Лоуренс Барсалу. Системы перцептивных символов : Psychology OnLine.Net

Лоуренс Барсалу. Системы перцептивных символов

Лоуренс Барсалу. Системы перцептивных символов
Добавлено
4.09.2011

Введение

За последние несколько десятилетий исследования когнитивных и перцептивных процессов сильно разошлись. Ученые, работающие в этих двух областях, мало знакомы с публикациями друг друга, а их открытия зачастую еще уменьшают взаимное влияние между областями. Во многих университетах исследователи, изучающие названные сферы, принадлежат к разным образовательным программам, а иногда — и к разным подразделениям, и даже трудятся в разных зданиях. Исходя из этого недостатка взаимодействия, можно было бы заключить, что когнитивные и перцептивные функции отражают независимые, или модульные, мозговые системы. Восприятие поставляет информацию из внешней среды обособленным системам, поддерживающим когнитивные функции, такие, как язык, память и мышление. Я попытаюсь доказать, что подобная позиция в корне неверна. Напротив, когнитивные функции в основе своей перцептивны и имеют общие с восприятием механизмы как на когнитивном, так и на нейронном уровнях.

Укорененность когнитивных функций в восприятии

Вопреки современным веяниям, достаточно легко представить, как когнитивные функции могут иметь характер восприятия. Все начинается с допущения (см. рис. 1), что перцептивный опыт возникает в сенсомоторных системах. Он может включать в себя два компонента: неосознаваемую нейронную репрезентацию физического стимула и факультативное осознанное переживание. Сокращенный вариант возникшего перцептивного опыта выделяется посредством избирательного внимания и помещается на постоянное хранение в долговременную память. При последующих извлечениях подобная перцептивная память может функционировать символически, отсылая к своим референтам — объектам окружающего мира, и в таком виде включаться в манипуляцию символами. По мере того как складываются целые наборы перцептивных символов, на их основе формируются репрезентации, лежащие в основе познания.



Перцептивные символы носят модальный и модельный характер. Они модальны, потому что действуют в рамках той же системы, что и порождающий их перцептивный опыт. Нейронные системы, кодирующие восприятие цвета, к примеру, отвечают за цвет объектов и в перцептивных символах. Таким образом, в основе восприятия и когнитивных функций лежит общая система репрезентации, а не обособленные структуры. Поскольку перцептивные символы модальны, они имеют модельный характер. Строение перцептивного символа сродни структуре породившего его перцептивного опыта.

Амодальные символьные системы

После когнитивной революции середины двадцатого века теоретиками были сформулированы радикально новые подходы к представлению знаний. В противовес взглядам, царившим до двадцатого столетия, современные когнитивисты стали работать со схемами репрезентации, полностью лишенными чувственной основы.



Этот переход отразил основные линии развития, происходившего за пределами когнитивной науки, в логике, статистике и компьютерных науках. Получили широкую известность такие формальные системы, как исчисление предикатов, теория относительности и языки программирования, которые вызвали к жизни множество технических усовершенствований. В когнитивных науках они породили новые формы репрезентации, большинство из которых широко применяется до сих пор (например, перечни свойств, фреймы, схемы, семантические сети, процедурная семантика, системы продукций, коннекционизм).

Эти новые формы репрезентаций отличаются от старых своим отношением к восприятию. В то время как более ранние схемы предполагали, что когнитивные репрезентации опираются на перцептивные репрезентации (рис. 1), новые схемы постулируют, что когнитивные и перцептивные репрезентации представляют собой отдельные системы, работающие с опорой на разные принципы. Рис. 2 иллюстрирует данное предположение. Как и в предыдущем случае (рис. 1), перцептивный опыт возникает в сенсомоторных системах. Однако следующий этап кардинально отличается. Вместо выделения квинтэссенции и сохранения ее для последующего использования в качестве символа амодальная система символов преобразует исходный опыт в совершенно новый, по существу, неперцептивный язык репрезентации.

Системы перцептивных символов: современное состояние

Возрождение интереса к изучению когнитивных функций в середине двадцатого века не привело к возрождению интереса к перцептивной природе познания. Как мы видели, схемы репрезентаций все больше уходили от перцептивных процессов. Более того, теоретики с самого начала враждебно относились к идее придать когнитивным теориям перцептивный характер. Когда Шепард и Метцлер представили неоспоримые доказательства наличия образных репрезентаций в рабочей (не долговременной!) памяти1, они встретили значительное сопротивление. Косслин, выдвигая свою теорию образной сферы, убежденно заявлял, что репрезентации в долговременной памяти амодальны, а перцептивные образы лишь временно существуют в рабочей памяти.

Причины подобного сопротивления не совсем понятны. Одним из факторов может быть затянувшаяся паранойя, вызванная атаками бихевиористов и философов обыденного языка. Еще одним фактором может быть недавняя критика образной сферы в философии. Возможно, самым серьезным фактором явилась немилосердная формализация перцептивного познания, не позволяющая в должной степени оценить его существенный потенциал. Критики часто обосновывают свои атаки слабыми формулировками перцептивного подхода. В результате теории познания, основанные на восприятии, очень часто понимаются неправильно.

Перечислим наиболее частые заблуждения. Теории познания, основанные на восприятии, опираются на целостные, а не составные репрезентации, в то время как вторые более продуктивны. Подобные теории содержат только осознаваемые умственные образы и никаких неосознаваемых репрезентаций. В этих теориях репрезентации соотносятся только с органами чувств, а иные модальности человеческого опыта, такие, как проприоцепция и интроспекция, игнорируются. Репрезентации в этих теориях статичны, а не динамичны. И наконец, эти теории включают в себя только эмпирические наборы чувственных данных, а не генетические механизмы.

Я намерен предложить здесь теорию перцептивных символов в контексте когнитивной науки и нейронауки. Как будет видно дальше, подобного рода теория сохраняет сильные стороны амодальных символьных систем, будучи лишена их недостатков.

Последующие разделы этой статьи содержат изложение теории перцептивных символов. Первым делом я опишу шесть ключевых свойств, задающие базовую концептуальную систему: 1) перцептивные символы — это нервные репрезентации в сенсомоторных зонах коры головного мозга; 2) они представляют схематические компоненты перцептивного опыта, а не целостные переживания; 3) они полимодальны: возникают на основе органов чувств, проприоцепции и интроспекции; 4) связанные между собой перцептивные символы объединяются в модели-имитаторы (simulators), порождающие неограниченное число возможных воспроизведений, или имитаций (simulations), перцептивного компонента; 5) в рамках модели перцептивные символы организуются посредством фреймов; 6) слова, ассоциированные с моделями-имитаторами, обеспечивают лингвистический контроль над построением имитаций.

Нервные репрезентации в сенсомоторных системах

Перцептивные символы не похожи на материальные картинки; они также не являются умственными образами или любой другой формой осознанного субъективного опыта. Каким бы традиционным и естественным ни казался подобный взгляд на перцептивные символы, он неверен. На самом деле перцептивные символы — следы активности нейронов, обеспечивающих восприятие. В процессе познания системы нейронов в сенсомоторных отделах мозга фиксируют информацию о воспринятых событиях в окружающем мире и в организме. На этом уровне перцептивного анализа отображаемая информация носит скорее качественный и функциональный характер (например, наличие или отсутствие краев, угол наклона, цвет, пространственные отношения, движение, боль, тепло и т.д.).

Эта базовая предпосылка современной теории восприятия лежит и в основе описываемой теории систем перцептивных символов: перцептивный символ — сохранившийся в нервной системе активации нейронов в ходе восприятия. По существу, это предположение является базовым и для многих современных работ, изучающих образную сферу: общие нейронные системы лежат в основе воображения и восприятия. Выдвигаемая здесь идея, однако, еще сильнее: она постулирует, что нейронные системы, отвечающие за восприятие и воображение, лежат также и в основе понятийного знания.

Осознаваемая и неосознаваемая обработка. Хотя перцептивные символы определяются через нервные репрезентации, в некоторых случаях они могут осознаваться. В других случаях, однако, перцептивные символы функционируют неосознаваемо, например при протекании автоматизированных навыков. Подчеркнем, что основной источник перцептивных символов находится на нейронном уровне: именно неосознаваемые нервные репрезентации — а не умственные осознаваемые образы — составляют содержание перцептивных символов.

Схематический характер перцептивных символов

Перцептивный символ отнюдь не представляет собой запись общего состояния мозга, лежавшего в основе перцептивного процесса. Наоборот, это очень сжатый вариант, отображающий согласованные между собой аспекты перцептивного опыта. Перцептивный символ вместо того, чтобы содержать целостное представление воспринимающего мозга, несет в себе лишь его схему.

Схематическая природа перцептивных символов естественным образом следует из двух предположений, имеющих в когнитивной психологии практически аксиоматический характер: избирательное внимание (1) выделяет часть воспринимаемой информации и (2) помещает отобранную информацию в долговременную память. Для начала рассмотрим роль селективного внимания в выделении отдельных свойств. Когнитивная система может фокусировать внимание лишь на значимых аспектах воспринимаемого. Упорядочивая массив объектов, внимание может фокусироваться на форме одного из них, игнорируя его цвет, текстуру, положение, а также окружающие его объекты.

Поскольку избирательное внимание всегда подобным образом фиксирует отдельные аспекты опыта, в памяти сохраняется множество схематических репрезентаций.

Перцептивные символы динамичны

Поскольку перцептивный символ представляет собой активацию группы связанных друг с другом нейронов, его последующая активация обладает динамичными, а не дискретными свойствами. Подобная активация варьируется в широких пределах, никогда не повторяясь в точности. Хранение других перцептивных символов в той же ассоциативной области может вызывать изменение связей в оригинальном наборе нейронов, приводя к модификации последующих активаций. Различающиеся контексты могут искажать активацию исходного набора: элементы контекста по-разному активируют его элементы.

Перцептивные символы обладают составной, а не целостной природой

Теоретики часто понимают перцептивные репрезентации как осознаваемые целостные образы. Это приводит к различным заблуждениям. Одно из них заключается в трудности понимания того, как перцептивная репрезентация может быть составной. Как можно построить схематическое изображение формы без включения в ее целостный образ положения или ориентации? Если мы осознанно представляем треугольник, разве его ориентация не будет неразрывно связана с этим образом?

Возможно, осознанные образы действительно должны содержать в себе определенное сочетание измерений. Более того, сложно или даже невозможно построить такой образ, в котором, скажем, форма и ориентация были бы отделены друг от друга. Если же перцептивный символ определяется как неосознанная нервная репрезентация, это не представляет никакой проблемы. Нейроны, отвечающие за определенную форму, могут быть активны, тогда как нейроны, отвечающие за ориентацию, активными не будут. Перцептивный символ для определенной формы может репрезентировать ее, при этом перцептивные символы для других измерений (например, ориентации) останутся неактивными. Нейроанатомия зрения поддерживает это предположение, говоря о наличии отдельных каналов в зрительной системе, отвечающих за анализ формы, ориентации, цвета, движения и т.д.

Перцептивные символы не отображают единичных объектов

Принимая во внимание схематичность как одну из характеристик человеческой памяти, было бы удивительно, если бы когнитивная система содержала в себе полную репрезентацию чего-либо единичного (человека или вещи). Более того, в силу масштабов забывания и реконструкции, характеризующих человеческую память, удивительно было бы ожидать от когнитивной системы и детального запоминания единичных объектов. Традиционно информация извлекается из памяти частично и может быть неточной.

Назначение перцептивного символа определяет, будет ли он означать нечто единичное или типическое: сходство символа с референтом не является критическим. Один и тот же перцептивный символ может представлять широкий набор референтов в зависимости от того, какие причинные и контекстуальные факторы связывают его с этими референтами в тех или иных ситуациях.

Перцептивные символы полимодальны

Формирование символов может происходить в рамках любого процесса восприятия. Это относится не только к зрению, но и к остальным четырем сенсорным модальностям (слух, осязание, обоняние и вкус), а также к проприоцепции и интроспекции. Внутри любой модальности селективное внимание фокусируется на аспектах воспринятого, помещая записи о них на хранение в долговременную память; эти записи позднее приобретают функцию символов. В результате в памяти хранится множество символов. Люди приобретают посредством слуха перцептивные символы для речи и различных звуков, встречающихся в обыденной жизни; благодаря осязанию — перцептивные символы для поверхностей и температур; благодаря проприоцепции — перцептивные символы для поз и движений рук.

По-видимому, каждый тип символов хранится в соответствующей ему зоне мозга. Это предположение поддерживается работами по категориальной локализации. При повреждении сенсомоторной области возникают трудности в понятийной обработке стимулов, связанных с нарушенной зоной. К примеру, повреждения в зрительной зоне нарушают обработку категорий, заданных зрительными свойствами (например, птиц). Повреждения моторной и соматосенсорной областей аналогичным образом нарушают понятийную обработку категорий, обусловленных моторными и соматосенсорными свойствами (например, инструментов). В последних работах с регистрацией активности мозга здоровых испытуемых получены сходные данные. Когда испытуемые выполняют понятийные задания с названиями животных, в зрительных зонах их мозга наблюдается высокий уровень активации; когда они выполняют понятийные задания с названиями инструментов, активируются моторные и соматосенсорные зоны мозга.

Таким образом, перцептивные символы полимодальны, берут свое начало в любых процессах восприятия и широко распределены по модально-специфическим зонам мозга. Уже, должно быть, стало очевидным, что термин «перцептивный» используется здесь не в его традиционном значении. Вместо того чтобы отсылать только к сенсорным модальностям, он охватывает значительно более широкий круг аспектов нашего перцептивного опыта, включая проприоцепцию и интроспекцию.

Модели и моделирование

Перцептивные символы не существует в долговременной памяти независимо друг от друга. Связанные символы интегрируются в модель, позволяющую когнитивной системе конструировать специальные репрезентации, или имитации объекта или события в его отсутствие (аналогично моделям, лежащим в основе умственных образов). Рассмотрим процесс сохранения перцептивных символов, когда мы смотрим на автомашину. При взгляде на нее сбоку избирательное внимание фокусируется на различных частях ее корпуса — колесах, дверях, окнах. При фокусировке внимания на этих частях формируемые следы пространственно интегрируются, возможно, с использованием фрейма, задающего целостный объект. Сходным образом, когда наблюдатель смотрит на машину с остальных трех сторон, сохраняемые перцептивные следы интегрируются в ту же пространственно организованную систему. Когда наблюдатель заглядывает под капот, смотрит в багажник или садится на пассажирское сиденье, опять происходит интеграция соответствующих следов. В результате пространственной организации перцептивных следов наблюдатель сможет позже представить машину в ее отсутствие: как машина будет выглядеть со стороны, если он будет двигаться вокруг нее в том же направлении, что и раньше, или как машина будет выглядеть спереди, если он станет ее обходить в противоположном направлении. Поскольку наблюдатель ранее выделил и интегрировал перцептивную информацию об этой системе, позже он сможет моделировать восприятие взаимодействий с этим объектом.

Сходный процесс позволяет нам моделировать последовательность событий. Представьте, что кто-то нажимает на педаль газа и слышит рев мотора, потом отпускает педаль и слышит низкие обороты двигателя. Поскольку помещаемая на хранение перцептивная информация о каждом элементе события интегрируется с учетом временного аспекта, наблюдатель сможет позже воссоздать эту цепь событий. Более того, смоделированное событие может содержать полимодальные аспекты воспринятого в той степени, в какой они были выделены избирательным вниманием. Помимо зрительной информации, последовательность событий может включать проприоцептивный опыт нажатия на педаль, слуховой опыт звучащего мотора, ощущение вибрации машины и легкое волнение от испытанной власти.

Перцептивные символы, выделенные из данного объекта или события, интегрируются во фрейм, содержащий перцептивные символы, связанные с предыдущими членами этой же категории. К примеру, перцептивные символы, выделенные из взаимодействия с машиной, интегрированы во фрейм машины, содержащий перцептивные символы, выделенные в предыдущих случаях взаимодействия. После встреч со многими автомашинами сохраняется огромное количество полимодальной информации, четко определяющей, как можно сенсорно, проприоцептивно и интроспективно воспринимать машину. Иными словами, фрейм машины содержит обширную полимодальную информацию о способах взаимодействия с данным типом устройств.

Понятия, концептуализация и категории

Согласно этой теории, первоначальная цель научения — создание моделей-имитаторов. В детстве когнитивная система человека затрачивает множество ресурсов, создавая модели для важных типов объектов и событий. Когда люди научаются репрезентировать определенную вещь на культурно приемлемом уровне, возникает адекватное ее понимание. Культурно приемлемое понимание категории может варьировать, но в целом его можно рассматривать как способность моделировать ряд полимодальных впечатлений, одинаковых для большинства членов данной культуры. Таким образом, люди имеют культурно приемлемую модель стула, если они могут сконструировать полимодальные репрезентации обычно встречающихся в их культуре стульев, а также способов их использования.

В нашей теории понятие эквивалентно модели-имитатору. Именно знание и сопутствующие процессы позволяют человеку адекватно репрезентировать какой-то тип объектов или событий. Заданная модель может содержать неограниченное количество репрезентаций объекта; каждая репрезентация несет в себе его понятийное описание. Например, категориальная модель стула может соединять в себе много различных моделей стульев во множестве разных ситуаций, каждая из них включает в себя различную концептуализацию категории.

Категоризация, категориальные выводы и возможности

В то время как множество теорий предполагают, что членство в категории задается относительно статичными, амодальными структурами (такими, например, как определения, прототипы, примеры, теории), наша предлагает более динамичный, воплощающий подход: если модель категории удовлетворительно имитирует воспринятый объект, то он принадлежит к данной категории. Если модель не может создать удовлетворительной репрезентации, объект не является членом категории.

Категоризация не является концом пути: она обеспечивает доступ к категориальным выводам. После категоризации объекта знания, ассоциированные с данной категорией, предоставляют сведения о структуре, истории, поведении данного объекта, а также предлагают пути взаимодействия с ним. Согласно этой теории, категориальные выводы являются результатом моделирования. Поскольку в модели содержится огромное количество полимодальных знаний о членах категории, она может репрезентировать информацию, выходящую далеко за пределы воспринятого отдельного объекта. При восприятии лишь передней панели компьютера модель может достраивать все актуально не воспринятые детали, такие, как задняя панель и внутренние компоненты, предвосхитить, что будет происходить с компьютером при включении, какие задания он сможет выполнять, как будут чувствоваться клавиши при нажатии и т. п. Вместо того чтобы получать знания об объекте из случайных столкновений с ним, наблюдатель может моделировать его структуру, поведение и успешные способы своего взаимодействия с ним.

Для успешности категориальных выводов необходимо, чтобы модели сохраняли как минимум некоторые характеристики, присутствующие в актуальном сенсомоторном опыте взаимодействия с членами категории. Успешные рассуждения о физических ситуациях можно осуществлять и в их отсутствие, но только если модели в достаточной степени содержат в себе возможности восприятия и действия. Люди могут делать выводы, выходящие за пределы актуально воспринятых объектов, разумно планируя свое будущее. Если вы находитесь в ресторане и желаете спрятаться от входящего, вы благодаря моделированию сможете понять, что газета дает вам возможность полностью закрыть лицо, а коробок спичек такой возможности не дает. По результатам моделирования для достижения цели вы выберете газету, а не спички. Поскольку моделирование адекватно отражает физические возможности, выбранная стратегия может привести к успеху.

Словесное обозначение и контроль

Языковые символы развиваются у людей совместно с ассоциированными с ними перцептивными символами. Языковой символ также представляет собой схематическое воспоминание о воспринятом событии, где в качестве такого события выступает произнесенное или написанное слово. Языковой символ не является амодальным символом, и амодальный символ не может развиться в сопряжении с ним. Напротив, языковой символ развивается точно так же, как перцептивный. Когда избирательное внимание фокусируется на произнесенных или написанных словах, из перцептивного опыта выделяются сокращенные схемы и интегрируются в модели, которые позже имитируют эти слова в процессе узнавания, воображения и использования.

По мере того, как в памяти складываются модели-имитаторы для слов, они ассоциируются с моделями объектов и событий, к которым эти слова относятся. Некоторые модели слов связываются с моделями целостных объектов или событий, другие оказываются связаны с их отдельными частями. Если «машина» связывается с целостной моделью машины, то «багажник» — связывается с одной из ее частей. Модели слов также связываются с другими аспектами репрезентации: со свойствами поверхностей («красная»), способами исполнения («быстро»), отношениями («сверху») и т.д. В рамках модели-имитатора понятия большое количество моделей слов связываются с различными аспектами этого понятия, создавая таким образом семантическое поле, отражающее лежащее в его основе поле понятийное.

С того момента, как модели слов оказываются связаны с моделями явлений, они могут управлять процессом моделирования. Опознав слово, когнитивная система активирует модель связанного с ним понятия, чтобы создать имитацию возможного референта. При синтаксическом анализе предложений в тексте поверхностный синтаксис служит источником инструкций для построения перцептивных моделей. Продуктивная природа языка вкупе со связями между языковыми и перцептивными моделями обеспечивает мощное средство моделирования, далеко выходящее за пределы индивидуального опыта. Когда люди слышат или читают текст, они используют продуктивно сформулированные предложения для конструирования продуктивно сформулированной модели, которая превращается в семантическую интерпретацию. Обратным образом, во время использования языка модель активирует ассоциированные слова и синтаксические структуры, которые ложатся в основу произносимых предложений, нацеленных на создание сходных имитаций у слушателя. Таким образом, языковые символы снабжают модели указателями и управляют процессом моделирования, что обеспечивает людей мощными понятийными способностями — возможно, самыми сильными среди всех живых существ.




Описание За последние несколько десятилетий исследования когнитивных и перцептивных процессов сильно разошлись. Ученые, работающие в этих двух областях, мало знакомы с публикациями друг друга, а их открытия зачастую еще уменьшают взаимное влияние между областями. Во многих университетах исследователи, изучающие названные сферы, принадлежат к разным образовательным программам, а иногда — и к разным подразделениям, и даже трудятся в разных зданиях. Исходя из этого недостатка взаимодействия, можно было бы заключить, что когнитивные и перцептивные функции отражают независимые, или модульные, мозговые системы. Восприятие поставляет информацию из внешней среды обособленным системам, поддерживающим когнитивные функции, такие, как язык, память и мышление. Я попытаюсь доказать, что подобная позиция в корне неверна. [Когнитивная психология: история и современность. Хрестоматия. / Под ред. М. Фаликман и В. Спиридонова. М., 2011. С. 125-138]
Вложенные файлы
  • barsalou_0001.jpg
  • barsalou_0002.jpg
Рейтинг
3.83/5 на основе 6 голосов. Медианный рейтинг 4.
Теги , , ,
Просмотры 6658 просмотров. В среднем 6658 просмотров в день.
Похожие статьи