Компьютерная метафора: циклические модели и блоки управления

В чистом виде компьютерная метафора с последовательной одноканальной обработкой информации господствовала относительно недолго. Изменения в ней были вызваны, с одной стороны, быстрым развитием технических устройств, а с другой пониманием сложности обработки информации в реально существующих биологических и психологических системах.

В 5060х годах стали возникать первые попытки связать структуру компьютерных моделей с реальной конструкцией мозга. Ранее мы упоминали кибернетическую метафору М. Арбиба. В ее развитии автор выделяет два направления: теорию искусственного интеллекта и теорию мозга. Теория искусственного интеллекта основана на чисто функциональном подходе, в котором при моделировании разумного поведения принимается во внимание не структура модели, а только ее функции. Другими словами, не важно, как устроена модель, главное чтобы она могла выполнять интеллектуальные функции. Теория мозга основана на структурнофункциональном подходе и требует, чтобы внутренняя структура модели в некотором отношении соответствовала строению мозга или когнитивных процессов. Одним из первых принципов, заимствованных кибернетикой из работы реальных биологических систем, стало использование обратной связи. В 60х годах в производство стали активно внедряться сервомеханизмы технические устройства, регуляция которых основана на принципе обратной связи. Самым простым примером сервомеханизма может служить термостат отопительное устройство, в котором выработка тепла регулируется на основе показаний датчиков реальной и оптимальной температуры в помещении. Вместо последовательной смены этапов обработки в устройствах с кольцами обратной связи информация может циркулировать до тех пор, пока не будет достигнут оптимальный результат.

Другая тенденция развития компьютерных моделей связана с внедрением специальных блоков управления. Эти блоки можно рассматривать в качестве метасистемных образований, которые надстраиваются над последовательным рядом структур и могут изменять процесс обработки информации на различных этапах от селекции стимулов на входе до ограничения репертуара возможных ответных реакций на выходе системы. Набор команд в управляющих блоках может быть жестко запрограммирован или модифицироваться под воздействием накопленной информации. Примером последнего варианта могут служить различные самообучающиеся программы. В моделировании отдельных когнитивных процессов внедрение блоков управления стало особенно популярным. Учитывая взаимосвязанность психических явлений, исследователи понимали, что нельзя понять принципы работы мышления или памяти, не обращаясь к другим процессам, опыту субъекта или общей направленности его сознания. Так, начинают появляться различные концепции метапамяти, метавнимания или общего метакогнитивного контроля поведения.

Мы объединили в одном направлении развития компьютерной метафоры использование обратной связи, цикличность обработки информации с внедрением управляющих процессов на том основании, что в них осуществлен отход от строгой последовательности стадий обработки информации как в технических, так и в биологических и когнитивных системах.

Примеры когнитивных моделей с циклической обработкой и блоками управления. В когнитивной психологии первая модель, основанная на принципе обратной связи, появилась в работе Миллера, Галантера и Прибрама «Планы и структуры поведения». Эту модель авторы назвали «ТОТЕ». Чтобы быть эффективным, входное воздействие должно сопоставляться со спонтанной активностью центральной нервной системы. Сигналы, возникающие в результате такого сравнения, вызывают некоторую операцию, оказывающую затем влияние на другие части нервной системы или на внешний мир. Сигналы о результатах такой операции посылаются назад к компаратору (тест). Петля обратной связи продолжает функционировать до тех пор, пока тестирование не даст удовлетворительных результатов, т.е. пока не будет достигнуто некоторое ожидаемое состояние (выходной процесс).

В физиологии схема «ТОТЕ», как один из вариантов системы рефлекторных колец пришла на смену концепции рефлекторной дуги. В психологии в свое время она составила успешную конкуренцию классической формуле «→» и стала важной вехой на пути отхода от бихевиоризма. Другим примером модели с циклической когнитивной активностью является перцептивный цикл У. Найссера. Он представлял процесс восприятия в форме непрерывных перцептивных циклов. В каждый момент человек конструирует предвосхищения некоторой информации, и первой структурой перцептивного цикла является антиципирующая схема. Схема это своего рода внутренний формат, к которому должна быть приведена внешняя информация, чтобы быть доступной для восприятия. При несоответствии данному формату информация будет либо игнорироваться, либо приведет к бессмысленным результатам. Чтобы привести информацию в соответствие со схемой, сделать ее доступной, наблюдателю нужно исследовать зрительный поток, совершить определенные исследовательские действия, которые являются второй частью перцептивного цикла. Исследование направляется теми же антиципирующими схемами, поскольку в них заложен план сбора информации о внешних объектах. Результатом исследовательских действий является выделение объекта, или наличной информации. Объект, в свою очередь, модифицирует исходную схему, и уже модифицированная схема вновь направляет исследование для получения дополнительной информации. В перцептивном цикле бессмысленно выяснять, с какого компонента начинает-ся восприятие, и, соответственно, он не укладывается в модель последовательной обработки информации. Термин «восприятие» относится ко всему циклу, а не к какой-либо его составляющей. Если от схемы отделить объект или исследование, будет иметь место не восприятие, а представление или планирование.

В теоретическом плане заслуга Найссера заключается в согласовании и примирении между собой различных подходов к изучению восприятия. Теория бессознательных умозаключений Г. Гельмгольца и категориальновероятностный подход Дж. Брунера описывали восприятие как процесс выдвижения гипотез о среде и их проверки, т.е. в фокусе их изучения находилась антиципирующая схема. Радикальный бихевиоризм и психология деятельности главным образом занимались изучением поведения и ориентировочноисследовательской деятельности, представляющих вторую часть перцептивного цикла. Гештальтпсихология и экологический подход Дж. Гибсона пытались объяснить природу восприятия исключительно в терминах структуры среды, и поэтому были сосредоточены на анализе наличной информации. Концепция перцептивного цикла пытается примирить эти «враждующие» подходы, показывая, что все они сосредоточены на отдельных сторонах неделимого триединого процесса восприятия.

В качестве примера отклонения от последовательной одноканальной обработки с внедрением блоков управления можно рассмотреть модель памяти Р. Аткинсона и Р. Шифрина, предложенную в 1968 году. Так же как и в более ранней модели Во и Нормана, эти авторы опирались на метафору «ящиков в голове» с фиксированной структурой, но они ввели большее число блоков и внутриструктурных образований с более разнообразными вариантами передачи информации. В данной модели отклонения от последовательной обработки выражаются в том, что информация может идти в обход разных блоков. Так, данные из сенсорного регистра могут непосредственно проникать в долговременное хранилище, а информация, помещенная в буфер повторения, после длительной циркуляции так и не закрепиться в долговременной памяти. На принятие решения и генератор ответа может оказывать влияние информация из любого хранилища памяти. От более ранних моделей памяти модель Аткинсона и Шифрина отличает не только увеличение числа структурных компонентов, но и детальное описание функций каждого хранилища. Главной особенностью модели памяти Аткинсона и Шифрина является представление о том, что человек может осуществлять сознательный или бессознательный контроль над кодированием, передачей и классификацией информации в форме управляющих процессов. Хотя влиянию управляющих процессов подвержены все структурные элементы памяти, преимущественный контроль осуществляется при обработке информации в кратковременном хранилище, что способствует изменению пропускной способности канала.