Леда Космидес, Джон Туби. К эволюционно ориентированной когнитивной науке

Леда Космидес, Джон Туби. К эволюционно ориентированной когнитивной науке
Добавлено
15.08.2011 (Правка 15.08.2011)

I. Предназначение определяет структуру

Объяснение и исследование в когнитивной науке

...пытаться изучить восприятие путем исследования одних только нейронов все равно что пытаться изучить полет птицы, исследуя лишь перья: это попросту невозможно. Чтобы изучать полет, надо овладеть аэродинамикой. Только тогда обретут смысл и строение перьев, и различные формы птичьих крыльев.

Д.Марр


Дэвид Марр создал для когнитивной науки общий метод объяснения, который весьма часто упоминают, но редко используют. Его трехуровневый подход позволяет описать любое перерабатываюидее информацию устройство — калькулятор, кассовый аппарат, компьютер, мозг. Метод строится на таких предпосылках:

  1. Инструменты переработки информации предназначены для решения задач.
  2. Решение задач определяется строением этих инструментов.
  3. Следовательно, для объяснения строения некоторого инструмента необходимо понять:
    а) для решения какой задачи он предназначен, и
    б) почему он предназначен для решения именно этой, а не какой-нибудь другой задачи.

Иными словами, необходим анализ рабочей задачи, который Марр назвал «вычислительной теорией» (Марр, 1982). Знания физической структуры познавательного инструмента и осуществляемой им программы преобразования информации недостаточно. В людских творениях и биологических системах форма определяется предназначением. Физическая структура возникает как воплощение набора программ, а программы служат для решения определенной задачи. Вычислительная теория определяет, что это за задача и почему для ее решения имеется такой инструмент: определяет предназначение инструмента переработки информации. Марр считал вычислительную теорию самой важным и наиболее обойденным вниманием уровнем объяснения в когнитивной науке.

Однако в биологии, к примеру, такой метод функционального объяснения отнюдь не обходят вниманием: именно он помогает понять, как естественный отбор формирует живые организмы. Фенотипическое строение организма можно представить как набор «конструктивных элементов» — микромашин наподобие функциональных частей глаза или печени. Новые конструктивные элементы появляются в структуре биологического вида, а старые — пропадают в зависимости от значимости этих элементов. Конструктивный элемент будет воспроизводиться в последующих поколениях, если он значим для решения адаптивных задач, которые повторяются из поколения в поколение (например, обнаружение хищника или нейтрализация яда). Естественный отбор обладает обратной связью, позволяющей «выбирать» ту форму, элементы которой работают эффективнее. Выбирая форму, эффективнее всего решающую адаптивные задачи, естественный отбор порождает близкое соответствие предназначения инструмента его устройству. Вычислительная теория Марра — это функциональный уровень объяснения, примерно соответствующий тому, что биологи называют «конечным» или «функциональным» уровнем объяснения фенотипического строения организма.

Вычислительная теория определяет, какую задачу решает познавательный инструмент и для чего он это делает, а теории, посвященные программам и их физическому субстрату, описывают, как именно решается задача. Нынешние когнитивные исследования посвящены по большей части вопросу «как» — вопросу соотношения программы и инструмента. Ответить на него чрезвычайно сложно, и большинство ученых-когнитивистов чувствует ущербность исследовательской стратегии «на ощупь во тьме». Многие сознают необходимость достоверного источника теоретических построений. Вопрос в том, какую форму должен иметь этот источник?

Три ступени понимания произвольного инструмента переработки информации

  1. Вычислительная теория
    Какова цель вычислений, почему они необходимы и в чем закономерность стратегии, реализующей эти вычисления?
  2. Представление и алгоритм
    Как реализована данная вычислительная теория? В частности, как представлены входные и выходные данные и каков алгоритм их преобразования?
  3. Физическое исполнение
    Как эти представление и алгоритм могут быть реализованы физически?

В дарвинистской биологии:

  • объяснение на уровне вычислительной теории называется конечным уровнем объяснения;
  • объяснение на уровне представления и алгоритма или на уровне физического исполнения называется проксимальным (непосредственным) уровнем объяснения.


Зачем спрашивать «Зачем?», или Как спрашивать «Как?»

Принято считать, что открытия нейронауки сформируют в итоге строгие рамки для разработки теории на познавательном уровне. Это, несомненно, так. Но горячие приверженцы этой точки зрения полагают, что этих рамок достаточно для сознания когнитивной теории. Выходит, если мы достаточно хорошо изучили свойства нейронов, свойства медиаторов и эволюцию клеток, то состав познавательных программ человеческого разума недолго останется тайной.

Быть того не может! В самом деле: птицы при перелетах ориентируются по звездам, летучие мыши используют эхолокацию, пчелы сравнивают медоносность цветочных лужаек, пауки плетут сети, люди разговаривают, муравьи выращивают грибы, львы охотятся группами, гепарды поодиночке, гиббоны моногамны, морские коньки полиандринны, а гориллы полигинны... На свете миллионы видов животных, и каждый имеет свой набор когнитивных программ. Все эти программы осуществляются одним и тем же базовым инструментом — нервной тканью, да и многие другие программы тоже. Данные о свойствах нейрона, медиатора или знание генезиса клеток не проливает света на то, какие программы заложены в человеческое мышление.

Даже если считать нейронную активность отражением одинаковых на клеточном уровне процессов, важнее всего конфигурация нейронов, именно посредством нее реализовано пение птицы или плетение сети пауком. Предположение, что низкоуровневая нейронаука может породить самодостаточную когнитивную теорию, — физикалистское выражение этологически несостоятельного эмпирико-ассоцианистского учения о том, что мозг всех животных, по сути, одинаков.

В действительности, как говорит Дэвид Марр, структура программы «зависит от требующих решения вычислительных задач больше, чем от конкретного физического инструмента, реализующего эти решения» (1982, с. 27). Другими словами, зная что и зачем, мы можем задать жесткие рамки теории, объясняющей как.

Поэтому вычислительная теория предназначения инструмента — не роскошь, а средство исследования. Вдобавок к объяснительному плану это важнейший инструмент исследования в нейро- и когнитивной науках. Теория предназначения может и не определить единственную структуру программы, но сведет количество возможных вариантов до поддающейся исследованию величины. Условия задачи резко ограничивают объем возможных решений; следовательно, совсем немного познавательных программ способны решить любую заданную адаптивную задачу. Произведя для системы переработки данных тщательный анализ рабочей задачи, вы можете значительно упростить выявление опытным путем познавательной программы, решающей эту задачу. А как только определена программа, разработка клинических тестов, проясняющих ее нейронный фундамент, становится делом очевидным.

Чтобы понять, как работает мысль, ученый-когнитивист должен знать, для решения каких задач предназначены наши познавательные и нейронные механизмы. [... ]

Естественный отбор, эффективность и функциональная специализация

Есть исследователи, которые соглашаются с выводом, что человеческая психика не может состоять лишь из содержательно неспециализированных механизмов, но при этом продолжают считать, что для функционирования психики необходима лишь минимальная специализация. Они полагают, что абсолютное большинство психических процессов — это процессы неспециализированные, универсальные. Более того, они полагают, что в качестве корректной нулевой гипотезы, то есть наиболее экономного и осторожного научного положения, следует принять допущение о минимально возможном числе функционально специализированных механизмов.

Однако это положение не учитывает всего того, что известно к настоящему времени о природе эволюции и о создаваемых ею типах функциональной организации. Естественный отбор — процесс неустанного усовершенствования, замещающий относительно менее эффективные архитектуры (designs) более успешно функционирующими. Поэтому, если ставится вопрос о том, какая из двух возможных архитектур с большей вероятностью сложилась бы в эволюции, в качестве критерия следует использовать их сравнительную эффективность в решении древних приспособительных проблем. Если же взять за основу этот критерий, то утверждение о преимуществе универсального механизма нельзя будет назвать ни осторожным, ни экономным1. Универсальному механизму не под силу справиться с большинством приспособительных проблем, а если и под силу, то специализированный механизм, скорее всего, справится с той же проблемой эффективнее. И вот почему.

Один из принципов общего машиностроения состоит в том, что одна и та же машина редко когда способна решать две разные задачи одинаково успешно. У нас есть штопоры и рюмки по той простой причине, что каждый из этих предметов справляется с одной определенной задачей лучше, чем с другой. Открыть бутылку вина рюмкой, равно как и выпить вина из штопора, было бы крайне затруднительно.

Тот же самый принцип применим и к строению человеческого тела. Сердце чудесно приспособлено к тому, чтобы перекачивать кровь, но не умеет обезвреживать яды; печень специализируется на обезвреживании ядов, но не способна ничего перекачивать. Перекачивание крови и обезвреживание ядов — две очень разные задачи — потому-то для их решения в человеческом теле есть два разных механизма. В биологии подобного рода механизмы, специализированные и не смешивающиеся с другими по функциям, числятся по разряду адаптивной специализации (Rozin, 1976). Специализация — автограф естественного отбора и его самый распространенный итог (Williams, 1966)2. На самом деле, чем важнее приспособительная задача, тем сильнее естественный отбор демонстрирует тягу к специализации и к совершенствованию работу механизма, решающего эту задачу.

Нет оснований полагать, что человеческий мозг и психика в этом плане представляют собой исключение. Когнитивные программы, управляющие выбором брачного партнера, должны отличаться от программ, управляющих выбором обеда. Разные задачи переработки информации обычно имеют разные решения. А воплощение этих разных решений требует разных, функционально отличимых друг от друга механизмов (Sherry & Schacter, 1987). Скорость, надежность и эффективность вполне можно обеспечить в рамках специализированного механизма, поскольку не потребуется обеспечивать компромисса между требованиями несовместимых друг с другом задач: тому, кто за все берется (если допустить, что это вообще возможно), не все удается. Это дает основания предполагать, что сложившаяся в эволюции архитектура человеческой психики должна включать множество функционально отделимых друг от друга когнитивных адаптивных специализированных систем.

Так оно на самом деле и есть. Например, механизмы научения, управляющие освоением языка, отличаются от механизмов научения, стоящих за приобретением отвращения к той или иной пище, и обе эти группы механизмов отличаются от механизмов научения, определяющих возникновение страха перед змеями. Эти формы адаптивной специализации предметно или содержательно специализированы: их отличительные особенности, обеспечивающие их эффективность в решении задач, относящихся к одной области специализации (избегание ядовитых змей), приводят к их же неэффективности в решении задач из другой области (использование грамматики). Кроме того, они зависят от содержания: активируются они различным содержанием (речь либо визг), а входящие в их состав процедуры устроены таким образом, что на вход в них может подаваться содержание только одного вида (предложения либо змеи). Психика, которая опиралась бы на относительно универсальные схемы рассуждения в решении этих задач, вне зависимости от их содержания, справлялась бы с ними с большим трудом. В то же время гибкости и эффективности в мышлении и действии вполне могла бы добиться психика, содержащая батарею специализированных программ. По всей видимости, психика больше похожа не на нож широкого применения, а на швейцарский армейский нож, который пригоден в великом множестве ситуаций по той простой причине, что снабжен большим числом инструментов (открывалка для бутылок, штопор, лезвие, зубочистка, ножницы), каждый из которых предназначен для решения своей задачи.

Функциональная архитектура психики создана естественным отбором; естественный отбор — процесс постоянного усовершенствования, создающий механизмы, которые эффективно решают задачи приспособления; специализированный механизм обычно справляется с задачей лучше, чем универсальный. Сомнительно, чтобы в ходе подобного процесса могли сложиться центральные процессы, характеризующиеся универсальностью и независимостью от содержания. Следовательно, по умолчанию следует исходить из допущения, что архитектура человеческой психики включает большое число форм адаптивной специализации.



  1. Экономность касается количества принципов, а не количества сущностей: физики постулируют ограниченное число законов, а не ограниченное число элементов, молекул или небесных тел. [...]
  2. Существует целый ряд строгих правил, которым должны соответствовать факты, доказывающие, что та или иная конструктивная особенность живого организма представляет собой приспособление к осуществлению функции: (1) эта конструктивная особенность должна быть видоспецифична; (2) функция X должна быть задачей приспособления (то есть кроссгенерационной рекуррентной задачей, решение которой способствует воспроизводству самой этой конструктивной особенности); (3) эта конструктивная особенность должна достоверно развиваться (в соответствующих морфах) в обстоятельствах, соответствующих условиям ее эволюционной адаптивности; и, что особенно важно, (4) должно быть показано, что данная конструктивная особенность чрезвычайно хорошо заточена под выполнение функции X и что ее нельзя объяснить как побочный продукт какой-нибудь другой формы приспособления или закона физики. Вопреки распространенному мнению, не имеют отношения к делу такие типы фактов, как (1) демонстрация высокой степени наследуемости функции; (2) демонстрация того, что различия в окружающей среде не влияют на ее развитие; (3) демонстрация того, что «научение» не играет в ее развитии никакой роли. [...]




Описание Вычислительная теория определяет, какую задачу решает познавательный инструмент и для чего он это делает, а теории, посвященные программам и их физическому субстрату, описывают, как именно решается задача. Нынешние когнитивные исследования посвящены по большей части вопросу «как» — вопросу соотношения программы и инструмента. Ответить на него чрезвычайно сложно, и большинство ученых-когнитивистов чувствует ущербность исследовательской стратегии «на ощупь во тьме». Многие сознают необходимость достоверного источника теоретических построений. Вопрос в том, какую форму должен иметь этот источник? [Когнитивная психология: история и современность. Хрестоматия. / Под ред. М. Фаликман и В. Спиридонова. М., 2011. С. 55-62]
Рейтинг
0/5 на основе 0 голосов. Медианный рейтинг 0.
Теги
Просмотры 3460 просмотров. В среднем 1 просмотров в день.
Похожие статьи