 |
I. Как мы обучаемся? Как запоминаем?
|
|
|
|
LEARNING AND MEMORY
Donald A. Norman
University of California at San Diego
W. H. Freeman and Company San Francisco
Д. НОРМАН
Память и научение
Перевод с английского канд. биол. наук Н. Ю. Алексеенко
под редакцией чл.-корр. АН СССР П. В. Симонова
МОСКВА «МИР» 1985
ББК 88
Н83 УДКг612 + 57?гЗ —
Предисловие редактора перевода
| ББК 88 15 |
Норман Д.
Память и научение: Пер. с англ. —М.: Мир, 1985.—160 с, ил.
Автор - американский психолог — уже известен советским читателям по книге Линдсей П.. Норман Д. Переработка информации у человека М.: Мир, 1974. В настоящей монографии кратко и доступно но на высоком профессиональном уровне изложены основы функционирования систем памяти в процессах переработки и преобразования информации у человека при выработке тех или иных навыков в
УМеИДл'я нейрофизиологов, психологов, врачей, а также для читателей, интересующихся функциями мозга.
Н 2007020000-П6, ц,
041(01)—85
Редакция литературы по биологии
Я предвижу известное недоумение, которое эта книга вызовет у части ее читателей. Научение и память — эти термины на обложке научной книги вызывают привычные ассоциации с описанием мозговых механизмов (в той мере, в какой они нам известны) выработки условных рефлексов, формирования новых навыков, фиксации мозгом вновь полученной информации. Ни о чем подобном даже не упоминается в книге Доналда Нормана. Скорее она производит впечатление набора забавных примеров из популярного очерка занимательной психологии, написанного для школьников-старшеклассников. И тогда возникает законный вопрос: стоило ли ее издавать на русском языке?
Я убежден, что стоило, и вот почему. В аннотаций к книге сказано, что книгу можно рассматривать в качестве «введения в современные концепции когнитивной психологии» — направления, сравнительно недавно возникшего в западной психологической науке. Это направление некоторые наиболее активные его сторонники с энтузиазмом объявили «когнитивной революцией», что вполне соответствует духу нашего времени, привычного ко всевозможным «революциям» в науке (научно-технической, «зеленой» и т. п.) — действительным и мнимым.
|
|
|
Появление когнитивной психологии имеет свои вполне объективные причины: она порождена насущными нуждами ряда областей человеческой практики, к числу которых можно отнести развитие вычислительной техники, робототехники, проблему искусственного.интеллекта, задачи инженерной психологии. Конструктору «думающих и помнящих» машин подчас не важно знать физиологические Механизмы работы мозга — все равно он не будет воспроизводить £то строение из технических деталей. Зато ему чрезвычайно важно рнание правил, следуя которым живой мозг воспринимает, обрабатывает, ^фиксирует и использует вновь полученную информацию. 'В равной мере инженерный психолог, разрабатывающий рекомендации для конструирования пультов управления атомной электростанцией или оборудования кабины для пилотов реактивного лайнера, должен знать возможности человеческой психики, чтобы обеспечить оптимальное соответствие этих возможностей предстоящей деятельности оператора.
Сведения о таких правилах, выявленных в эксперименте, и поставляет когнитивная психология. Поясним сказанное примером, выявление законов наследственности позволило людям создавать
6 Предисловие редактора перевода
новые сорта сельскохозяйственных культур и новые породы домашних животных задолго до того, как были открыты механизмы кодирования генетической информации, двойная спираль ДНК и хромосомные основы наследственных болезней.
А вот с «когнитивной революцией» дело обстоит сложнее. Ее приверженцы любят говорить о беспомощности бихевиоризма, к которому они легко причисляют и физиологию высшей нервной деятельности. Действительно, стремясь приблизиться к пониманию механизмов работы мозга, психофизиолог (и тем более нейрофизиолог) вынужден брать для анализа максимально простые модели научения" и памяти, которые, как правило, трудно сопоставимы со сложнейшими проявлениями высшей нервной (психической) деятельности человека в сфере его педагогической, производственной и т. п. практики. Но решение практических задач не может быть отложено на завтра. Вот почему описание твердо установленных, экспериментально доказанных закономерностей научения и памяти должно не противопоставляться изучению механизмов работы человеческого мозга, а дополнять это изучение. Приступая к анализу какого-либо явления, — говорил И. П. Павлов, — «прежде всего важно понять психологически, а потом уже переводить на физиологический язык» '.
|
|
|
Впрочем, прогресс науки каждый раз измеряется сокращением разрыва между познанием закономерностей и пониманием механизмов. Выводить полезные породы животных можно было, и не зная о существовании ДНК, но только великие открытия молекулярной биологии 20-го века привели к рождению генной инженерии, обещающей коренным образом изменить власть человека над живой природой. И не случайно мысль наиболее дальновидных творцов робототехники, так же как и наиболее дальновидных психологов, все чаще обращается не только к закономерностям, но и к механизмам реального живого мозга, сколь бы ни была сложна задача его изучения, сколь бы ни была велика гора непознанного по сравнению с крупицами уже добытых знаний (Павлов). Именно там, на путях раскрытия механизмов, зреют грядущие революции в человековедении.
Важным достоинством небольшой книги Д. Нормана служит ее доступность самым широким кругам читателей, а рекомендации дополнительной литературы, помещенные в конце, помогут всем интересующимся более обстоятельно познакомиться с современным состоянием вопросов, затронутых в ходе изложения.
Я не сомневаюсь, что каждый, кто знаком с оригиналом книги, отдаст должное эрудиции кандидата биологических наук Н. Ю. Алек-сеенко, взявшей на себя нелегкий труд перевода. Популярное изложение сложных специальных вопросов «на стыке» разных областей знания — весьма непростая задача и для ученого, пишущего на родном языке. Перевод книг такого рода требует особых усилий и особого искусства.
|
|
|
П. В. Симонов
1 Павлов И. П. Павловские клинические среды, т. I. M.—Л., 1954, с. 275.
Эта книга для Синтии и Майкла
Предисловие
Когда-то в полузабытом прошлом меня посетил Эдмунд Иммергат— как мне сказали, химик. Я удивился: что могло ему от меня понадобиться? Книга, объяснил он, простая, небольшая книжка о научении и памяти для «неприобщенного» читателя, книжка, которая могла бы приобщить также и студентов, изучающих познавательные вопросы, научение и искусственный интеллект. В ней надо бы было рассмотреть память, переработку информации, семантические сети, схемы — и все это в форме, доступной для читателей с самыми различными интересами и подготовкой.
Я не ожидал, что писать эту «простую» книгу придется так долго. В то время мы были заняты очень интенсивными исследованиями, и вопросы, о которых я собирался писать, заслонялись более общими проблемами, лучшей оценкой активности человека, все растущим осознанием пробелов в наших представлениях. Наши находки были чрезвычайно интересными, они вели к новым осмыслениям и более широкому пониманию структур психической деятельности. Но как рассказывать о быстро развивающемся исследовании, и притом рассказать на уровне, подходящем для предполагаемого читателя?
В конце концов мне все-таки пришлось отложить все остальное и взяться за книгу. Результатом явился диктуемый личными интересами выбор некбторых областей психологического исследования, которые могли бы подвести к более широким проблемам. Я постарался дать читателю возможность проникнуть в устремления психологов, а также познакомить его с некоторыми из их стандартных методов и повседневных забот. Кроме того, поскольку психология не сводится к лабораторным экспе-
I
8 - Предисловие
|
|
|
риментам, я показываю связь между психологическими концепциями и нашим обычным жизненным опытом.
Многое опущено. Я не рассматриваю.внимание, один из главных предметов моих исследований. Я не затрагиваю также природы управляющих структур у человека и новых, очень интересных данных о возможном существовании механизмов, основанных на полуавтоматических активных перерабатывающих структурах — «демонах». Мои работы последнего времени касаются природы человеческих действий, того, как мы совершаем сложные двигательные акты, какого рода ошибки мы допускаем в обыденной жизни и какие психические структуры могли бы лежать в их основе. Ничего этого в книжке тоже нет.
Однако в последней главе кое-что все-таки сказано о направлении моей теперешней работы. Фактически эта глава побудила меня изменить мои исследовательские усилия. Я начинаю все больше думать о невнимании к потребностям пользователя при конструировании технологических устройств. Это невнимание приводит к серьезным последствиям. Одно из них состоит в отчуждении современной технологии от человека, другое — во все растущей возможности ошибок при использовании технических устройств, будь то бытовые приборы, часы с цифровым отсчетом или же электростанции и самолеты.
Перед нами выбор — использовать технологию для улучшения нашей жизни или же позволить ей привести нас к деградации. Если мы выберем улучшение, то нужны будут конструкторы, которые учитывали бы человеческие потребности, функции и способности. Если же мы не изберем этот путь, тогда не машина станет нашим слугой, а мы — ее рабами.
Многие помогали мне при написании этой книги. Я признателен Эду Иммергату, который подсказал мне саму идею и постоянно поддерживал и ободрял меня. Благодаря придирчивому, но конструктивному руководству весьма внимательного редактора Пэта Лоубера рукопись прошла два этапа серьезной переделки, после того как я «закончил» ее в первый раз. Джули Ластиг была моим личным редакционным консультантом, неутомимо перечитывала мой материал, исправляла и видоиз-
Предисловие 9
меняла его, превращая мою неудобочитаемую машинопись в чистую рукопись. А моя семья терпеливо сносила мои трудные рабочие привычки.
Большая доля описываемой мною работы отражает мои контакты с коллегами и студентами Калифорнийского университета в Сан-Диего. Я за многое им благодарен. Постоянными участниками моей работы были Дэйв Ру-мелхарт и Дон Гентнер. Росс Ботт, Айлин Конуэй, Грег Хэрр, Серж Ларошель, Мэтью Льюис, Боб Нечес, Эл Стивене, Пегги Стоуэлл и Майкл Д. Уильяме внесли свой вклад в идеи и исследования, о которых идет речь в книге. Хотя все остальные члены исследовательской группы прямо и не участвовали в моей работе, они во многом значительно способствовали общему духу и философии, которые направляли меня.
|
|
|
Описываемую здесь работу финансировали главным образом Personal and Training Research Program of the Office of Naval Research и Cybernetics Technology Office of the Advanced4 Research Projects Agency: Маршалл Фарр, Джо Янг и Генри Холф умело осуществляли руководство первой из этих программ, а Гарри О'Нейлл — второй. Развитие науки невозможно без чуткой и гибкой финансовой поддержки. Я признателен за то, что у нас была такая поддержка.
Март 1982 г. Доналд Э. Норман
I. Как мы обучаемся? Как запоминаем?
Как мы научаемся чему-нибудь? «Упражняйтесь,— скажет учитель музыки, — упражняйтесь по три часа ежедневно, и за четыре-пять лет вы сделаете большие успехи». «Изучайте», — скажет преподаватель истории. «Тренируйтесь», — скажет инструктор по теннису или тренер по бегу. Упражнение, изучение, тренировка. Если задача сколько-нибудь сложна, то в любой области, будь то игра на рояле, теннис или жонглирование, выполнение фокусов, требующих ловкости рук, шахматы, го, математика или история 17-го века, — процедура везде одна и та же: изучение, упражнение. Чтобы чему-то научиться, надо затратить много времени, много усилий.
Подумайте, сколько времени нужно, чтобы освоить язык. Дети все еще учат грамматику родного языка, когда им намного больше десяти лет. Запас слов пополняется в течение всей жизни. Взрослый человек иногда так и не может осилить все тонкости второго языка.
Сколько времени уходит на то, чтобы чем-нибудь овладеть? Определенного ответа нет, так как есть вещи, которым можно учиться до бесконечности. В течение ряда лет я наблюдал за многими мастерами своего дела. Я спрашивал их, сколько времени они упражняются ежедневно и сколько лет ушло у них на обучение. Я наблюдал за самим собой, когда учился жонглировать, ездить (хотя бы плохо) на одноколесном велосипеде, пользоваться новыми компьютерными системами. Чтобы овладеть такими вещами, видимо, нужны как минимум пять тысяч часов. Кажется, что это очень много. Но на деле это не так. Пять тысяч часов соответствуют двум с половиной годам обучения по восемь часов в день, пять дней в неделю, 50 недель в год. Мои наблюдения над опытными
1. Как мы обучаемся? Как запоминаем? 11
игроками в настольный теннис, бейсбол и шахматы, над жонглерами, фокусниками, психологами и программистами дали примерно такой же ответ. Очевидно, почти во •всякой деятельности, достаточно трудной для того, чтобы в ней были мастера или профессионалы, для достижения высокого уровня нужны годы — тысячи часов — обучения и практики.
В умственной деятельности одна из трудностей связана просто с объемом задачи. Как осваивают сложный интеллектуальный материал? По отдельности лишь немногие идеи кажутся трудными. Однако приходится сидеть над изучаемым предметом, стараться изо всех сил. Задача не проста. Затруднение создают, по-видимому, взаимосвязи между идеями, которыми надо овладеть. Времени и умственных усилий требует предмет в целом.
В спорте и исполнительской художественной деятельности есть еще одна сторона: необходимо с большой точностью управлять своими движениями. Для этого требуется моторное научение — процесс, в некоторых отношениях сходный с выработкой мыслительных навыков и вместе с тем отличный от нее. Двигательные навыки можно развить до высокой степени совершенства. Фортепьянная пьеса Шопена может длиться 20 минут, и за это время надо проиграть 10 000 нот. При исполнении некоторых вещей пианист должен в течение многих минут играть до 25 нот в секунду. Рассказывают, что один русский циркач балансировал одновременно четырьмя палками (одной на голове, по одной на каждой ладони и одной на подъеме ступни) с мячом на кончике каждой из них и одновременно ездил на высоком одноколесном велосипеде. Упражнение, упражнение и еще раз упражнение. Такого совершенства двигательной координации можно достичь только непрерывной длительной тренировкой.
Как мы запоминаем? Иногда это происходит очень легко. Вероятно, вы не старались запомнить, что вы в последний раз ели, но если я спрошу вас об этом, то вам наверняка нетрудно будет ответить. Я не прилагаю никаких усилий, чтобы запомнить случайные разговоры, прочитанные книги или же странички юмора в газете. И тем не менее я помню их, во всяком случае какое-то
12 /. Как мы обучаемся? Как запоминаем?
время. Когда на другой день я перечту те же 20 юмористических кусочков, я автоматически вспомню нить каждой истории, хотя все они разные и каждая из них — это отдельный отрывок.
Иногда вспомнить удается только с трудом. Запоминание чьего-нибудь имени, номера телефона или слов чужого языка может идти мучительно и с большим усилием — или совсем не идти. Почему одни вещи заучить легко, а другие трудно? Почему некоторые школьники легко помнят результаты спортивных состязаний, но не в состоянии заучить (запомнить), казалось бы, более простые сведения, получаемые в классе? Может быть, все дело в мотивации? Не всегда. Иногда с трудом усваиваемый материал важнее и интереснее того, который запоминается без всяких усилий.
Помнить — это значит успешно справиться с тремя задачами: усвоением, сохранением и повторным извлечением информации. Не помнить — значит не справиться с одной из этих задач.
Если мы сохраняем в памяти некоторые аспекты всего, что мы делаем, то у нас накапливается много информации, достаточно много для того, чтобы решающее значение приобрела ее организация. При наилучших способах организации запоминаемый материал укладывается в систему связей, естественным образом направляющую извлечение его из памяти. Это требует «понимания», требует такого овладения материалом, чтобы он легко находил себе место в существующей системе знаний. Когда новый материал понят и поставлен на место, его уже нетрудно и запомнить, и извлечь из памяти.
Научение и запоминание тесно связаны между собой. Но научение — это не просто запоминание, это также выработка навыка, умения выполнять какую-то задачу. В этой книге я пользуюсь термином «научение» (learning), имея в виду намеренное усвоение определенного материала — такое, чтобы этот материал мог быть при желании извлечен из памяти и эффективно использован. Научение связано с целенаправленным припоминанием и умелыми действиями.
На последующих страницах будет рассмотрен весьма субъективно отобранный круг проблем в области науче-
/. Как мы обучаемся? Как^запоминаем? 13
ния и памяти, проблем, на решение которых уже много лет направлены мои собственные усилия. Я психолог, интересующийся раскрытием механизмов психической деятельности. Я описываю эти механизмы на психологическом уровне — описываю их функции и свойства. Я рассматриваю возможные структуры и функции памяти, репрезентацию и использование знания и то, каким образом психические процессы, взаимодействуя с уже имеющимся знанием, определяют поведение человека, его мнения и понимание.
Научение и память человека можно рассматривать во многих аспектах. Психологические механизмы, разумеется, имеют своей основой структуру мозга. Поведение человека тоже протекает не в вакууме. Оно целенаправленно, и при этом человек обычно взаимодействует с окружающей средой, с другими людьми, с культурой и обществом. Человеческие существа — это в биологическом плане животные, приспособившиеся к определенным условиям за миллионы лет эволюции. Значительная часть нашего поведения — так же как и большая часть функций нашего тела — направлена на регуляцию протекающих в организме процессов и поддержание жизни. Чтобы воссоздать полную картину человеческого поведения, требуется анализ его в аспекте биологии, нейрофизиологии, антропологии, социологии, философии и лингвистики.
Биологов интересует то, что человек унаследовал от своих предков-животных. Нейрофизиологи могут изучать влияние различных веществ на научение и память или же анализировать записи электрической активности с целью проследить нервные цепи. Социологи и антропологи рассматривают роль отдельного человека в обществе, окружающей среде и культуре. Научение и память помогают передавать достижения культуры от поколения к поколению. Кроме того, само использование человеческой памяти резко изменилось, когда технические приспособления расширили возможности нашего разума. Изобретение бумаги позволило легко записывать мысли, идеи и разговоры, сделав таким образом ненужными искусные приемы запоминания. Печатный станок, пишущая машинка и магнитофон, а теперь и компьютер еще
14 /. Как мы обучаемся? Как запоминаем?
больше изменили то, как и чему мы обучаемся, как и что запоминаем и даже, может быть, как мыслим.
Каждому аспекту обычно соответствует свой уровень рассмотрения процессов. Нейрофизиологи имеют дело с деталями биохимии и электрическими потенциалами. Другие ученые описывают в более общих понятиях поведение или состояние отдельного человека и взаимодействия между людьми. Я работаю на промежуточном уровне и говорю о таких функциональных механизмах, как «восприятие» или «зрительная кратковременная память». Мой подход ближе всего к тому, который принят в науке об искусственном интеллекте, причем главное различие состоит в отдаленной цели. Я хочу понять человеческие существа и проверяю гипотезы о механизмах психики с помощью экспериментов и наблюдений. Для многих исследователей в области искусственного интеллекта цель состоит в создании разумных машин, механизмы действия которых могут и отличаться от человеческих. Я считаю, что это очень нужная работа, так как, поняв, как действуют разумные машины, мы сможем лучше понять наши собственные мыслительные механизмы. Но в этой книге акцент сделан на человеческой активности, человеческих способностях, изучении особенностей человеческого ума.
Все мы изучаем познавательные функции (cognition), каждый из нас со своей точки зрения, на своем уровне описания. Науке о познании нужны мы все вместе, и каждый трудится над своей частью проблемы. Наука о познавательных (когнитивных) процессах — это новая дисциплина, созданная пересекающимися интересами философов, нейробиологов, социологов, антропологов, лингвистов, психологов и исследователей в области искусственного интеллекта. Наша книга посвящена лишь небольшой части этой науки, и написана она с точки зрения психолога.
2. Сенсорная память 15
Сенсорная память
Махните рукой перед своим лицом. Слабый видимый след, оставшийся после того, как вы опустили руку, след только что происшедшего события — это зримое свидетельство работы сенсорной памяти. Сожмите руку в кулак, быстро выпрямите два пальца и как можно быстрее снова сожмите кулак. Если вы будете смотреть внимательно, то увидите след от ваших пальцев, который длится достаточно, чтобы их можно было сосчитать. Перемещая руки параллельно, но в противоположных направлениях, быстро махните ими один раз перед глазами. Вы заметите легкое, не поддающееся описанию чувство движения, связанное с каждым из двух слабых следов. Чувство это реально. Предположим, в эксперименте перед вами мелькнет сложное изображение, состоящее из многих предметов; некоторые из них движутся маленькими кругами в одном направлении, другие — в обратном направлении. Изображение исчезнет, и появится стрелка, указывающая какую-то точку в области исчезнувшего изображения. Вы сможете сказать, в каком направлении двигался предмет в данной точке: след длится несколько сотен миллисекунд после исчезновения физического объекта.
Угасающий след краткого предъявления зрительного сигнала давно интересует психологов. В середине 19-го века вопрос ставился так: сколько предметов человек может воспринять одновременно? (Современный психолог спрашивает: является ли называемое число увиденных предметов результатом непосредственного восприятия или же результатом извлечения информации из затухающего следа памяти?) Ответ на этот вопрос пытались получить разными способами, начиная просто с того, что бросали на пол пригоршню мелких предметов и отмечали, сколько из них можно было отчетливо увидеть в тот момент, когда их падение мгновенно останавливалось при ударе об пол. «Вы легко можете сами проделать этот опыт, — сказал сэр Уильям Гамильтон в середине прошлого века, — но остерегайтесь группировать предметы. Если вы бросите на пол пригоршню шариков, то
16 2. Сенсорная память
вам будет трудно отчетливо увидеть сразу больше шести, максимум семи; но если вы сгруппируете их в пары, тройки или пятерки, то сможете охватить столько же групп, потому что мы воспринимаем эти группы как единицы».
Опыт примитивен, однако более современные, более тонкие опыты приводят к тем же выводам. Рассмотрим очень важное указание на «группировку». Объединение в группы, или организация — превращение того, что иначе было бы множеством независимых единиц, в меньшее число организованных групп, — составляет одну из характерных особенностей восприятия и памяти человека. Эти особенности служат главным предметом современных исследований.
Понадобилось изобретение тахистоскопа (80-е годы прошлого века), чтобы стал возможным надлежащий контроль условий в опытах с «угасающими следами». Та-хистоскоп — это прибор, который предъявляет наблюдателю одно из нескольких полей зрения в течение строго определенного времени и позволяет точно регулировать положение, освещенность тл контрастность изображений. Первые тахистоскопы были механическими; ныне в них могут применяться полупосеребренные зеркала, а в качестве источников света — газоразрядные лампы с электронным управлением. Самые, сложные — это тахистоскопы с телевизионными и осциллоскопическими дисплеями (где предъявлением изображений управляет компьютер); однако ими пользуются меньше, чем можно было бы думать, так как часто они менее точно контролируют освещенность, чем электрооптико-механические приборы, и уступают им в разнообразии зрительного материала, который может предъявляться.
Без сомнения, увидеть одновременно можно больше, чем сообщить об увиденном. Угасающий след зрительного изображения позволяет вести переработку поступившей информации дольше, чем длится само изображение. Поэтому экспериментатор может проверить восприятие изображения испытуемым, спрашивая его об отдельных частях изображения, выделяемых указателем, который появляется в определенный момент до, вовремя или после предъявления изображения. Это дает возможность вывести некоторые заключения о природе сл_еда сенсорной
2. Сенсорная память 17
|
|
|
