводит руку назад. Как это работает? Является какой-то механической особенностью или частью сознательного мыслительного процесса? Декарт полагал, что «нити», соединяющие руку с мозгом, двигают и активируют мозг, который продуцирует вещество, позволяющее убрать руку от огня. Он назвал это рефлекторной дугой. Каким бы абсурдным это ни казалось, в то время Декарт связывал данную идею с современными ему машинами. В тот период производили гигантские часы, из которых каждый час выпрыгивали человеческие фигуры и двигались с помощью шестеренок и пружин. Также популярными в то время были водные сады, в которых стояли человекоподобные автоматы, двигающие руками и ногами благодаря силе водяного потока. Объединив эти два типа технологий, Декарт понял, как именно работает наша нервная система.

Со времен Декарта философы были озабочены вопросами об отношениях между разумом и телом. Теперь мы знаем, что все психическое (ум) одновременно является неврологическим (тело). Примечательно, что мы, люди, находимся в этих двух мирах одновременно.

Мир состоит из физических вещей, которые существуют во времени и пространстве, такие как камни, деревья, часы и машины. Эти вещи имеют физические свойства, они следуют физическим законам, таким как законы гравитации, которые управляют падающими объектами, и законы центробежной силы, которые управляют действием вращающихся объектов. Живые существа помимо прочего подчиняются неврологическим законам, регулирующим передачу импульса от одного нейрона к другому. Хотя мы не говорим, что тело похоже на скалу (или дерево), но оно находится в физическом мире (как скала и дерево), и некоторые утверждают, что тело принципиально отделено от разума. Мир разума населен воспоминаниями, идеями, мыслями, образами и т.д. Они также регулируются законами, хотя найти их иногда сложнее, чем найти то, чем управляет физический мир.

Рефлекторная дуга в наши дни

Проблема соотношения разума и тела не решена. Некоторые философы утверждают, что единственным реальным миром является мир психики и что физический мир — всего лишь иллюзия. И наоборот, другие полагают, что реален только физический мир, а психика в конечном счете суть функция мозга. Последняя позиция часто подвергается критике за то, что лишает человечество возвышенного, идеалистического духа, например, сводит любовь к возбуждению нейроннов.

В то время как дуалист полагает, что ум и тело могут сосуществовать, одной из основных проблем является выявление связи между разумом и телом, и наоборот. Идеи об отношениях тела и разума представляются различными. Но что мы имеем в виду, когда говорим о разуме? Когда мы говорим о психике, мы подразумеваем деятельность мозга: например, мышление, сохранение информации в памяти, восприятие, суждение, а также любовь, ощущение боли, понимание законов мира, сочинение музыки и юмор. В этом смысле психика состоит из протекающих в мозге процессов. У мозга есть физические свойства. Он состоит из нейронов. Физические свойства мозга постоянно изменяются (подробное описание следует далее в этой главе). Мозг никогда не отдыхает полностью; он всегда проявляет электрохимическую активность. Однако общая архитектура мозга, сеть нейронов, расположение в коре основных центров, области мозга, связанные с такими функциями, как ощущение, управление движениями, зрение и т.д., в общем стабильны и изменяются слабо. Происходящие в мозге процессы изменяются быстрее. Психика более динамична, чем мозг. Мы можем изменять свои мысли быстро и без значительных структурных (архитектурных) изменений в мозге, хотя паттерны электрохимической передачи импульсов при этом могут быть очень изменчивыми. Наши осознанные мысли могут изменяться от постыдных до возвышенных, от мыслей о внутреннем мире до мыслей о внешнем, от священных до нечестивых быстрее, чем вы читаете это предложение. Физические изменения в нервной деятельности вызывают изменения в сознании, в то время как базовая анатомическая структура мозга, конечно, остается стабильной.

Эта постоянно меняющаяся динамическая природа ума могла быть тем, что вдохновило Джемса приравнять мысль к потоку сознания. Однако, хотя разум, как правило, динамичен, он также имеет свою последовательность; наш образ мышления в общем, наше отношение к религии, наши стремления, наш взгляд на семью и т.д. достаточно стабильны. По мере продвижения по этой главе когнитивная психология и нейронаука впервые после многовековых дебатов в интеллектуальной истории нашего вида прольют свет на тему, которая является одновременно надежной и научно обоснованной.

Центральная нервная система

Теперь мы знаем, что наша центральная нервная система (ЦНС) намного сложнее, чем система волокон и жидкостей. Мы будем фокусироваться на головном мозге, уделяя особенное внимание структурам и процессам, имеющим отношение к основанным на данных нейронауки когнитивным моделям.

Основным строительным блоком ЦНС является нейрон, специализированная клетка, которая передает информацию по всей нервной системе (рис. 2.1). Человеческий мозг состоит из плотно распределенных нейронов. По некоторым оценкам, это число превышает 100 млрд (примерное количество звезд в Млечном Пути), каждый из них способен принимать и передавать нервные импульсы иногда тысячам других нейронов и является более сложным, чем любая другая система, о существовании которой известно. Каждый кубический сантиметр коры головного мозга человека содержит около 16 000 км нейронов3, соединяющих клетки друг с другом (Blakemore, 1977). На рис. 2.2 представлен вид взаимосвязи нейронов в мозге человека. Сравните этот рисунок с изображением нейрона (см. рис. 2.1) и попробуйте найти дендриты и аксоны на рис. 2.2. В любой момент времени большинство корковых нейронов активны, и считается, что когнитивные функции, такие как восприятие, мышление, сознание и память, обусловлены одновременным запуском нейронов, расположенных по всей этой сложной нейронной сети. Трудно представить огромное количество нейронов, которые одновременно активируются в сложной инфраструктуре, поддерживающей систему. Если нам трудно вообразить это (или представить 10 000 км нейронов) — судите сами, как трудно понять другие сложности мозга. Существует парадокс: поскольку мозг настолько сложен, он никогда не сможет полностью понять себя, как бы мы ни старались. Так не слишком ли оптимистично полагать, что мы когда-нибудь поймем работу разума? Возможно, ведь мы знаем много о строительном блоке мозга, нейроне.

Рис. 2.1. Основные типы нейронов

Рис. 2.2. Первая публикация рисунка Сантьяго Рамона-и-Кахаля, посвященного центральной нервной системе, демонстрирующего пять классов нейронов в мозжечке: А — ганглиозная нервная клетка; D — звездчатый нейрон; F — клетка Гольджи; H — гранулярная клетка; S –аксоны (Предоставлено Институтом нейробиологии, Испания)

Нейрон

Скорее всего, существуют тысячи различных типов нейронов (Kandel, Schwartz, & Jessell, 1991), каждый из которых выполняет специализированные функции в различных частях нервной системы.

Нейрон имеет следующие основные морфологические части (рис. 2.3).

1. Дендриты, воспринимающие нервные импульсы от других нейронов. Дендриты сильно разветвлены и напоминают ветви дерева.

2. Тело клетки, окруженное полупроницаемой клеточной стенкой, через которую поступают питательные вещества и выводятся отходы.

3. Аксон, длинный трубчатый передающий путь, по которому посредством соединений, называемых синапсами, передаются сигналы от одной клетки другим. Аксоны нейронов головного мозга могут быть крошечными, а могут достигать длины 1 м и более. Длинные аксоны окружены жироподобным веществом, или миелиновой оболочкой, играющей роль изоляционного материала.

4. Пресинаптические окончания, или утолщения. Они располагаются на концах тонких разветвлений аксона. В соединении, или синапсе, они находятся у рецептивной поверхности других нейронов и передают им информацию.

Рис. 2.3. Структура нейрона

Хотя синапс не является частью фактической структуры, он выполняет одну из самых важных функций, заключающуюся в предаче химической информации от одного нейрона к другому с помощью химических веществ, называемых нейротрансмиттерами. Электрические заряды проходят через аксон. Когда они достигают дендрита, высвобождаются нейротрансмиттеры. Прохождение через синаптическую щель к рецептору является дендритом следующего нейрона. Химический нейротрансмиттер изменяет полярность, или электрический потенциал, воспринимающего дендрита.

Нейротрансмиттер является химическим сообщением, которое воздействует на мембрану дендрита принимающего нейрона (рис. 2.4). Один класс нейротрансмиттеров оказывает тормозящее действие, что приводит к меньшей вероятности возбуждения следующего нейрона. Другой класс оказывает возбуждающее действие, повышая вероятность возбуждения следующего нейрона. В настоящее время предполагается, что функцию нейротрансмиттеров выполняют около ста различных химических веществ. Похоже, что некоторые из них выполняют обычные функции, такие как поддержание физической целостности клеток; другие, такие как ацетилхолин, по-видимому, связаны с научением и памятью.

При рождении не все синаптические соединения полностью сформированы и не все нейроны полностью миелинизированы (рис. 2.5), однако большинство нейронов имеется в наличии. Другими словами, нейроны, с которыми вы родились, сохраняются на протяжении всей вашей жизни (и некоторые из них вы потеряете из-за старения или травм). Можно предположить, что у нас могла бы быть способность генерировать новые дендриты, чтобы создавать больше связей среди нейронов. В любом случае, это невозможно после того, как человек станет старше двух лет. У взрослого человека все синапсы развиты полностью. Но, к счастью, и увеличения количества синапсов не происходит. Типичное тело нейрона взрослого человека и его дендриты способны образовывать около тысячи синапсов с другими нейронами, а типичный аксон связан синапсами примерно с 1000 других нейронов.

Рис. 2.4. Синаптическая передача. В результате нервного импульса нейротрансмиттеры из аксона первого нейрона поступают в синаптическую щель и стимулируют рецепторы, находящиеся в мембране постсинаптического нейрона

Рис. 2.5. Нейроные сети от рождения до двухлетнего возраста. Ребенок имеет при рождении почти все нейроны. Однако количество соединений между ними продолжает увеличиваться, достигая астрономических цифр: несколько примеров показаны на рисунке

Не обошлось и без противоречий. Исследование нейрогенеза в конце 1990-х гг., проведенное на нечеловекообразных приматах, позволило сделать предположение, что новые нейроны могли сформироваться в коре головного мозга примата. Однако более новое исследование указывает, что на самом деле поколение новых нейронов не является обычным явлением и, вероятно, происходит только в гиппокампе.

Скорость передачи нервных импульсов по аксону зависит от его размеров. В наименьшем аксоне нейротрансмиссия осуществляется со скоростью примерно 0,5 м/с (около 1 мили в час), в то время как в наибольших аксонах эта скорость равна 120 м/с (примерно 270 миль в час). (Это во много тысяч раз медленнее, чем скорости передачи и переключения в компьютере.) В мозге всегда происходит электрохимическая активность, и нейрон может генерировать разряды с частотой около тысячи в секунду. Чем чаще возбуждается нейрон, тем больший эффект он оказывает на клетки, с которыми соединен посредством синапсов.

Знания человека не локализованы в каком-то единственном нейроне. Считается, что когнитивная деятельность человека складывается из обширных паттернов распределенной по всему мозгу нервной активности и что она осуществляется параллельно посредством возбуждающих или тормозящих связей, или «переключателей». По поводу силы связей между элементами выдвинуто несколько различных теорий, в том числе влиятельная теория Дональда Хебба (Hebb, 1949). Согласно упрощенному варианту коннекцио­нистской модели, одновременное возбуждение элементов А и Б приводит к увеличению силы связи между ними. Если элементы возбуждаются не одновременно, связь между ними ослабляется. Не случайно предположения, лежащие в основе моделей параллельной распределенной обработки, похожи на эти нейронные модели.

Анатомия головного мозга

Первые анатомы открыли структуру и функцию животных и людей, изучая их организм после смерти. Изучив тело, они смогли рассмотреть легко различаемые структуры и вывести из этих структур функции. Трубчатые структуры (такие как кишечник или кровеносные сосуды) могли появиться, чтобы распространять полезные вещества. Структуры, напоминающие мешок (такие как живот или мочевой пузырь), могли появиться для хранения каких-то веществ. Это раннее исследование тела дало нам богатую информацию о структуре и функциях человеческого тела. Перед первыми учеными, занимавшимися мозгом, стояло, однако, немного больше вопросов. Откройте череп, и самым значимым будет то, что мозг, по всей видимости, состоит из двух половин и в целом является мягкой массой складок. Глубже в мозге нет никаких твердых структур и не так уж много каких-то легко идентифицируемых особенностей. А те структуры, различия между которыми заметны, не всегда позволяют сделать непосредственный вывод о том, какие функции они выполняют. Однако обширное исследование на самом деле продемонстрировало дискретные структуры.

Мозг разделен на две похожие структуры, или правое и левое полушария. Поверхность полушарий образована корой головного мозга, тонким слоем серого вещества, содержащего большое количество тел нейронов и коротких немиелинизированных аксонов. Кора головного мозга имеет толщину около 1,5–5 мм. Из-за большого количества складок мозг имеет бо́льшую поверхность, чем кажется. Гребни, находящиеся между впадинами, называются извилинами, а сами впадины — бороздами. Если бы кору можно было развернуть, ее площадь оказалась бы равной примерно 2025 см2, что примерно в три раза больше, чем видно на поверхности. Складчатость коры, придающая мозгу характерный вид грецкого ореха, увеличивает поверхность мозга, сохраняя объем черепа, — хитрое биологическое решение, позволяющее людям сохранять мобильность и таким образом выживать, не будучи обремененными огромными черепами. Именно в коре головного мозга осуществляются мышление, восприятие, языковая обработка и другие когнитивные функции.

Дональд О. Хебб (1904–1985). Первый исследователь в области нейрокогнитологии, чьи конструктивные идеи часто используются при разработке коннекционистских моделей.

Кора головного мозга. На протяжении более ста лет кора больших полушарий головного мозга находится в фокусе внимания ученых, потому что, по-видимому, именно в ней осуществляются мышление и когнитивные функции. Под «мозгом» мы обычно понимаем именно его кору, тонкий слой плотно расположенных клеток, хотя следует отметить, что когни­тивные функции (восприятие, память, решение проблем и языковая обработка) требуют работы многих областей мозга, а многие сложные необходимые телесные и когнитивные функции выполняются в других частях мозга.

Эволюция заключила мозг в очень твердое хранилище из костей, обернула его в слой жесткой мембраны и смягчила в вязкой спинномозговой жидкости. Эти защитные щиты составляют особенно трудные проблемы для ученых, которые хотели бы непосредственно наблюдать деятельность человеческого мозга.

Гордон Бауэр

Человеческий мозг

В процессе эволюции кора возникла позднее всех остальных структур мозга. У некоторых существ, например у рыб, кора отсутствует; другие, такие как пресмыкающиеся и птицы, обладают менее сложной корой головного мозга, чем млекопитающие. С другой стороны, млекопитающие, такие как собаки, лошади, кошки (вопреки убеждениям некоторых любителей собак) и особенно приматы, имеют высокоразвитую и сложную кору головного мозга. У людей кора участвует в восприятии, речи, сложных действиях, мышлении, процессе говорения и создания текста, а также других процессах, которые делают нас разумными.

Области коры головного мозга. Кора головного мозга разделена на четыре основные области; границами некоторых из них являются крупные извилины, или борозды (рис. 2.6). Эти четыре области называются лобной, височной, теменной и затылочной долями. Хотя каждая доля связана с определенными функциями, осуществление многих функций, вероятно, распределено по всему мозгу.

Лобные доли. Отвечают за контроль импульсов, суждения, решение проблем, контроль и управление поведением, общую организацию.

Височные доли. Обрабатывают слуховые ощущения, ответственны за слушание, речь и распознавание лиц.

Теменные доли. Собирают сенсорную информацию от различных органов чувств, манипуляцию объектами, визуально-пространственные навыки.

Затылочные доли. Перерабатывают зрительную информацию, получают информацию с сетчатки глаза, обрабатывают ее и передают в соответствующую зону, также известны как первичная зрительная кора.

Сенсорно-моторные области. Научное исследование моторных зон мозга началось в XIX в., когда было обнаружено, что электрическая стимуляция различных областей коры находящихся под легкой анестезией собак приводит к реакциям подергивания, причем умеренная стимуляция лобной доли приводит к рефлекторным реакциям передних конечностей. В первых экспериментах было обнаружено, что эти слабые токи обрабатывались контралатерально (противоположно). То есть сенсорная информация от спинного мозга (сигналы от вашей руки, касающейся кролика) попадает на левую сторону тела, пересекает его и первоначально обрабатывается в правом полушарии. Кроме того, двигательные зоны каждого полушария контролируют движения противоположной стороны тела. Более поздние эксперименты по электростимуляции человеческого мозга были проведены канадским ученым Роджером Пенфилдом, применившим слабые удары током к пациентам-людям непосредственно перед операцией, которая вызвала вербальные сообщения о давно забытых воспоминаниях. Вскоре последовало картирование сенсорных и моторных областей мозга у других млекопитающих, включая людей, и появилась общая картина основных моторных и сенсорных областей коры.

Кора головного мозга контролирует мыслительные и сенсорные функции, произвольное движение.

Мозолистое тело передает информацию между двумя полушариями головного мозга.

Гипоталамус регулирует температуру, питание, сон и эндокринную систему.

Гипофиз — основная железа эндокринной системы.

Таламус передает сенсорную информацию в коре головного мозга.

Ретикулярная формация передает сообщения о сне и возбуждении.

Варолиев мост передает информацию между корой головного мозга и мозжечком.

Мозжечок координирует движения тонких мышц и равновесие.

Продолговатый мозг регулирует сердцебиение и дыхание.

Спинной мозг передает нервные импульсы между мозгом и телом и контролирует простые рефлексы.

Чем важнее функция, например движение передних конечностей у енотов (питание и рытье нор у енотов во многом зависят от деятельности передних конечностей), тем большая часть моторной коры соответствует данной анатомической области. По сравнению, скажем, с собаками у енотов относительно большая часть моторной коры связана с управлением передними конечностями (Welker, Johnson, & Pubols, 1964). Создание карты сенсорных областей показало, что точная электрическая стимуляция различных областей приводит к соответствующим ощущениям в связанных с возбуждаемой сенсорной корой частях противоположной стороны тела. Стимуляция соматосенсорной области, связанной, например, с рукой, может приводить к ощущению покалывания в руке на противоположной стороне тела. Как и в случае моторных областей, частям тела, выполняющим значительную сенсорную функцию, таким как язык у человека, в сенсорной коре соответствует более крупная область.