Модели работы мозга

Экспериментальные концепции работы мозга.

Исследования, ведущие к метафоре "когнитивных карт"

Концепция И.П. Павлова

В начале прошлого века физиолог И.П. Павлов выдвинул первую экспериментальную концепцию работы мозга. В его учении единицами работы мозга были рефлексы, т.е. нервное возбуждение от рецепторов распространялось по четким физиологическим механизмам к рабочим органам. Он в своих исследованиях исходил из учения Декарта о рефлексах, по мнению которого животные обладали только машинными рефлексами, но проблема была в том, что концепция рефлекса не давала объяснения свойств предвидения, целеполагания, мышления и психики у животных. Поэтому Павловым отвергались все исследовательские программы, связанные с психикой животных.

Открытие Ф.Ч. Бартлетта

Практически в то же время Фредерик Чарльз Бартлетт в своей работе "Запоминание", изданной в1932 году сделал важное открытие, которое заключалось в том, что информация, формируемая воспоминаниями, отличается от исходно сообщаемой информации. По его данным, "точность воспроизводства, в буквальном смысле, является редким исключением и не составляет правила".

Он обратил внимание, что записываемые воспоминания, как правило, короче исходной информации. Как и почему происходит такое сокращение? Бартлетт обратил внимание, что при сокращении сохраняется глубинная структура и смысл информации. Он сделал вывод, что "форма, план, тип или схема рассказа средне образованного взрослого" всегда доминирует и является стойким фактором, и обратил внимание, что исключается несущественная информация.

В случае использования непоследовательной или непонятной информации, при воспоминании эта информация либо опускалась, либо как-то объяснялась, а нестандартно написанный исходный текст обычно перелагался в привычные нормы современной речи. При этом Бартлетт установил, что некий класс преобразований исходного материала состоял из "приведения относительно неизвестного к относительно известному".

Им была разработана теория схемы, которая должна была объяснить его эмпирические находки в сфере человеческой памяти, как это следует из его записей вспоминания опрашиваемых, хотя зачастую их пересказы оказывались более специфичны и менее схематичны, чем прочитанный ими исходный текст.

Бартлетт связывал понятие схемы с организацией прошлого опыта, обеспечивающей ориентацию организма по отношению к тому, с чем он действует в настоящем и намечает линии его поведения в будущем. Причем новое знание дополняет схематическую организацию опыта.

При произвольном вспоминании прошлого человек сознательно восстанавливает общее отношение к этому прошлому, и, используя свой прошлый опыт, начинает воспроизводить и конструировать все более частные детали.

С современных позиций можно сказать, что главная проблема Бартлеттовской теории схемы, в том, что схематизм является формой умственного представительства для любых комплексных форм знания. А достижением Бартлетта является потребность в форме особого умственного представительства для объяснения того, как же человеческое существование работает со сложным, структурно представленным знанием.

Работа Э. Толмена

Однако при общении с животными видно, что они обладают сложными психологическими функциями и психологи уже в первой половине XX века считали, что психика играет определяющую роль в поведении.

Первым подтвердил эту идею американский психолог Э. Толмен на крысах, начав свои исследования в 30-х годах прошлого века, опубликовав свои результаты в 1948 году. Крысы научились находить выход из лабиринта в поисках пищи, выработав ментальные репрезентации.

В процессе научения в мозгу крысы образовывалось что-то, вроде карты поля лабиринта. В мозг крысы поступал стимул, который давал ответную реакцию. Стимулы поступали в какую-то специальную структуру, которую Толмен назвал "когнитивной картой окружающей обстановки".

В соответствии с этой картой, прописывающей маршруты, определяются ответные реакции животного. Толмен предложил теорию, основанную на таких двух допущениях:

В процессе научения в нервной системе образуются установки, соответствующие когнитивным картам, а не связи типа "стимул — реакция",

Такие когнитивные карты могут быть узкими и широкими.

Что имеется в виду под узкими или широкими когнитивными картами? Узкая исходная карта, включает небольшой участок относительно расположения цели, а широкая карта дает возможность даже в случае изменения положения животного на старте или введении изменений в маршрут, действовать соответственно и выбрать правильный маршрут.

Пространственная ориентация К. Линча

У К. Линч описывается город в терминах: путей, узлов, вех, районов (мест, объединенных вокруг какой-то достопримечательности) и граней (границ пространственных объектов). У него когнитивные карты — это активные ориентировочные схемы, направленные на поиск информации, связанные с перемещением познающего.

Перемещение вынуждает увеличивать информацию, а также создает условия для ее увеличения. Движение задает человеку представление о цели на уровне непроизвольного восприятия и создает условия для сбора полной информации: уточняются оценки расстояния, характер преодолеваемой среды, поворот предметов "невидимыми" сторонами.

Умственные модели Джонсона-Лейерда

Позже (в 1980, 1983 годах) были представлены умственные модели Джонсона-Лейерда, которые были довольно убедительно аргументированы, "модель не способна произвольно, подобно логическому представлению, показывать положение вещей, и, следовательно, его структуру, но играет прямую представительскую или аналогичную роль. Его структуры отражают соответственные аспекты соотносимых положений вещей мира".

Пространственная информация может быть представлена в родовой форме (в виде, например "мысленной карты"). Значит, вспоминание подобной информации может быть определено в понятиях схемы. Если же человек услышит новый текст о каком-то незнакомом месте, то он способен сформировать умственную модель пространственной информации в соответствии с услышанным текстом, и умственные модели будут представлены набором представлений в понимании и памяти, подобно "мысленным картам", которые уже сложились в памяти человека.

Понятие когнитивной карты близко к понятию "схемы", введенному Ф. Бартлеттом и "мысленным картам" Джонсона-Лейерда. Нужен был подход, который позволил бы изучать и мозг и поведение и не терять определенный уровень самоорганизации, связанный с этим, требовалось включить психику в картину работы мозга.

Когнитивная нейронаука

Исследования в этом направлении наиболее интенсивно проводились в 70-80-х годах прошлого века, при этом выделилось отдельное направление — когнитивные нейронауки (cognitive neuroscience). Многие психологи и нейробиологи занялись изучением функций мозга в направлении понимания представлений об эмоциях, памяти, целеполагании, среди них можно выделить Хебба (Donald Hebb), Саймона (Herbert Simon), Миллера (George Miller), Сперри (Roger Sperry).

Причем в нашей стране направление когнитивной нейронауки, возникло гораздо раньше, чем на Западе. У нас уже в 30-е годы прошлого века существовала школа Бериташвили, изучавшего поведение своими методами и школа Анохина, которые к глубочайшему сожалению были закрыты в 1950 году, и были запрещены исследования в этом направлении, т.к. они противоречили Павловским методам.